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。     

基于碳源储存的污水生物脱氮除磷效率及污水处理系统延伸成本分析

以我国北方某改良型A²/O工艺 (设计规模6×10⁴ m³·d⁻¹) 为例,基于一年的运行数据,考察碳源储存与生物脱氮除磷能力之间的关系,分析碳源利用效率和能耗情况。结果表明：在7—9月,系统碳源的综合利用效率为53%~55%,这说明消耗的碳源中超过50%比例用于生物脱氮除磷;反硝化菌较聚磷菌对环境的变化更敏感;外加碳源的延伸成本占直接成本的20.5%。因此,污水处理厂应充分考虑进出水水质及环境条件变化对碳源有效利用的影响。本研究结果可为减污降碳协同增效背景下城市污水处理厂A²/O工艺及其他常规工艺的优化调控提供参考。     

DOC removal paradigms in highly humic aquatic ecosystems

Background, aim, and scope  Dissolved humic substances (HS) usually comprise 50–80% of the dissolved organic carbon (DOC) in aquatic ecosystems. From a trophic and biogeochemical perspective, HS has been considered to be highly refractory and is supposed to accumulate in the water. The upsurge of the microbial loop paradigm and the studies on HS photo-degradation into labile DOC gave rise to the belief that microbial processing of DOC should sustain aquatic food webs in humic waters. However, this has not been extensively supported by the literature, since most HS and their photo-products are often oxidized by microbes through respiration in most nutrient-poor humic waters. Here, we review basic concepts, classical studies, and recent data on bacterial and photo-degradation of DOC, comparing the rates of these processes in highly humic ecosystems and other aquatic ecosystems. Materials and methods  We based our review on classical and recent findings from the fields of biogeochemistry and microbial ecology, highlighting some odd results from highly humic Brazilian tropical lagoons, which can reach up to 160 mg C L⁻¹. Results and discussion  Highly humic tropical lagoons showed proportionally lower bacterial production rates and higher bacterial respiration rates (i.e., lower bacterial growth efficiency) than other lakes. Zooplankton showed similar δ¹³C to microalgae but not to humic DOC in these highly humic lagoons. Thus, the data reviewed here do not support the microbial loop as an efficient matter transfer pathway in highly humic ecosystems, where it is supposed to play its major role. In addition, we found that some tropical humic ecosystems presented the highest potential DOC photo-chemical mineralization (PM) rates reported in the literature, exceeding up to threefold the rates reported for temperate humic ecosystems. We propose that these atypically high PM rates are the result of a joint effect of the seasonal dynamics of allochthonous humic DOC input to these ecosystems and the high sunlight incidence throughout the year. The sunlight action on DOC is positive to microbial consumption in these highly humic lagoons, but little support is given to the enhancement of bacterial growth efficiency, since the labile photo-chemical products are mostly respired by microbes in the nutrient-poor humic waters. Conclusions  HS may be an important source of energy for aquatic bacteria in humic waters, but it is probably not as important as a substrate to bacterial growth and to aquatic food webs, since HS consumption is mostly channeled through microbial respiration. This especially seems to be the case of humic-rich, nutrient-poor ecosystems, where the microbial loop was supposed to play its major role. Highly humic ecosystems also present the highest PM rates reported in the literature. Finally, light and bacteria can cooperate in order to enhance total carbon degradation in highly humic aquatic ecosystems but with limited effects on aquatic food webs. Recommendations and perspectives  More detailed studies using C- and N-stable isotope techniques and modeling approaches are needed to better understand the actual importance of HS to carbon cycling in highly humic waters.     

煤气化炉渣研究现状及利用技术展望

煤气化技术的应用是我国能源战略的重要一环,但同时也会产生大量的煤气化炉渣,亟需研究可批量消纳的资源化利用技术。煤炭灰分中各种矿物相在气化炉内会随温度发生变化,通过对该变化的研究和总结,描述了煤炭灰分中各种矿物相在气化炉内的物化反应过程,并指出煤炭灰分对煤气化炉渣的最终形态特点具有决定性的影响;对煤气化炉渣中残碳的组成及其变化特点的研究表明,残碳对煤气化炉渣的最终利用途径具有重要影响;此外,通过分析煤气化炉渣利用技术研究现状,指出建材化利用技术和掺烧循环流化床原料技术是目前的主流途径;最后,展望了煤气化炉渣利用技术的发展方向,并提出了煤气化炉渣用于混凝土和水泥原料以及井下回填的技术途径。     

负载型纳米CuO/MnO2催化剂的制备及催化氧化深度处理印染废水

以酸改性凹凸棒土(ATP)为载体,活性炭为添加剂,制备负载铜、锰过渡金属氧化物的凹凸棒土-活性炭催化剂。以印染废水生化处理后出水的COD和色度为处理对象,考察了不同的催化氧化条件,即凹凸棒土与活性炭的比例、pH、H2O2和催化剂的投加量对印染废水深度处理效果,并利用SEM、XRD对催化剂进行表征。结果表明:在室温25 ℃时,催化剂载体中凹凸棒土与活性炭的比例为2∶1,H2O2加入量为理论加入量的2倍,即2.4 mL·L-1,pH值为4,催化剂的使用量为15 g·L-1时,COD和色度的去除率最佳,分别达到93%和90%。扫描电镜结果表明铜、锰以颗粒的形式负载在催化剂的表面,XRD结果表明在催化剂载体表面,活性组分的存在形式为CuO、MnO2。     

中心组合设计制备高比表面铝基核桃果皮多孔碳材料

以农业废弃物核桃青果皮为原料、F127为微结构调控剂、硝酸铝为中心配位离子,通过中心组合设计,螯合辅助共组装策略制备了系列铝基多孔碳材料并对制备参数进行优化分析。选择硝酸铝浓度、铝基复合材料与F127的质量比和碳化温度作为优化因素,研究各因素的不同水平对系列碳材料比表面积的影响。得到制备的最优条件为硝酸铝浓度1 mol·L-1,铝基复合材料与F127质量比为2.5及碳化温度850 °C。在此条件下,制备得到的碳样品的比表面积为1 505.86 m2·g-1,与预测值1 503.77 m2·g-1接近,说明与响应方程模型高度拟合。     

油茶果壳炭对低浓度油烟的吸附行为

利用油茶果壳直接炭化法制备油茶果壳炭,其BET比表面积和孔容积测定结果分别为1 244 m2·g-1和1.02 cm3·g-1,SEM的分析表明,油茶果壳炭含有不同孔径的孔隙和裂缝,有利于油烟这种含有复杂组分污染物分子的吸附作用;等温吸附实验结果表明,低温低油烟浓度有利于油茶果壳炭对油烟的吸附作用,吸附量可达378.79 mg·g-1,其吸附等温线符合Langmuir吸附模型,热力学参数ΔG0、ΔH0、ΔS0均为负值,表明油茶果壳炭对油烟的吸附是一个自发的放热的物理过程。     

再生水臭氧氧化处理工艺对水质生物稳定性的影响

为了保障再生水水质生物稳定性,控制再生水在储存、输配和利用过程中微生物生长,对再生水臭氧氧化处理工艺水质生物稳定性进行了研究。研究发现,臭氧氧化对再生水厂二级出水的溶解性有机碳（DOC）去除效果有限,对UV254和荧光强度有较好的去除效果,但可导致水样AOC水平升高,水质生物稳定性降低。分析臭氧氧化后不同有机物组分的变化情况,发现臭氧氧化对分子量为0.5~20 kDa有机物有较好的去除效果,而分子量小于0.5 kDa有机物没有明显变化。     

剩余污泥厌氧共消化技术研究现状及应用趋势

污水处理厂碳中和运行目标使得剩余污泥厌氧消化产CH4途径重获新生。然而,剩余污泥量取决于进水中有机物（COD）浓度,而我国污水碳源低的特点决定了不可能仅靠剩余污泥转化能源便完全满足碳中和运行目标。研究显示,多种外源有机废弃物与剩余污泥厌氧共消化可以取得“1+1>2”的能量转化效果,这就为我国污水处理厂碳中和运行提供了一种潜在能量来源。在简述剩余污泥厌氧共消化技术特性的基础上,对7种典型外源有机废弃物与剩余污泥共消化试验研究进行了归纳,同时列举国外6个业已实现碳中和运行的污水处理厂共消化应用实例,充分说明外源有机废弃物与剩余污泥共消化的工程应用前景。虽然我国目前环境政策限制了污泥厌氧共消化的工程化进程,但污泥与餐厨垃圾、市政修剪花草/树木、旱厕粪便等几种基质共消化将会是共消化的未来研究方向,更是综合解决市政有机固体废弃物的现实需要。     

高锰酸钾氧化水中二甲基三硫醚的动力学

研究了氧化剂KMnO4氧化水中二甲基三硫醚的效能,探讨了KMnO4投加量、二甲基三硫醚的初始浓度、pH值、腐植酸浓度以及同类臭味物质甲硫醚对氧化反应的影响,并对反应动力学进行了分析。结果表明：不同剂量的高锰酸钾对二甲基三硫醚有较强的氧化能力,基本完全氧化需要一定时间（达2 h）。随着高锰酸钾投量的增加,去除率和反应速率也随之增加,但高锰酸钾投加量不宜过多,建议最佳投加量为2 mg·L-1。实验发现：二甲基三硫醚初始浓度、实际水体pH值以及腐殖酸浓度对氧化反应的影响不明显;但水中同类臭味物质甲硫醚对氧化反应有抑制作用,使反应进程变慢。高锰酸钾氧化二甲基三硫醚的反应符合二级反应动力学模型,二级反应的动力学常数为k=0.006 59 L·（min·mg）-1,理论曲线与实际反应曲线存在一定的差距,但整个反应过程中2条曲线反应的去除率的差距不大,因此理论曲线能较好的指导实践。