基于响应曲面法优化的臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺对结晶紫的降解

为有效去除水中结晶紫,利用臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺对结晶紫的氧化效果进行研究,设计单因素实验探索臭氧流量、过硫酸盐浓度、四氧化三铁浓度和pH对结晶紫降解的影响,依据响应曲面法的Box-Behnken Design(BBD)实验设计原理,探究臭氧流量、过硫酸盐浓度、四氧化三铁浓度和反应时间对降解效果的影响,并优化工艺参数;使用SEM-EDS、FT-IR和Raman表征了反应前后的四氧化三铁,并用EPR技术直接鉴定出工艺过程中的活性氧。结果表明：此工艺在较宽的pH区间(3~11)都具有较高的结晶紫降解能力,臭氧流量、过硫酸盐浓度和四氧化三铁浓度与结晶紫的降解率成正比;臭氧流量1.000 L·min⁻¹,过硫酸盐浓度0.968 mmol·L⁻¹,四氧化三铁浓度2.158 mmol·L⁻¹,反应时间41.702 min为预测的最佳工艺条件;在最佳工艺条件下得到的实际降解率与预测降解率相对偏差仅为−1.12%;催化反应后Fe₃O₄粒径减小,表面变得更加光滑;反应后的Fe₃O₄的铁元素质量分数由48.24％降至35.31%,而氧和硫元素质量分数由34.05%和0.39%分别增至37.59%和1.09%;臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺过程中存在SO₄^·–和·OH。由此可知,BBD优化模型预测与实际处理效果基本一致。该研究成果为可为难降解的结晶紫废水的深度处理提供参考。     

磁性山竹壳炭的制备及对氯霉素吸附性能

以山竹壳为原料,K₂C₂O₄为活化剂,Fe(NO₃)₃为赋磁剂制备了磁性山竹壳炭。考察了制备条件对山竹壳炭理化性质的影响,并探究其对水体中氯霉素的吸附性能。结果表明,随着K₂C₂O₄用量的增加和炭化温度的升高,磁性山竹壳炭的比表面积和孔容增加,但Fe₃O₄逐渐被还原为单质Fe。当磁性山竹壳炭PGC-4-900投加量为0.3 g·L⁻¹,溶液质量浓度为125 mg·L⁻¹时,对氯霉素吸附容量最大可达316.3 mg∙g⁻¹。吸附过程为自发、吸热和无序度增加的过程。吸附动力学符合拟二级动力学模型,等温模型可用Langmuir方程描述。磁性山竹壳炭在吸附氯霉素方面具有宽泛的pH适应性,静电作用非磁性山竹壳炭对氯霉素吸附主要机理,孔隙填充和π—π作用在氯霉素吸附过程中起主导作用。     

pH对BF-MBR工艺处理高强度生活废水的影响

受控生态生保系统中生活废水污染强度大,生物转化后回用于植物培养是废水资源化的有效途径,但面临氮素稳定转化难、碱度消耗较大的问题。以BF-MBR工艺(生物膜耦合膜生物工艺,biofilm-membrane bioreactor)为研究对象,研究了不同pH条件下的好氧硝化性能及硝化动力学,并考察了硝化过程的碱度消耗情况。结果表明,在pH=6.0~7.2内,好氧生物反应器均能获得良好的氨氧化效果,而在pH=6.0~6.5的条件下更有利于全程硝化的维持;氨氧化速率随pH的增加而增大,而亚硝氧化速率在pH 6.6时达到最高;酸性条件下的碱度消耗量远低于碱性条件,而氢氧化钾作为碱液时的消耗量比碳酸氢钾低3.28 g·g^-1。从物料损耗和工艺处理效果综合考虑,硝化系统中最佳的pH可调控在6.4~6.5,此时全程硝化率可达97.8%。以上研究结果可为受控生态生保系统中生活废水处理系统的设计和运行提供参考。     

生物质利用方式对富营养水体中碳氮磷含量及其比例的影响

生物质常被添加至富营养水体中以调节碳氮比(C/N),促进脱氮,但不清楚生物质的粒径和投加方式对富营养水体中营养物质浓度和比例的影响。通过机械粉碎制得20~40、40~80、80~160目稻壳颗粒,并选取直接投加和无纺布包裹投加2种投加形式,以不添加稻壳或无纺布包裹砖块作为对照组。以超纯水为水样研究不同粒径和投加方式下稻壳的3 d碳氮磷释放特性;以成都市府河下游河段水样为研究对象,考察了不同粒径和投加方式下稻壳的21 d静态脱氮特性。结果表明,在超纯水中,稻壳释放出COD_Mn(5.5~16.5 mg·L⁻¹)、TP(0.18~0.45 mg·L⁻¹)、TN(0.39~0.95 mg·L⁻¹)、COD_Mn/TN(8.5~19.7)、COD_Mn/TP(27.9~37.5),前四者均呈现出80~160目>40~80目>20~40目的规律,仅COD_Mn和COD_Mn/TN呈现直接投加>无纺布包裹投加的规律。在静态脱氮实验中,21 d后,添加了稻壳的水样COD_Mn含量由28.1 mg上升至71.7~143.0 mg,TP含量由1.2 mg下降至0.2~0.5 mg,COD_Mn/TN由0.9上升至8.5~16.5,COD_Mn/TP由24.2上升至170以上,这4个参数的变化情况与稻壳的碳氮磷释放规律相同;TN含量由30.04 mg下降至7.64~8.68 mg,低于对照组(13.2~13.9 mg),但粒径和投加方式仅对实验初期水中氮的存在形态有影响。粒径决定稻壳的比表面积,投加方式决定稻壳的间隙,并影响微生物的附着效果,进而影响稻壳的碳氮磷释放效果。在实际应用时可根据情况,采用不同的生物质粒径和投加方式,以调节水中营养物质浓度和比例。     

絮凝-电解氧化联合处理氰化提金废水

采用絮凝-电解氧化联合技术处理氰化废水,主要研究了聚硅酸铝铁 (PSAF) 添加量、絮凝时间、pH、电压、电解时间、极板间距对总氰(CN_T)、游离氰(CN⁻)、Cu、Zn离子去除率的影响,并对其反应机制做了分析。研究表明,当PSAF添加量为2 g·L⁻¹,絮凝时间为30 min,pH为9条件下,CN_T、CN⁻、Zn、Cu离子的去除率分别可达42.97%、100%、84.40%、34.88%。Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN⁻的吸附量分别为567.88、89.76、439.74 mg·L⁻¹。以钛板为阴极,石墨板为阳极,采用一阴两阳体系对絮凝后液进行电解氧化实验,在电压为3 V、电解时间为2 h、极板间距为10 mm条件下,CN_T、CN⁻、Zn、Cu离子的去除率可达91.70%、100%、99.15%、94.49%。絮凝过程中Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN⁻的去除是由电荷中和和化学吸附共同作用的,其中电荷中和起主要作用。Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN^-的化学吸附主要归因于其与PSAF水解产生的羟基阳离子发生交换反应。XRD分析表明,加入酸性絮凝剂PSAF的瞬间,部分Zn(CN)₄^2-反应为Zn(CN)₂沉淀。电解氧化过程中Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻破络释放的氰根会被阳极表面产生的O₂、·OH完全氧化为N₂和CO₂,Zn、Cu离子在阴极板电沉积而被去除。     

河道藻源胞内有机质光化学-生物降解机制

藻细胞破裂后会向水体释放大量的胞内有机质 (intracellular dissolved organic matter, I-DOM) 。I-DOM在河道中将经历复杂的光降解和生物降解过程,影响其在河道中的迁移转化和环境效应。为了探明光照和微生物对I-DOM的降解机制,开展了光降解、生物降解和光-生物降解实验。结果表明,I-DOM经7 d光降解和生物降解后,溶解性有机碳 (dissolved organic carbon, DOC) 的去除率分别为70%和81%;虽然光照1 d能去除38%的DOC,但后续生物降解 (光-生物降解) 与无光照生物降解对DOC的去除效率一致。进一步的研究表明,生物降解过程中的呼吸商 (respiratory quotient, RQ) 低于光-生物降解过程,说明相比于生物降解过程,光-生物降解过程中经光照后生物呼吸时所利用I-DOM的性质发生了改变,进而影响了生物呼吸时O₂的消耗和CO₂的产生。生物降解过程中微生物主要利用原始的I-DOM分子;而在光-生物降解过程中,生物降解过程的微生物主要利用经光降解转化后的I-DOM分子。光-生物降解过程中,光照消耗了I-DOM中可生物降解的脂质、蛋白质和木质素类组分,导致I-DOM的生物降解效率降低;同时,光照将I-DOM中的大分子物质分解成高O/C的小分子物质,使微生物代谢需要的O₂减少,小分子物质则更易被生物降解矿化生成CO₂,导致RQ升高。本研究结果可为河道水质调控提供参考。     

巯基改性壳聚糖复合材料的制备及其用于高容量去除水中Hg(Ⅱ)

摘  要  壳聚糖(CS)因其无毒害、可降解性、成本低等特点而在众多高分子材料中脱颖而出,但稳定性和选择性较差,从而限制了其在重金属吸附中的应用。以巯基丙酸 (MPA) 为改性剂,以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC) 为活化剂,制备了CS-MPA复合材料,使用单一变量法优化制备条件。结果表明,最优制备参数为：改性时间6 h,温度20 ℃,pH=6,m_(CS:MPA:EDC)为1∶0.8∶1,制备得到的 CS-MPA在酸性条件下对Hg(II)依旧保持较高去除效率。在复合材料表面引入巯基后出现了多层堆叠的不规则形态,比表面积增大。CS-MPA对Hg(II)的吸附在 360 min 内可达到平衡,以单层吸热的化学反应为主,25 ℃时理论最大吸附容量推测为 833.3 mg·g⁻¹。吸附机理主要是材料上的软碱(—SH和—NH₂)与软酸 Hg(II)之间发生的螯合反应,其次为酰胺基的结合作用。CS-MPA对 Hg(II)有较高的吸附选择性;且经过5次的吸附-解吸循环后,去除率仍保持在较高水平。以上研究结果表明 CS-MPA对Hg(II)的去除效果较好,可为废水中Hg(II)的去除与回收提供参考。     

基于高效絮凝沉淀池与翻板滤池组合工艺的工程案例

以银川市某水厂为例,评估高效絮凝沉淀池与翻板滤池组合工艺的工程应用效果。结果表明,高效絮凝沉淀池与翻板滤池组合工艺能够适应较大水质波动,具有一定抗冲击负荷能力。其浊度去除率和高锰酸盐指数 (以COD_Mn计) 去除率较高,出水水质满足《生活饮用水卫生标准》 (GB/T5749-2006) 。通过调整排泥量和污泥回流比,能够有效解决沉淀池泥位超标问题。根据翻板滤池的过滤负荷和滤水阀门的开度调整反冲洗周期,能够提高过滤效率,节约电耗。少量无烟煤滤料的流失对翻板滤池出水浊度无影响。本研究结果可为低温低浊水处理工程提供设计经验和工程案例参考。     

感潮平原中心城区河道近自然生态修复技术的应用

针对感潮平原中心城区河道存在往复流现象带来的水质波动、生态岸线差、生态系统稳定性不足等问题,开展以基于生物屏障技术耦合水生动植物生态系统构建为主的全面系统的近自然生态修复集成技术及示范研究。注重源头削减和末端综合治理,通过集成构建河道水质稳定技术、海绵设施生态岸线、优化水生态系统措施等技术体系,并选取上海市中心城区典型河道进行示范应用及效果跟踪。结果表明,修复后河道水质和感官效果得到了极大提升,化学需氧量(COD)、氨氮、总磷、浊度/悬浮物(SS)各均值较未处理河道水质均值分别降低约23%、41%、35%、51%/52%,5大类抗生素除了洁霉素、克林霉素和磺胺吡啶外均未检出,河道水质从在地表水IV类水质上下波动稳定达到IV类(总氮指标除外)。     

南水北调中线清河溶解性有机物的光降解行为

溶解性有机物(dissolved organic matter, DOM)在水环境中普遍存在,其光降解行为与种类和来源密切相关。近年来,南水北调中线工程沿线中DOM含量过高问题逐渐引起了人们对饮用水水源水质的关注。利用三维荧光光谱与紫外可见吸收光谱表征了清河段DOM在水(Water DOM, W-DOM)、底泥(sediment-derived DOM, S-DOM)、藻胞内(intracellular DOM, I-DOM)和胞外(extracellular DOM, E-DOM)这4种典型来源中的光学性质和光降解行为。结果表明,W-DOM的主要来源是藻类代谢产生的E-DOM;S-DOM的主要形成原因是藻细胞破裂释放I-DOM。DOM的光漂白主要发生在紫外区,且UV-B波段的光漂白效率大于UV-A波段。W-DOM、S-DOM和E-DOM中有色DOM(chromophoric DOM, CDOM)的降解率基本相同,为40%~50%;I-DOM中CDOM降解率相对较低,约为25%。光照可以将W-DOM、S-DOM和E-DOM中复杂的大分子物质分解成结构简单的小分子物质。CDOM中类腐殖质的光降解率比类蛋白质更高,W-DOM、S-DOM和E-DOM中CDOM与类腐殖质的光降解速率在相同时间下基本保持一致;S-DOM和E-DOM中CDOM与类蛋白质的光降解速率在相同时间下基本保持一致。以上结果反映了太阳辐射对水环境中DOM的转化和去除机理,为河流水质保护提供了理论依据。