废弃混凝土的水热固化与力学强度

为实现废弃混凝土的资源化规模利用,将废弃混凝土回收、粉碎后,掺入适量氢氧化钙(Ca(OH)2)、碱性激发剂(NaOH)和水,经均匀混合、模压成型后,在高温饱和水蒸气环境中转化为具有较高机械强度的块状制品。实验系统考察了原料配比以及反应温度和时间等因素对水热固化样品劈裂抗拉强度(简称劈拉强度)和微观结构的影响。研究结果表明:Ca(OH)2掺量为20%时对于结晶性水化硅酸钙(托勃莫来石相)的形成最为有利,水化产物彼此交织成密实结构,实现了最高的样品力学强度;NaOH的引入可激发废弃混凝土的水热反应活性,但掺量不宜过高;水热反应条件下,样品的劈拉强度随环境温度的升高或反应时间的延长而明显增大,但温度过高、时间过长,会因晶型转变及内部结晶应力等原因而导致样品力学强度降低。     

臭氧预处理制备PVDF接枝SSS离子交换膜

为了降低离子交换膜的制膜费用,同时为后期微生物燃料电池中的应用提供依据和参考,实验研究了用臭氧预处理过氧化苯甲酰（BPO）引发条件制备聚偏氟乙烯（PVDF）接枝对苯乙烯磺酸钠（SSS）聚合物（PVDF-g-SSS）。傅里叶红外分光光度计（FT-IR）确认了产物的化学组成,用溶剂挥发法制得离子交换膜（PS膜）。通过X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析了膜的结晶形态及膜面元素组成,并考察SSS单体用量对膜的离子交换容量、电导率及亲水性等性质的影响。结果表明：接枝反应对PVDF晶型影响较小,PS膜表面有S元素生成;臭氧处理后PVDF易与SSS发生接枝聚合反应,且离子交换容量与SSS单体用量成较好的线性关系,当PVDF/SSS的配比为1：5,PVDF-g-SSS占铸膜液含量的5%时,PS膜的最高离子交换容量可达2.5 mmol·g-1,电导率可达0.046 s·cm-1。     

膨胀石墨对U(VI)的吸附特性

高温加热可膨胀石墨制得膨胀石墨,用于去除溶液中的U(VI)。通过静态吸附实验,研究了初始pH、吸附剂投加量、U(VI)初始浓度、温度以及吸附时间对膨胀石墨吸附U(VI)效果的影响。实验结果表明,膨胀石墨吸附U(VI)的最佳pH为6.5,在温度为30℃,投加量为2.0 g/L,U(VI)初始质量浓度为10 mg/L时,对U(VI)的去除率达到98.08%,反应在4 h达到平衡。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型较好地拟合了吸附过程,30℃时饱和吸附量为27.03 mg/g;热力学分析表明,膨胀石墨对U(VI)的吸附是自发的放热反应。比表面积测试、扫描电镜、X射线能谱与傅里叶红外光谱分析结果表明,膨胀石墨对U(VI)的吸附以物理吸附为主,表面官能团起辅助作用。解吸实验证明,膨胀石墨是可重复利用的吸附剂。     

SMAD-BBR组合工艺在高浓度洗涤废水处理中的应用

针对当前化工行业洗涤废水COD高、毒性强、表面活性剂多导致难处理难降解的问题,以青岛市某化工厂生产车间的设备清洗废水为对象,在实验室小试的基础上,设计并建立了处理规模为2.0 m³·d⁻¹的SMAD-BBR组合工艺系统用于处理该洗涤废水。经过4个月的现场调试运行,研究了SMAD-BBR组合工艺对洗涤废水的处理效果。结果表明：SMAD-BBR组合工艺能够有效地降解该化工厂的清洗废水,其中COD去除率为99.1%、NH₃-N去除率为95.6%、TP去除率为82.5%;在稳定运行期间水质波动较大时,出水仍能稳定达标,表明组合工艺具有较强的抗冲击负荷能力;通过增加BBR曝气区中的MLSS,从而提高了生物量,使洗涤废水在曝气处理时泡沫严重的情况得到了有效的解决;经计算,SMAD-BBR组合工艺处理洗涤废水,每年可为该化工厂节约140×10⁴元。通过分析可知,SMAD-BBR组合工艺在处理洗涤废水方面有良好的应用前景。     

广西近岸海水和沉积物中有机氯农药的分布及生态风险

通过对广西近岸水体和沉积物中2类有机氯农药(OCPs,包括HCHs和DDTs)的大面调查,评估了广西近岸海域OCPs的分布特征、污染状况和生态风险。结果显示:广西近岸海域的海水中所有站位都未检出HCHs和DDTs,所有站位的沉积物中也未检出HCHs,43个沉积物站位中DDTs的检出率为11.6%,沉积物中DDTs含量范围为nd~3.7 ng/g。研究表明:广西近岸水体及沉积物中OCPs的污染水平很低,沉积物中DDTs具有较为明显的空间分布规律,呈现出渔港附近含量高,以及TOC (有机碳)含量较高的河口附近含量高的特征。船舶防污漆可能是造成渔港附近DDTs含量较高的主要原因,部分河口站位主要受河流输入污染物影响,DDTs主要来源于历史残留,沉积物中TOC含量是影响DDTs残留分布的重要因素,DDTs易与悬浮物中的有机质通过吸附络合结合而沉积。生态风险评价结果显示:广西近岸海水的HCHs和DDTs生态风险极低,沉积物的HCHs生态风险也极低,沉积物中DDTs的潜在生态风险总体很低。     

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。     

基于无人机高光谱和BP神经网络的城市水体污染监测

我国大多数流域存在不同程度的水体污染,城市水体污染防治与监测是一项艰巨而漫长的任务,而传统水质监测和卫星遥感方法在水体面积较大、水流运动不稳定、周边地形复杂的河流或城市湖泊的水质监测表现为适用性差、准确度低。基于无人机的高光谱遥感技术具有覆盖范围广、数据获取快速等特点,对城市水体污染监测具有一定的应用价值。以珠海市城市水域为研究对象、无人机高光谱数据为数据源,利用线性回归模型和BP (Back Propagation) 神经网络模型方法,分别建立了波段组合反射率与水体叶绿素a、氨氮和磷酸盐3种水质指标之间的最优反演模型,并通过实际样品验证了该模型在城市水体中的适用性。该研究结果不仅为大数据驱动的水质分析提供了重要的技术支持,也为无人机技术应用于城市水体污染程度评价和动态监测提供新方法。     

离子交换树脂吸附黄连素废水中铜离子的研究

以Cu ²⁺-黄连素混合体系的含铜制药废水为研究对象,考察3种离子交换树脂(D152、D113和D401)对含铜废水中Cu ²⁺和黄连素的吸附性能并对树脂进行了筛选,对D401树脂进行了吸附动力学和吸附热力学拟合分析,同时考察该树脂在黄连素竞争吸附影响下对Cu ²⁺的去除效果。最后,在静态试验基础上开展了动态试验,考察D401树脂柱在3种流速〔1、2和5 BV(柱体积)/h〕下,进样量为1~20 BV时出水的Cu ²⁺和黄连素浓度。结果表明:D401树脂的比吸附量随温度升高而增加,随树脂投加量的增加而降低;该树脂在较宽的pH范围内对Cu ²⁺具有很好的选择吸附性,pH为5.0是最佳吸附条件,此时比吸附量可达39.87 mg/g。吸附过程可以通过Langmuir吸附等温线和伪二级动力学模型进行描述。动态试验中,树脂柱在1 BV/h的流速下,对Cu ²⁺有较好的去除效果;在3种流速条件下,对黄连素的吸附率均较低,进一步验证了该型树脂对Cu ²⁺具有很好的选择吸附性。     

利用废弃物衍生燃料的热化学处理法制富含氢气合成气

为了探讨利用热化学方式从城市垃圾中制取富含氢气合成气过程的要素影响,解析氢气发生特性及其与主要影响要素之间的关系。在分析了城市生活垃圾组分特性的基础上,将其加工成组分均一的废弃物衍生燃料(refuse derived fuel,RDF),并在700、800和900℃等3个温度条件下,分别开展了RDF的热解、气化及水蒸汽气化等实验。研究表明,RDF的加工不但可有效降低垃圾含水率,还可将垃圾热值提高近1倍。温度和添加水蒸汽是从RDF中制取富含氢气合成气过程中的关键影响要素。其中,温度对氢气生成起到至关重要的决定作用,温度的提高对促进H2浓度的提高有利,同时,在气化过程中添加水蒸汽,可有效促进CO和H2等有价气体组分生成。在900℃的高温水蒸汽气化处理过程中,可获得H2浓度最高为34.13%的合成气。另外,800℃热解过程所产生的合成气热值最高,达到14 509 kJ/Nm3。     

MFC-MBR耦合系统运行效果及产电性能

为了解决膜生物反应器（MBR）运行成本高、膜污染的问题,本研究建立了一个微生物燃料电池（MFC）-MBR耦合系统,通过MFC回收污水中的能量,同时控制膜污染。研究结果表明,耦合系统对COD和NH3-N的去除率分别为（94.6±3.0）%和（90.9±6.9）%,出水水质稳定。由于MFC的耦合作用,使MBR的运行周期由18 d延长至36 d,膜污染得到了明显的减缓。耦合系统中MFC产电性能稳定,电流密度稳定在5.7 A/m3,最大功率密度达到了928.0 mW/m3,循环伏安法（CV）表明,阴极附着的微生物具有良好的电化学催化作用。MFC-MBR耦合系统将污水中的化学能转化为电能从而实现了膜污染的减缓及能量的回收,显示出巨大的发展前景。