接触氧化过滤去除地表水中的氨氮

接触氧化过滤工艺普遍用于去除地下水中的氨氮,在去除地表水中氨氮的应用较少。为了对此工艺去除地表水中的氨氮进行研究,以附有铁锰氧化物的石英砂为滤料填充滤柱,测试了滤柱对地表水中的铁、锰和氨氮的去除效果,并重点分析了影响氨氮去除的主要因素。结果表明：当滤速为8 m·h-1,进水铁、锰、氨氮浓度分别为0.6、1.1和1.8 mg·L-1时,滤柱对3种污染物的去除率分别为83.3%,95.3%和80.6%,3种污染物的出水浓度均达标。此外,升高进水温度、提高进水碱度可增大氨氮的去除率。当温度由8℃增大到14℃时,氨氮去除率提高了近一倍。进水投加NaOH（浓度为4 mg·L-1）时,氨氮的平均去除率比不投加NaOH时高23.1%。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明, 当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L⁻¹,COD值为4 000~5 000 mg·L⁻¹时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m³·d)⁻¹、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L⁻¹)、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中${\rm{NO}}_x^{-} $-N浓度为154.5 mg·L⁻¹,仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L⁻¹)。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水${\rm{NH}}_4^{+} $-N、${\rm{NO}}_2^{-} $-N、${\rm{NO}}_3^{-} $-N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L⁻¹,TN≤15 mg·L⁻¹,进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

三维多孔碳海绵催化臭氧氧化有机染料

针对目前催化臭氧氧化催化剂效率较低、易损失等缺点,通过高温煅烧制备了三聚氰胺碳海绵,以廉价易得的三聚氰胺泡沫直接碳化制备出柔性碳海绵,探讨其在催化臭氧氧化降解印染废水反应中的应用潜力;采用SEM观察、比表面积测定、傅里叶红外光谱和X-射线光电子能谱对碳化前后泡沫进行了表征,探讨了碳化前后泡沫微观结构的变化与催化降解印染废水性能与机理。结果表明：氮气氛围下高温煅烧获得了兼具微孔/介孔结构的三维碳骨架,为催化反应提供充分暴露的活性位点和高效的传质通道;在催化臭氧氧化染料的过程中,973 K下制备的碳泡沫呈现出最为优异的催化活性,显著高于均相臭氧氧化和常规活性炭催化臭氧氧化;自由基捕获实验表明催化过程由羟基自由基(·OH)所主导,超氧自由基(·O₂^-)则发挥了次要作用;富含多孔结构的碳海绵对于活性自由基的生成起到了积极贡献,从而在实际印染废水处理中具有良好的降解性能。研究为开发低成本的三维碳材料用于催化臭氧降解有机污染废水提供了新思路。     

絮凝-电解氧化联合处理氰化提金废水

采用絮凝-电解氧化联合技术处理氰化废水,主要研究了聚硅酸铝铁 (PSAF) 添加量、絮凝时间、pH、电压、电解时间、极板间距对总氰(CN_T)、游离氰(CN⁻)、Cu、Zn离子去除率的影响,并对其反应机制做了分析。研究表明,当PSAF添加量为2 g·L⁻¹,絮凝时间为30 min,pH为9条件下,CN_T、CN⁻、Zn、Cu离子的去除率分别可达42.97%、100%、84.40%、34.88%。Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN⁻的吸附量分别为567.88、89.76、439.74 mg·L⁻¹。以钛板为阴极,石墨板为阳极,采用一阴两阳体系对絮凝后液进行电解氧化实验,在电压为3 V、电解时间为2 h、极板间距为10 mm条件下,CN_T、CN⁻、Zn、Cu离子的去除率可达91.70%、100%、99.15%、94.49%。絮凝过程中Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN⁻的去除是由电荷中和和化学吸附共同作用的,其中电荷中和起主要作用。Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN^-的化学吸附主要归因于其与PSAF水解产生的羟基阳离子发生交换反应。XRD分析表明,加入酸性絮凝剂PSAF的瞬间,部分Zn(CN)₄^2-反应为Zn(CN)₂沉淀。电解氧化过程中Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻破络释放的氰根会被阳极表面产生的O₂、·OH完全氧化为N₂和CO₂,Zn、Cu离子在阴极板电沉积而被去除。     

Mn-Ce复合金属氧化物催化氧化甲苯性能

通过等体积浸渍法制备了一系列Mn-Ce/γ-Al₂O₃催化剂, 并考察不同CeO₂负载量对MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂催化氧化甲苯性能的影响。利用XRD、N₂吸脱附曲线、TEM、H₂-TPR、XPS和O₂-TPD等方法表征催化剂比表面积、表面形貌及氧化还原性能。结果表明,CeO₂的负载一定程度上降低了MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂的比表面积, 且催化剂仍保持介孔结构。CeO₂的存在增加了催化剂表面的化学吸附氧含量,其良好的储放氧能力促进了Mn³⁺向Mn⁴⁺的转化;Mn和Ce之间存在较强的协同作用, 与MnO_x相邻的CeO₂更容易打开Ce—O键释放活性氧, 加速氧化还原进程,Mn_0.6Ce_0.4/γ-Al₂O₃催化剂T₁₀和T₉₀与MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂相比分别降低20和40 ℃。本研究可为VOCs催化氧化技术中低成本金属催化剂的开发提供参考。     

基于文献计量分析的场地化学氧化修复技术研究热点和趋势

化学氧化修复技术具有污染物去除效率高、修复周期短和成本低等优势,在污染场地修复领域具有广阔的应用前景。基于Web of Science数据库,通过文献计量可视化软件VOSviewer和CiteSpace,分析了1990—2022年场地污染土壤和地下水化学氧化修复领域的研究热点及趋势。结果表明,1990—2022年年度发文量呈增长趋势,中国和美国是发文量排名前二的国家,2010年后中国年发文量快速增加并位居第一,中国科学院在发文量及被引频次方面均高居榜首。基于关键词分析,总结归纳了化学氧化修复技术适用污染物类型、氧化剂种类和催化/活化方法以及化学氧化联合修复技术。当前研究热点集中在催化/活化方法研发、污染物降解机理探究以及在土壤和地下水中修复应用等方面;未来研究重点将聚焦于研发新型氧化剂和靶向催化/活化材料,探究材料迁移扩散机制和活性氧化物质产生机理,发展协同化学氧化修复技术体系并推进工程化应用,以及建立化学氧化修复全过程风险监测和评价体系。     

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。     

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。     

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。     

羊场湾大采高易自燃工作面CO分布规律研究

为探明羊场湾160205工作面上隅角CO体积分数超限明显的原因,沿工作面倾向和走向布置测点,测试早中晚三班开始前的CO体积分数,并在采空区布置束管,对不同位置气体进行取样分析,得出160205工作面CO体积分数分布。结合煤炭开采过程CO的主要来源与煤氧化产生CO的机理,分析得出羊场湾160205工作面CO主要来源。结果表明:CO体积分数沿工作面煤壁到架后采空区方向逐渐升高;采空区深度0～15 m和30～100 m处为高体积分数CO区域;160205工作面CO主要来源为采空区遗煤氧化,其次为顶煤氧化与割煤时煤体破碎产生,采空区深度30～100 m处的CO体积分数较高区域是判定采空区遗煤自燃状况的关键区域。