颗粒层非稳态过滤捕集效率的研究

为计算颗粒层非稳态过滤效率,通过改进经典过滤理论模型,考虑颗粒在过滤介质中的沉积,理论推导得出非稳态过滤效率的计算公式,而经典颗粒层过滤效率计算公式仅为此计算公式的特例。因为理论计算公式是隐函数,不便于工程实际应用,所以,在常温条件下,对非稳态过滤时的过滤时间、过滤风速、过滤层厚度、粉尘浓度和颗粒层滤料均粒径等五个因素进行了正交实验研究。采用多元回归的方法得出各影响因素与过滤效率呈显性关系的效率关联计算公式,其计算结果与实验测试结果基本吻合。     

High efficiency chlorine removal from polyvinyl chloride (PVC) pyrolysis with a gas–liquid fluidized bed reactor

In this research a gas–liquid fluidized bed reactor was developed for removing chlorine (Cl) from polyvinyl chloride (PVC) to favor its pyrolysis treatment. In order to efficiently remove Cl within a limited time before extensive generation of hydrocarbon products, the gas–liquid fluidized bed reactor was running at 280–320 °C, where hot N₂ was used as fluidizing gas to fluidize the molten polymer, letting the molten polymer contact well with N₂ to release Cl in form of HCl. Experimental results showed that dechlorination efficiency is mainly temperature dependent and 300 °C is a proper reaction temperature for efficient dechlorination within a limited time duration and for prevention of extensive pyrolysis; under this temperature 99.5% of Cl removal efficiency can be obtained within reaction time around 1 min after melting is completed as the flow rate of N₂ gas was set around 0.47–0.85 Nm³ kg^?1 for the molten PVC. Larger N₂ flow rate and additives in PVC would enhance HCl release but did not change the final dechlorination efficiency; and excessive N₂ flow rate should be avoided for prevention of polymer entrainment. HCl is emitted from PVC granules or scraps at the mean time they started to melt and the melting stage should be taken into consideration when design the gas–liquid fluidized bed reactor for dechlorination.     

Fe0去除地下水Cr(Ⅵ)过程中的钝化作用及电化学解钝参数优化

零价铁（Fe⁰）广泛用于Cr（Ⅵ）污染地下水的修复,但存在Fe⁰钝化降低修复效率的问题。首先使用Fe⁰去除地下水中的Cr（Ⅵ）并制备不同钝化程度的钝化铁屑,然后采用电化学方法对钝化铁屑进行解钝,并通过单因素试验和正交试验研究电极设置、电解电压、电解时间及电极距对解钝效果的影响,同时对解钝溶液和解钝前后的铁屑及解钝过程中产生的沉淀进行分析。结果表明：以钝化铁屑作阳极时解钝效果最佳;解钝效果随电解电压增大先上升后降低,随电极距增大而降低,随电解时间增加而上升,3个因素对解钝效果的影响依次为电解时间>电解电压>电极距;X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱分析表明,钝化铁屑在电化学作用下因表面沉淀脱落使得其活性得到有效恢复;钝化铁屑解钝的最佳条件（以钝化铁屑作阳极,电解电压为10 V,电解时间为60 min,电极距为2 cm）下,解钝后铁屑对Cr（Ⅵ）的去除率可恢复至原来的90%以上;解钝过程中不会促使Cr（Ⅲ）沉淀溶解,但会增加溶液中Fe的浓度。上述研究成果对提高Fe⁰修复Cr（Ⅵ）污染地下水的修复效果及材料使用率具有参考作用。

     

竹刨花-铁耦合体系对低碳氮比污水的脱氮性能

针对低碳氮比污水中总氮（TN）去除率低的问题,以纤维状竹刨花为固体碳源,单质铁粉为铁源,利用二者的耦合作用进行脱氮。通过静态反硝化试验考察不同铁碳质量比（Fe/C）对NO₃ ⁻-N去除效果的影响,确定耦合体系适宜的Fe/C;在此基础上,设置单纯竹刨花对照组（1^#试验组）与耦合填料试验组（2^#试验组）动态反硝化试验,研究其脱氮性能。结果表明：静态试验中,加入铁粉的耦合体系NO₃ ⁻-N去除率均高于单纯竹刨花体系,但当Fe/C大于 0.125∶1时,NO₃ ⁻-N去除率提升不显著,综合考虑反硝化效果与成本,确定动态试验耦合填料Fe/C为 0.125∶1。动态试验中,进水总有机碳浓度低于2 mg/L,TN浓度为（40.93±2.04） mg/L,水力停留时间为18 h时,1^#和2^#试验组运行约10 d后脱氮效能趋于稳定。12~81 d,2组出水总有机碳浓度均较低,1^#、2^#试验组TN平均去除率分别为33%和76%,2^#试验组的TN去除率相比1^#试验组提高了129%;两组均有一定的NO₂ ⁻-N积累,但2^#试验组的NO₂ ⁻-N浓度相比1^#试验组低约47%;2^#试验组出水总铁平均浓度低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》限值,未出现铁过量释放与NH₃-N明显积累。总之,竹刨花-铁耦合体系脱氮效能优异,脱氮过程二次影响低。我国竹资源丰富,铁来源广泛,竹刨花-铁耦合体系可用于低碳氮比生活污水中TN的去除。

     

铁改性氧化石墨烯壳聚糖对重金属的去除效果

为揭示改性方式对复合材料去除重金属离子的影响,利用浸渍蒸发法和共沉淀法制备铁改性氧化石墨烯壳聚糖复合微球,分别命名为Fe-GOCS和Fe@GOCS。通过批实验,对比分析其在不同水环境(pH=3、7和11)下对As(Ⅴ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除效果,并结合FTIR、XRD、SEM和BET表征技术揭示去除机理。结果表明,随pH增加,Fe-GOCS和Fe@GOCS对As(Ⅴ)的去除率(r_e)呈不同的变化趋势,前者先增加后降低,pH=7时最高r_e为56.74%,而后者则逐渐降低,pH=3时r_e最大,为87.99%。表征结果证实2种材料对As(Ⅴ)的去除均与Fe—O键有关,去除效果存在差异的主要原因与其不同的载铁形态有关(前者为α-Fe₂O₃,后者为α-FeO(OH))。随pH增加,2种材料对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的r_e均逐渐增大,但去除效果在中性条件下最好,分别为49.45%和23.52%(Fe-GOCS),68.38%和50.85%(Fe@GOCS),但稍差于GOCS;对Cd(Ⅱ)的r_e也逐渐增大,但Fe-GOCS的最大r_e低于Fe@GOCS,分别为78.30%和99.16%。Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的去除一方面与其离子水解作用有关,另一方面主要通过形成Fe—O—Cu和Fe—O—Pb配合物去除。而Cd(Ⅱ)的去除主要与水解作用有关。循环吸附5次后,Fe@GOCS对As(Ⅴ)的r_e仍在80%以上,而Fe-GOCS的再生能力较差。整体上,Fe@GOCS对重金属的去除效果略优于Fe-GOCS,而Fe-GOCS适用的pH范围相对较广。     

Fe2+联合NaClO强化污泥脱水性能与作用机理

为了强化污泥脱水性能,采用亚铁离子 (Fe²⁺) 活化次氯酸钠 (NaClO) 氧化工艺改善其脱水效果,考察了Fe²⁺/NaClO体系中Fe²⁺和NaClO投加量、初始pH对污泥脱水性能的影响,并探究强化污泥深度脱水的作用机制。研究表明,初始pH为5.0、Fe²⁺和NaClO投加量 (以总悬浮固体计) 分别为48.61和39.04 mg·g⁻¹时,污泥的脱水性能最佳,污泥含水率和比阻分别由91.32%和11.81×10¹² m·kg⁻¹降低至71.74%和1.71×10¹² m·kg⁻¹。Fe²⁺/NaClO氧化体系使胞外聚合物 (EPS) 降解和部分细胞裂解,反应生成的强氧化性的·OH会降解松散附着型EPS (LB-EPS) 和紧密黏附型EPS (TB-EPS) 中的蛋白质和多糖,改变蛋白质二级结构,导致蛋白质结构松散,暴露了更多的疏水位点,同时减少污泥表面的亲水性官能团,释放EPS结合水。Fe³⁺使污泥絮体颗粒在絮凝形成松散、多孔的絮体结构,有利于胞内结合水的排出,从而改善污泥脱水性能。本研究结果可为有效去除污泥中的结合水和提高污泥的脱水性能提供参考。     

生物炭负载纳米零价铁对湖泊底泥镉污染的修复效果

制备了生物炭负载纳米零价铁(nZVI/BC)复合材料,采用SEM、TEM、FTIR、EDS、XPS等手段对其表面形貌、粒径大小、官能团结构、表面元素及化学形态进行了表征和分析。通过镉(Cd)形态、浸出毒性、生物可利用性、上覆水中溶解态Cd质量浓度及底泥理化性质等指标评价了nZVI/BC对湖泊底泥中Cd的修复效果。结果表明,相比于对照组,经56 d修复后nZVI/BC处理组中Cd的残渣态质量分数增加了29.73%,有效降低了Cd的移动性;Cd的浸出质量浓度从4.65 μg·L⁻¹降至0.38 μg·L⁻¹,Cd的生物可提取态质量浓度从5.08 μg·L⁻¹降至2.13 μg·L⁻¹,其浸出质量浓度和生物可提取态质量浓度分别下降了91.83%和58.07%。同时,经过56 d的修复,nZVI/BC使上覆水中溶解态Cd的质量浓度比对照组降低了67.53%。此外,nZVI/BC的添加提高了底泥的pH和有机质,根据这2个指标的变化进一步分析了nZVI/BC复合材料对Cd的稳定机制。以上研究结果可为重金属污染底泥的修复提供参考。     

UASB处理高硫酸盐二元酸废水的效果及硫化物控制技术

长链二元酸生产废水具有高有机物和硫酸盐含量的特点。本研究探索了在控制出水硫化物的条件下厌氧生物处理工艺对二元酸废水的处理效能。实验在空白对照(R0)、添加Fe⁰抑制剂(R1)和微曝气(R2)3组UASB反应器中进行。经过93 d的连续运行后发现：添加Fe⁰和微曝气均可提高UASB的运行性能;在稳定期,R1和R2的COD去除率相比R0分别提升了104%和77%,并减少了48%和78%的出水硫化物含量。添加Fe⁰有助于产生甲烷,但微曝气降低了沼气产率和甲烷含量。微生物群落分析表明,AUTHM297、Desulfovibrio、Macellibacteroides、Longilinea是厌氧生物处理二元酸废水中的优势菌属。硫酸盐还原和产甲烷过程可共同作用于二元酸废水中有机物的去除。     

纳米零价铁改性氨基生物炭的制备及对Cd (Ⅱ)的吸附和解吸特性

通过化学负载方法成功制得纳米零价铁改性氨基生物炭复合材料（ABC/NZVI）,对其进行表征和研究了其对重金属Cd（Ⅱ）的吸附和解吸特性。结果表明,改性后,ABC/NZVI具有氨基官能团并且表面负载了纳米零价铁,比表面积为244 m2·g-1,在水溶液中稳定悬浮的平均粒径是845 nm。ABC/NZVI对Cd（Ⅱ）的吸附大约在457 min内即可达到吸附平衡,吸附动力学可用伪二级动力学模型较好地拟合（R2≥0.990）;对Cd（Ⅱ）表现出优良的吸附性能,饱和吸附容量为12.4 mg·g-1,吸附/解吸等温线均呈现出明显的非线性,可用Langmuir模型较好地拟合（R2≥0.960）,而且出现明显的解吸滞后现象,滞后系数（HI）为0.536。因此,ABC/NZVI对Cd（Ⅱ）的吸附可能为单分子层的化学吸附,主要的吸附机理可能涉及配合和沉淀两种作用。     

氧化-负载铁组合工艺改性活性炭及其对Cr(Ⅵ)的去除

通过氧化-负载铁组合工艺对活性炭进行改性,对比了不同氧化剂(硝酸/磷酸)对改性效果的影响,利用Boehm、FT-IR、BET、XRD对改性活性炭(ACNF/ACPF)进行了表征,并对改性活性炭吸附水中痕量Cr(Ⅵ)的性能进行了研究。结果显示:硝酸与磷酸氧化均可显著增加活性炭表面酸性官能团数量,提高表面亲水性;改性后活性炭比表面积、孔体积和平均孔径均减小;负载的铁主要以铁(氢)氧化物形式存在于活性炭表面(ACPF)和介孔(ACNF)中;在Cr(Ⅵ)初始浓度0.5 mg/L,pH值3.0,活性炭投加量100 mg/L时,吸附12 h达到平衡,ACNF对Cr(Ⅵ)的去除率达到97.82%,出水Cr(Ⅵ)剩余浓度降至0.05 mg/L以下,满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求,改性可显著提高对Cr(Ⅵ)的吸附容量。