磁絮凝-吸附技术对黑臭水体中浊度、氨氮和总磷的去除效果及机理

采用磁絮凝-吸附技术开展了同步去除黑臭水体浊度、氨氮和总磷(TP)实验。在磁絮凝阶段,通过聚合硫酸铁(PFS)、磁粉(MPs)和聚丙烯酰胺(PAM)复配使用,利用电荷中和作用去除浊度和TP;同时,利用化学吸附沉淀去除TP;在此阶段中,当PFS、MPs、PAM的投加量分别为16.00、100.00、2.20 mg·L⁻¹且以PFS+MPs在快速阶段先投加,PAM在慢速阶段后投加的顺序投配时,絮凝效果达到最佳。在吸附阶段,吸附剂质化壳聚糖-沸石(PCZ)主要通过离子交换作用去除氨氮以及通过静电吸附作用去除TP;当PCZ的投加量为1.25 g·L⁻¹时吸附效果达到最佳。利用所研究的磁絮凝-吸附技术对实际黑臭水体进行处理,其出水浊度能达到城镇污水处理厂污染物排放一级标准(≤10.00 NTU),TP和氨氮也分别能满足地表水环境质量Ⅲ类标准(≤0.20 mg·L⁻¹)和Ⅴ类标准(≤2.00 mg·L⁻¹)要求。     

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。     

某燃煤超低排放机组非常规污染物脱除

燃煤电厂非常规污染物的排放尚未引起足够的重视。为全面表征燃煤电厂非常规污染物脱除性能,针对某1 000 MW燃煤超低排放机组,分别采用FPM和CPM一体化采样系统、安大略法(OHM)、控制冷凝法、HJ 646-2013规定的有机物测试方法,系统研究了CPM、Hg、SO₃、PAHs等非常规污染物的梯级脱除特性。结果表明：100%、75%负荷时低-低温电除尘系统对CPM脱除率分别为87.15%、92.20%,湿法脱硫分别为49.65%、45.55%,不同负荷下FPM分别为3.6、4.4 mg·m⁻³,但CPM却分别达14.2、15.3 mg·m⁻³,CPM的浓度远超FPM;低-低温电除尘系统脱Hg效率为64.81%,整个系统的脱Hg效率为75.5%,Hg^p全部被脱除,剩余的是难以脱除的Hg⁰、Hg²⁺,脱除率分别为为63.01%、64.29%,Hg⁰排放浓度为5.4 μg·m⁻³,Hg²⁺排放浓度为0.5 μg·m⁻³;SCR脱硝催化剂将SO₂氧化成SO₃的转化率约为0.7%,低-低温电除尘系统可脱除88.7%的SO₃,湿法脱硫对SO₃的脱除率为29.63%,最终SO₃排放浓度为1.9 mg·m⁻³;全系统对16种PAHs脱除率达94.25%,其中,气相、固相脱除率分别为91.61%、99.27%,最终气相、固相PAHs排放浓度分别为2.39 μg·m⁻³和0.11 μg·m⁻³。现有超低排放设备对非常规污染物均有不同程度的协同脱除效果,满负荷条件下该机组CPM、Hg、SO₃、PAHs排放浓度分别为14.2 mg·m⁻³、5.9 μg·m⁻³、1.9 mg·m⁻³、2.5 μg·m⁻³,Hg的排放浓度满足火电厂大气污染物排放标准(GB 13223-2011)中30 μg·m⁻³的要求,CPM、SO₃、PAHs尚无国家强制排放标准。本研究结果可为燃煤电厂后续非常规污染物的控制提供参考。     

生石灰孔结构对高温脱硫性能的影响

喷钙脱硫工艺的炉内脱硫率 ,不仅受工艺参数的影响 ,还与石灰石分解生成的新生CaO或直接喷入的CaO的表面结构有关。本研究用同一石灰石经不同方法 (煅烧、过烧、煅烧 -水合 -脱水等 )制备了四种具有不同比表面积和孔结构的生石灰。高温脱硫研究表明 :这四种不同孔结构的生石灰 ,具有不同的脱硫率。通过对高温脱硫前后吸着剂宏观结构变化的对比 ,发现半径小于 30 的孔易被反应产物堵塞 ,因而脱硫能力有限 ,而半径大于 5 0 的孔对脱硫更有效。本研究将为提高炉内喷钙的脱硫率、研制和开发高效脱硫剂提供新的途径。     

DBD结构对船用LNG发动机尾气CH4氧化脱除的影响

为提高等离子体氧化CH₄的脱除效率,同时避免放电过程中副产物NO_x的生成,在模拟天然气 (LNG) 发动机排气中,研究了介质阻挡放电 (DBD) 反应器电极结构参数对CH₄脱除效率、CO₂选择性及NO_x生成的影响及其机理。结果表明：增大电极直径使得气隙中折合场强E/N提高,增加了·O和·OH自由基的生成,促进了CH₄的氧化,提高了CO₂选择性;内电极直径的增大使E/N在气隙中分布更加集中,抑制了N₂(X, v)和N自由基的生成,减少了副反应的发生。与圆杆电极相比,螺纹电极的螺牙顶部附近具有过高的电场强度,从而促进N自由基的生成并抑制·O自由基的产生,故圆杆电极比螺纹电极具有更高的CH₄脱除效率及更低的NO_x生成。电极长度过长降低了折合场强以及电子平均能量,不利于氧化性活性粒子生成,导致CH₄脱除效率和CO₂选择性降低,同时增加了N₂(X,v) ,也使得NO_x增加。本研究可为提高低温等离子体协同催化剂促进甲烷还原NO_x系统的脱除效率,降低DBD反应器能耗提高能源利用率提供参考。     

复合沸石动态膜系统的脱氨效能及其对沸石的同步回收

为同步实现吸附脱氨和微尺寸沸石回收,将沸石与动态膜技术耦合联用,构建了一种复合沸石-动态膜系统,并考察其脱氨和沸石回收效果。在初始氨氮质量浓度为10 mg·L⁻¹条件下,投加10 g·L⁻¹沸石可有效实现氨氮的去除,去除率为67%。吸附动力学和等温模型分析结果表明,该过程符合准二级动力学模型,Langmuir吸附等温模型拟合得到的最大氨氮吸附量为4.12 mg·g ⁻¹。按照1:1的质量比投加沸石与硅藻土,在投加量均为1 g·L⁻¹,流量为40 mL·min⁻¹,支撑膜孔径38 μm下可快速形成动态膜,出水浊度稳定在1 NTU以下,氨氮去除率可达到56%,在脱氨的同时能够实现沸石的有效回收。该研究结果可为复合沸石动态膜系统同步吸附脱氨和吸附材料回收提供参考。     

低进水浓度CASS工艺沿程污染物去除特征及微生物群落变化

南方部分城镇污水浓度偏低,而循环式活性污泥法(CASS)能较好地处理低浓度污水,处理性能与微生物群落特征密切相关,但鲜有研究涉及其沿程微生物群落结构变化。本研究选取广东省某CASS城镇污水厂作为典型案例,分析其沿程污染物去除特征和微生物变化,从微生物学角度探讨污染物的去除机理。结果表明：低进水浓度CASS生化池沿程耗氧有机物(以COD计)、TN、NO₃⁻-N、TP主要在污泥选择区被吸附降解,进水1 h COD和TP值降至最低,NH₄⁺-N主要在主反应区被氧化降解,生化池可去除污水中56.42%的耗氧有机物(以COD计)、41.71%的TN、77.78%的NH₄⁺-N、99.59%的TP。生化池主要优势菌门有变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和浮霉菌门,变形菌门是影响微生物多样性变化的关键菌门。属水平上,进水1 h选择区Zoogloea、Aeromonas和Thauera丰度较高,主反应区Nitrospira丰度较高;进水结束选择区Nitrospira丰度较高,主反应区Terrimonas和Lactobacillus丰度较高;沉淀1 h选择区Thauera丰度提高,主反应区Nitrosomonas丰度较高,主要发生氨氧化;闲置结束选择区脱氮菌类型多丰度高,主反应区Sulfuritalea、Haliangium、Zoogloea丰度较高。沿程功能性微生物丰度变化与污染物浓度变化相对应。NO₃⁻-N对微生物群落结构的塑造影响最显著(解释度为38.92%)。氮代谢途径表明沿程主反应区均发生全程硝化反硝化,选择区均发生短程硝化和全程反硝化,除进水1 h外,其余阶段选择区的反硝化功能基因丰度均比主反应区高。     

铁氧化物/活性炭对饮用水中Sb(V)的吸附性能及机理

采用液相沉积法制备了铁氧化物/活性炭复合材料(Fe₂O₃@AC),通过单因素实验和正交实验优化了材料的制备条件,使用SEM、FTIR、XRD、XPS等分析方法对材料的形貌和性质进行了表征分析,通过吸附实验探究了Fe₂O₃@AC吸附除锑的效果及影响因素,并进一步对吸附除锑的机理进行了深入探讨。结果表明：最佳制备条件为纯水:乙醇:=4:1,Fe²⁺:Fe³⁺=1:1,总铁浓度为0.594 mol·L⁻¹,制备液pH=1.88。Fe₂O₃@AC吸附除锑的能力较其他金属基材料和活性炭有明显提高,锑原水质量浓度为38 μg·L⁻¹,Fe₂O₃@AC投加量为0.08 g·L⁻¹,吸附平衡后水中锑的去除率达97%,剩余锑质量浓度为1.06 μg·L⁻¹,满足国家饮用水卫生标准要求。微观表征显示铁氧化物颗粒成功负载于活性炭上,且铁氧化物晶体的结构完好。吸附反应符合准二级动力学和Langmuir等温模型,吸附反应以单层化学吸附为主,吸附类型为液膜扩散,颗粒内扩散,质量扩散的叠加形式。吸附方式为共沉淀,及溶解态锑与固相铁氧化物形成络合物,参与反应的官能团为—OH、—COOH、—Fe—OH、—Fe—O—Fe。     

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。     

改性HDPE填料的制备及对MBBR脱氮除磷效果的强化

为解决传统填料亲水性差、挂膜速度慢等问题,对高密度聚乙烯(HDPE)填料进行亲水改性并改善填料的挂膜性能及在移动床生物膜反应器(MBBR)中的应用效果,用浸涂的方式将纳米SiO₂、聚乙烯醇(PVA)、聚多巴胺(PDA)等材料涂覆在HDPE填料表面,对改性后填料进行接触角、SEM、FT-IR和XPS表征以及MBBR挂膜启动实验,研究化学需氧量(COD)、氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果以及对填料挂膜时间、生物膜量、蛋白质和多糖含量的影响。结果表明：改性后,填料接触角由94.82°降至 60.1°,填料亲水性明显增强;填料表面出现褶皱,粗糙度增加;上述材料成功负载在填料表面并引入了亲水基团且未改变填料基本结构;填料挂膜时间由25 d提前至16 d,挂膜时间提前了9 d,COD、NH₃-N、TN、TP去除率分别达到94.9%、95.4%、83.5%、71.6%,与改性前比分别提高了9.3%、6.7%、13.7%、11.5%;填料的生物膜量是改性前的1.57倍,从27.35 mg·g⁻¹提高到42.87 mg·g⁻¹,其中蛋白质和多糖的含量分别从改性前的6.48 mg·g⁻¹和3.38 mg·g⁻¹提高到8.83 mg·g⁻¹和5.82 mg·g⁻¹,分别为改性前的1.36倍和1.72倍。由此可以看出,表面涂覆可以提高HDPE填料的亲水性,改性后的HDPE填料可以缩短在MBBR中的挂膜时间及强化对COD、NH₃-N、TN、TP的去除效果。本研究结果可为HDPE填料亲水改性的深入研究及在MBBR中的实际应用提供参考。