超支化聚合物制备及其在水处理中的研究进展

为进一步改善水环境质量,提高水处理效率,开发新型高效的水处理剂尤为重要.聚合物作为一种常见的水处理剂,能够借助自身聚合特性与各类污染物通过静电力、氢键等作用力结合,从而高效分离水体中污染物.超支化聚合物是一类高度支化、具有三维结构的大分子聚合物,该聚合物支化位点多、末端官能团丰富、分子链不易缠结,且易接枝改性、易修饰,能够合成多种功能化新材料.本文根据超支化聚合物的不同末端官能团结构,分别综述了3种超支化聚合物(端氨基超支化聚合物、端羟基超支化聚合物、端羧基超支化聚合物)的合成制备,并研究超支化聚合物的接枝改性及其在水处理中的应用.由于超支化聚合物独特的三维大分子结构和丰富的末端官能团(—NH2、—COOH、—OH等),超支化聚合物及其接枝改性产物能够在多种污染水体(重金属废水、染料废水、含油废水等)中表现出高效去除性能.今后,可进一步对超支化聚合物的接枝改性进行深入研究,制备新型超支化复合材料,以提高超支化复合材料的循环再生及再使用性能,提升水处理效能,降低处理成本,为研发新型环境友好型的水处理剂提供理论基础和技术支撑.     

废弃聚合物钻井液无害化处理技术实验研究

针对废弃聚合物钻井液中污染物的特点,对采用破胶脱稳、废水膜过滤和废固相修复处理的工艺进行研究。探讨了不同处理剂及加量对处理效果的影响,优化出适宜的工艺条件:最佳破胶剂BZ-PJ的最佳加量为9g/L,助凝剂BZ-PAM的最佳加量为5mg/L;废固相修复的最佳配方为:2%BZ-PJ与2%BZ-XF与4%BZ-GD。对膜过滤处理后的废水及废固相浸出液进行污染物指标分析,其中COD、色度、石油类均能达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准。     

渤海J油田注聚受益井堵塞物成因研究

通过对现场注聚受益井堵塞物样品进行组分分析,配合XRD法、扫描电镜(SEM)/能谱法、红外光谱(IR)法、色谱(GPC)法多种表征手法,以及堵塞物动态模拟评价、长岩芯动态驱替实验研究了J油田注聚受益井堵塞原因。结果表明,堵塞物的无机成分为不配伍产生的垢、黏土矿物和铁盐沉淀,有机成分为三价金属离子交联产出聚合物形成的胶团;聚合物在酸性条件会与Al~(3+)、Fe~(3+)发生配位作用,生成聚合胶团水不溶物,且交联程度随浓度的增加而增强,加深储层伤害。     

天然胶/公共网络/废胶粉互穿聚合物网络

通过互穿聚合物网络技术成功制备了天然橡胶/公共网络/废胶粉共轭三组分,并测定了力学性能和微观形态。结果表明:当A/B摩尔比为2/1、AB含量为4.5%、废胶粉粒径为60目、废胶粉含量为15%时,体系的力学性能最好,共轭三组分天然橡胶/公共网络/废胶粉体系的磨耗体积明显低于两组分天然橡胶/废胶粉体系的磨耗体积。界面共轭互穿改善了界面结合,可减少反复压缩过程中的相间摩擦生热和变形。     

聚合物/表面活性剂二元体系对油水界面性质的影响

文章应用界面张力仪、Zeta电位仪和表面黏弹性仪测定了聚合物、表面活性剂及其二元复合体系的质量浓度对油水界面性质的影响,并应用透射电镜观察了采出液的液膜结构。结果表明,随着聚合物质量浓度的增加,油水界面的界面剪切黏度值和界面张力值增大,颗粒表面Zeta电位的绝对值增大;随着表面活性剂质量浓度的增加,油水界面的界面剪切黏度变化幅度很小,但界面张力显著减小,颗粒表面Zeta电位绝对值增大;聚合物与表面活性剂复合能够形成稳定的聚合体,具有较大的界面剪切黏度值,较小的界面张力和较高的Zeta电位值;体系中聚合物、表面活性剂及水中悬浮物形成了类似"晶体"结构。     

活化过硫酸盐对市政污泥调理效果的影响

常规污泥脱水技术只能将市政污泥含水率降到80%左右,难以满足日益严格的污泥处理处置要求.活化过硫酸盐产生硫酸根自由基SO4·-具有强氧化性,可用于破坏污泥的絮体结构.本研究利用Fe2+活化过硫酸钠(SPS)的方法进行污泥调理,以到达改善污泥的脱水性能的目的.结果表明,当Fe2+与S2O2-8投加量(以绝干污泥计)分别为25.88 mg·g-1、80 mg·g-1(Fe2+与S2O2-8摩尔比为1.1∶1)时,污泥毛细吸水时间CST和污泥比阻SRF降低率最大,滤液中蛋白质和多糖浓度达到最大.进一步的研究表明,污泥Zeta电位值由负向正变化,颗粒比表面积增大,絮体由密集的团状变成结构松散的层状结构,污泥脱水性能提高.     

磁性纳米铁对厌氧颗粒污泥特性及其微生物群落的影响

考察了磁性纳米铁(Fe3O4NPs)对厌氧颗粒污泥溶解性微生物产物(SMP)、疏松胞外聚合物(LB-EPS)、紧密胞外聚合物(TB-EPS)的影响,同时利用高通量测序技术对厌氧颗粒污泥内微生物群落结构的变化进行了分析.结果表明,在长期接触实验过程中,投加Fe3O4NPs的反应器对COD去除率为83.6%,与对照组相比降低了5.7%.对照组与实验组中厌氧颗粒污泥TB-EPS含量(以VSS计)分别为178.20 mg·g-1和138.24 mg·g-1,而SMP含量分别为34.88 mg·L-1和27.44 mg·L-1;同时投加Fe3O4NPs后,在LB-EPS三维荧光(EEM)光谱中,紫外光区类腐殖酸荧光峰消失,辅酶F420荧光峰强度有所降低.在长期接触实验后,甲烷杆菌属(Methanobacterium)所占比例从76.15%增至86.76%,而甲烷丝菌属(Methanothrix)所占比例从17.1%降至7.51%,Methanothrix对于Fe3O4NPs更为敏感;总细菌群落变化明显,其中变形菌门(Proteobacteria)所占比例从66.44%降至47.16%,放线菌门(Actinobacteria)所占比例从8.97%增至17.33%,拟杆菌门(Bacteroidetes)所占比例从8.07%增至17.74%,厚壁菌门和拟杆菌门比例的增加对有机物的厌氧水解过程发挥积极的作用.     

信号分子在好氧颗粒污泥形成过程中的作用

采用人工配水成功培养好氧颗粒污泥,针对絮状污泥颗粒化过程中污泥的理化性质、污染物去除效率、胞外聚合物和信号分子变化进行相关分析.结果发现,在好氧颗粒污泥的形成过程中,污泥对污染物去除能力明显提高.与接种污泥相比,成熟的好氧颗粒污泥对COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除率分别提高20%、36%和57%.好氧颗粒污泥中胞外蛋白质和多糖含量分别增加了116和31mg/gMLVSS.采用激光共聚焦扫描显微镜对接种污泥和好氧颗粒污泥进行空间表征,发现后者蛋白质含量明显增加,说明蛋白质在污泥颗粒化过程中具有重要作用;磷酸二酯酶活性总体呈现上升趋势,第二信使环二鸟苷酸（cyclic diguanylic,c-di-GMP）含量先增加后降低,与胞外聚合物中蛋白质和多糖的变化规律相似.通过SPSS软件进一步分析得知,c-di-GMP与蛋白质相关系数R²=0.92871,呈极显著相关性;与紧密结合型胞外聚合物中蛋白质相关系数R²=0.89025,呈显著相关性,推测c-di-GMP可能是通过指导紧密结合型胞外聚合物中的蛋白质合成以促进好氧颗粒污泥的形成.     

c-di-GMP在低温好氧颗粒污泥形成过程中的作用

在低温条件下运行好氧颗粒污泥反应器,絮状污泥颗粒化过程中信号分子可通过传导作用引起各层物质之间的组分变化,通过研究胞外聚合物及污泥相关疏水性的变化规律,并观察此过程中微生物菌群的群落演替特点,揭示环二鸟苷酸（c-di-GMP）在低温好氧颗粒污泥形成过程中的变化规律与影响作用.结果表明：接种污泥在颗粒化过程中,胞外聚合物含量从48mg/gMLVSS增长至139mg/gMLVSS,其中以TB层蛋白质增长为主,在颗粒化过程中,c-di-GMP含量由62μg/gMLVSS增至600μg/gMLVSS,始终影响微生物运动及生物膜形成,促使具备胞外聚合物分泌功能的菌群加快分泌胞外聚合物,促进好氧颗粒污泥的形成.各个阶段污泥中微生物种群存在较大差异,在反应器运行初始阶段与c-di-GMP合成相关的菌群占据优势,同时在后期表现出较好的脱氮除磷能力,在低温条件下好氧颗粒污泥微生物菌群发生演替并最终形成稳定的菌群结构.