化学氧化技术在地下水修复中的应用

近年来,化学氧化技术在地下水修复中得到了很大的关注。本研究对比了Fenton试剂、过硫酸钠、高锰酸钾及次氯酸钠4种常见的氧化剂对农药厂地下水中污染物的去除效果、地下水的pH和氧化还原电位(ORP)的变化的影响。结果表明,Fenton试剂和活化的过硫酸钠对此农药厂地下水各种污染物的去除率最高,两者对其中污染物都能达到80%以上的去除率,但在一定程度上会使地下水的pH降低;高锰酸钾和次氯酸钠对污染物的去除率都能达60%以上。其中高锰酸钾对地下水的pH影响不大;次氯酸钠对氯甲苯没有去除效果,对溴苯的去除率也较低,而且会使地下水的碱性过强。在地下水样中加入4种氧化剂后,会使水样的ORP立即升高。     

催化湿式过氧化氢氧化苯酚的诱导期研究

针对诱导期发生机制及影响因素尚不清楚问题,采用自制化学反应装置和批动力学试验方法,研究了黏土基催化剂催化过氧化氢（H₂O₂）氧化苯酚过程中诱导期发生的原因及其关键影响因子。结果表明：H₂O₂扩散或吸附到催化剂金属活性位及随后的表面修饰（通过≡Fe（III）还原到≡Fe（II）降低pH）共同决定了诱导期;Fermi’s方程能很好地拟合苯酚氧化过程（R²>0.99）;反应温度和溶液pH强烈影响诱导时间（t_I）,随温度增加和pH降低,t_I分别从59和129 min降到22和0 min（没有诱导期）,而催化剂与H₂O₂用量对t_I的影响相对较小,随催化剂和H₂O₂浓度增加,t_I分别从69和75 min降到32和52 min。尽管诱导时间可通过调整反应参数缩短或消除,但考虑到成本和环境风险,在用黏土基催化剂处理实际含酚废水时应采纳适宜的反应条件：H₂O₂和苯酚质量浓度摩尔比为15,催化剂浓度为0.8~1.0
g/L,温度为30~40 °C,介质pH（不调整）,反应时间为2 h。     

氯自由基介导的BDD电极选择性氧化脱氮

为实现氨氮的高效选择性转化,设计了一个氯自由基介导的电化学体系。该电化学体系以稳定性好、氧化能力强的掺硼金刚石(BDD)电极为阳极,以Pd-Cu修饰的泡沫镍材料(Pd-Cu/NF)为阴极,以氯化钠为电解质,对BDD电极选择性电催化氧化性能与机理进行了研究。结果表明：在4.0 V电压下,体系中的Cl⁻原位可转化成氯自由基(Cl·),Cl·可选择性地将氨氮转化为N₂和少量$ {\rm{NO}}_3^ - $,副产物$ {\rm{NO}}_3^ - $在Pd-Cu/NF阴极被高效还原为N₂;分别探究了阴极材料、电场强度、电极间距、溶液pH和电解质种类对氨氮转化性能的影响。通过电子顺磁共振和自由基捕获实验,证实了Cl·在氨氮转化过程中发挥了重要作用。在最优条件下,可实现40 min内100%的氨氮转化率和25 mg·L⁻¹的N₂生成量,以上研究结果可为解决水体中氨氮的污染问题提供参考。     

改进型农村三格化粪池的污水处理性能

在我国农村地区,化粪池仍然是许多家庭生活污水直排前的唯一处理设施。传统三格化粪池出水水质较差,造成了农村水环境污染,而对传统三格化粪池进行适当改进是解决污染问题的有效途径之一。为此,对传统三格化粪池进行了结构和功能的优化设计,在第1格设置由过流板隔开的预处理曝气池和预处理沉淀池,第2格保留厌氧发酵池,第3格由过流板分隔为生物接触氧化池和二次沉淀池。结果表明,稳定运行后,反应器对COD、${\rm{NH}}_4^ + $-N、TP和SS的去除率分别为83.51%~88.56%、66.82%~74.17%、77.47%~81.12%和82.26%~88.57%,相较于传统三格化粪池有显著的提升。改进型农村三格化粪池实现了农村分散式污水的就地处理,且经济性和维护便利性符合农村污水处理设施的定位需求,可为农村三格化粪池的改造和新建提供参考。     

高分散纳米钙锆复合材料催化臭氧氧化降解间甲酚废水

采用共沉淀法制备了一系列Ca-Zr复合材料,探究了不同的焙烧温度对材料结构和化学性质的影响。使用X射线衍射、扫描电子显微镜及高分辨透射电镜等分析手段表征了所制备样品的物相变化和颗粒形貌特征,以间甲酚为底物,采用臭氧催化氧化方法对所得催化剂的催化性能进行了分析。结果表明：当焙烧温度升高到1 000 ℃以上时,样品晶型以斜方晶系CaZrO₃为主,随着焙烧温度的升高,颗粒更加均匀分散。在催化臭氧氧化降解间甲酚实验中,当焙烧温度为800 ℃时, TOC去除率最高可达到79%。800 ℃焙烧所得的样品由纳米颗粒组成,晶格间距为0.29 nm,说明样品的高暴露晶面为CaZrO₃的(121)晶面;XPS结果证实了样品的高活性可能是由晶格氧和表面羟基基团起重要作用而导致的。这种高效的纳米钙锆复合材料为催化臭氧氧化处理废水奠定了良好的基础。     

不同臭氧催化氧化体系处理老龄垃圾渗滤液的效果及能耗分析

老龄垃圾渗滤液因其成分复杂且可生化性差,故传统技术无法对其进行有效降解,且利用臭氧催化氧化体系处理垃圾渗滤液缺乏系统性评估报道。为解决上述问题,采用臭氧/过二硫酸盐(${{\rm{S}}_2}{{\rm{O}}_8^{2 - }}$,PS)、臭氧/过一硫酸盐(${\rm{HS}}{{\rm{O}}_5^ -} $,PMS)和臭氧/过氧化氢(H₂O₂)氧化体系,探讨了处理老龄垃圾渗滤液的可行性,考察了初始pH、温度、O₃及H₂O₂、Na₂S₂O₈、KHSO₅的投加量等因素对其处理效果的影响,并对其能源效率进行了分析。结果表明,优化条件下,O₃/PMS、O₃/H₂O₂和O₃/PS的单位数量级能耗(electrical energy per order,EE/O)分别为1 007.5、1 233.7、662.6 kWh·m⁻³,O₃/PMS氧化体系处理老龄垃圾渗滤液的效果与O₃/H₂O₂氧化体系相似,且优于O₃/PS。由综合处理效果与能耗评估结果可知,O₃/H₂O₂氧化体系最佳,在温度为25 ℃,pH=6,O₃和H₂O₂投加量分别为3 g·h⁻¹和2 125 mg·L⁻¹,反应时间为60 min条件下,能耗最低,EE/O降至443.9 kWh·m⁻³,且TOC去除率和反应速率常数分别为27.1%和0.005 3 min⁻¹,BOD₅/COD也由0.18增至0.26。综合上述结果,基于臭氧体系的高级氧化法能耗较高,可将臭氧催化氧化与低成本的生物处理技术相结合,从而实现对污染物高效经济降解。上述研究结果可为臭氧高级氧化技术的工程化应用提供参考。     

我国村镇生活污水处理技术发展方向展望

随着我国村镇生活污水处理技术的快速发展,众多技术被研发和应用在村镇污水处理领域。但村镇污水处理技术在实际应用过程中仍然存在着多种问题,如过度参考城镇经验、技术选择缺乏标准指导和规范、技术装备缺乏标准化等。基于我国村镇污水处理常用技术的主要优缺点分析,梳理了我国村镇污水处理技术的应用现状,并对我国村镇污水处理技术的发展方向进行了展望。目前,我国村镇污水处理技术在适应性、标准化、规范化等方面仍然存在很多问题。未来,村镇污水处理技术需要在标准化、低耗高效、自动化和智能化等方面进行突破,应强化技术设备的适应性。     

贵金属催化剂活性组分分布对催化湿式氧化处理非达霉素提炼废水的影响

采用均匀型和蛋白型Ru/TiO₂催化剂为湿式氧化催化剂,应用于催化湿式氧化非达霉素提炼废水,以出水COD和TOC去除率作为指标来评价2种催化剂的催化活性差异;采用实验室连续评价装置对柱状颗粒催化剂在不同pH、不同废水流量和不同温度下处理非达霉素提炼废水进行了优化评价。结果表明：在265 ℃、pH=4.1、废水流量为10 mL·h⁻¹时,催化剂的催化活性最高,故确定此条件为该废水处理的最优条件;同时对比均匀型和蛋白型2种催化剂,蛋白型催化剂具有更高的催化效率;结合SEM及N₂-物理吸附结果,推断蛋白型催化剂活性组分集中分布在催化剂颗粒的较浅层,有利于降低反应过程中的扩散阻力,提高贵金属活性组分的利用率,进而提高催化剂的催化活性。以上结果对开发高效湿式氧化催化剂,充分利用贵金属活性组分降低催化剂成本具有十分重要的意义。     

Mn-Ce复合氧化物微球的制备及其催化氧化甲苯性能

为了开发高效稳定、具有低温活性的降解VOCs催化材料,采用传统水热法制备了一系列不同锰铈比的催化剂(MnO₂、Mn_0.95Ce_0.05O_x、Mn_0.90Ce_0.10O_x、Mn_0.80Ce_0.20O_x及Mn_0.60Ce_0.40O_x),利用SEM、BET、XRD、H₂-TPR、O₂-TPD、拉曼光谱等技术对催化剂的物理化学性质进行了表征分析,同时考察了其对甲苯的催化氧化活性。结果表明：通过简单的水热合成法合成出的Mn-Ce复合氧化物均为微球,但Ce的加入使得微球催化剂表面的纳米针消失,变为光滑的微球体;而不同的催化剂在氧化甲苯时呈现不同的催化氧化性能,其中Mn_0.80Ce_0.20O_x具有最佳的甲苯氧化性能,这是由于其具有较强的氧化还原性能、较高的化学吸附氧含量及存在Mn-Ce固溶体。因此,通过控制催化剂中Ce含量,可调控催化剂的形貌和物理化学特性,从而使Mn-Ce复合氧化物在甲苯催化氧化中展现出优异的催化性能。研究结果为新型高效降解VOCs催化材料的设计和开发提供了新思路。     

沉淀-电解氧化法处理高铁氰化废水

采用沉淀-电解氧化联合技术处理高铁氰化提金废水,重点考察了沉淀剂添加量、沉淀时间、温度、电解电压、电解时间等因素对总氰、游离氰和铁氰络合物去除率的影响。结果表明,随着CuCl₂加入量的增大,氰化废水中各主要离子的沉淀率逐步增加。常温下向100 mL含氰废水中加入3.0 g CuCl₂并搅拌40 min后,总氰(CN_T)、CN⁻、Fe离子的去除率分别可达到95.29%、98.00%与100%。以钛板为阴阳极,采用一阴两阳体系对沉淀后液进行电解氧化实验,当电压为6 V、极间距为15 mm、电解时间为5 h、初始浓度为60%的条件下,CN_T和CN⁻的去除率最高可达到99.76%和99.90%。XRD分析表明,沉淀过程中铜氰、铁氰络合离子的去除主要归因于CuCN、Cu₂Fe(CN)₆、CuSCN等沉淀的形成。电解氧化过程中随着外加电压与氯离子浓度的增大,废水中残存的游离氰与金属氰络合离子的去除率逐渐增加,这主要是阳极反应产生的Cl₂/ClO⁻等强氧化剂作用的结果。以上研究结果可为高铁氰化提金废水的综合处理提供参考。