含细颗粒悬浮物矿井水的混凝沉淀参数优化

针对宝日希勒露天煤矿矿井水中悬浮颗粒物粒径小、难去除的问题,采用单因素与正交实验方法确定了混凝沉淀工艺的最佳参数,分析了矿井水中细颗粒物的混凝机理。结果表明,混凝沉淀的最佳工艺参数为聚合氯化铝(PAC)投加量50 mg/L,非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)投加量5.0 mg/L,快速搅拌(300 r/min)时间1 min,慢速搅拌(50 r/min)时间8 min,静置时间5 min;在最佳工艺条件下,悬浮物(SS)质量浓度为5.0 mg/L,去除率为99.1%,相比单独投加PAC时,10μm以下的细颗粒物去除率提高了25.9%,矿井水的ζ电位由-40.9 mV降低至-16.3 mV,说明细颗粒物的混凝机理主要为PAC吸附电中和作用和聚丙烯酰胺(PAM)吸附架桥作用。

生物质炭复合rGO电极的制备及其脱盐性能

以废弃玉米芯为原材料,采用水热法制备了一种电容去离子(CDI)电极材料——生物质炭复合还原氧化石墨烯(rGO)。通过单因素法优化了生物质炭的制备条件;采用循环伏安测试、交流阻抗测试、扫描电子显微镜等探究了生物质炭复合rGO与电化学性能的构效关系;考察了生物质炭复合rCO的CDI脱盐影响规律及再生性能。结果表明:当选用ZnCl_(2)为活化剂时,生物质炭复合rGO的比电容最高,为176.58F/g;且比电容与其介孔孔容量、官能团C-C/C=C的含量成正比;在NaCl浓度为250mg/L,电压为1.4V时,生物质炭复合rGO电吸附容量最大,为11.35mg·g^(-1),是生物质炭的2.19倍,且再生性能良好,15次吸附脱附循环后NaCl去除率仍可稳定在初次的99%。因此生物质炭复合rGO是一种绿色高效的CDI电极材料,为提高碳基材料的脱盐性能提供了技术支持,还可以实现生物质废料的绿色回收。

水源水Fe(Ⅵ)与Mn(Ⅶ)预氧化对天然有机物的组成特征及消毒副产物生成势的影响

溶解有机物(DOM)普遍存在于地表水源中,是饮用水消毒副产物的重要前驱物.本研究考察了Fe(Ⅵ)与Mn(Ⅶ)预氧化对浙江东部某水源水中DOM的组成特征及消毒副产物生成势的影响.运用三维荧光光谱(3D-EEMs)分析了两种氧化剂在不同的浓度梯度下对水样进行预氧化后,水样DOM的荧光光谱特性、荧光特征参数和荧光组分等的变化情况,及氯化后消毒副产物(DBPs)的生成情况.结果表明,水源水水样DOM的来源主要为陆源与内源混合且具有一定的腐殖质化程度,Mn(Ⅶ)和Fe(Ⅵ)预氧化不仅对荧光DOM具有较好的降解效果,对腐殖质类DOM也具有一定的降解作用.在DBPs的生成势方面,Mn(Ⅶ)预氧化对三氯甲烷(TCM)生成势的变化呈现出先增强后减弱的现象,对二氯乙腈(DCAN)的生成势具有一定的减弱作用.而Fe(Ⅵ)预氧化对三氯丙酮(1,1,1-TCP)、溴氯乙腈(BCAN)、二溴乙腈(DBAN)和DCAN的生成势均具有明显的降低作用,对二氯一溴甲烷(DCBM)、二溴一氯甲烷(DBCM)和三溴甲烷(TBM)生成势的变化呈现出先增强后减弱的现象.研究结果推动了水源水氧化消毒工艺的发展并为相关研究提供理论指导.

球磨法制备酚醛树脂-g-C_(3)N_(4)复合材料用于可见光催化产H_(2)O_(2)的综合实验设计

该研究通过球磨法将树脂颗粒嵌到石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))层状结构内,制备具有高效、稳定光催化性能的球磨改性间苯二酚-甲醛树脂-g-C_(3)N_(4)复合催化剂。具体研究了水热反应条件、球磨速度、球磨时间等对催化剂在纯水体系中、可见光条件下产过氧化氢(H_(2)O_(2))的性能的影响。通过扫描电镜、X射线衍射、BET孔径测试分析等表征手段,分别探究了球磨过程中树脂和g-C_(3)N_(4)的微观结构、晶体组成和孔隙结构变化。结合电化学阻抗谱测试,揭示了间苯二酚-甲醛树脂-g-C_(3)N_(4)复合光催化剂在纯水体系、氧气饱和条件下制备H_(2)O_(2)的机理。实验有助于培养本科生及研究生的实验设计思维和操作能力,激发学生的科研兴趣,提升其解决实际环境问题的能力。

ZSM-5沸石削减臭氧氧化过程中的溴酸根生成量

分别采用超纯水、硼酸盐缓冲溶液和自来水配制含溴离子水,考察投加不同硅铝比的ZSM-5沸石对臭氧氧化过程中溴酸根生成量的削减效果及机理。结果表明,在三种不同介质中,ZSM-5沸石对溴酸根生成量的削减效果依次为:超纯水>硼酸盐缓冲溶液>自来水;硅铝比为300的ZSM-5沸石的削减效果最好,在硼酸盐缓冲溶液体系中,反应30 min后可使溴酸根的生成量减少66%。硅铝比为300的ZSM-5沸石对溴离子和溴酸根均无明显的吸附作用,但可显著减少臭氧分解过程中的H2O2产量,这是其削减溴酸根生成量的主要原因。

矿井水井下-地面分级分质高效利用与智能调配技术

针对目前矿井水处理后回用成本高、时空分配不均和循环利用率低等问题,通过矿井水水量平衡和回用水质数据分析,探究了大海则矿区矿井水量质耦合变化规律,采用大数据计算和嵌入式系统设计,形成了矿区矿井水井下-地面高效利用途径和智能调配技术。结果表明:大海则矿区原矿井水就地利用率低,仅为矿井总排水量的22.1%,水质为高浊和高硬度,在时间与空间上具有水量水质分配不协调的特点;基于此,重构了矿区矿井水水量平衡图,形成了矿井水井下-地面分级分质的综合利用技术,可将矿井水回用率提高到100%;同时,构建了兼具实时监测、无线传输与大数据储用的智能调配系统,为煤矿区矿井水的高效利用与多目标协同智能化控制提供了理论依据。

利用阳离子化生物质炭去除水中高氯酸盐的综合实验设计

结合环境污染防治需求导向和科研工作热点,设计了阳离子化生物质炭去除水中高氯酸盐的综合实验。将具有高氯酸盐吸附能力的十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)负载到玉米芯生物质炭(CBC)上,制备得到OTAC-CBC吸附剂,可在有效去除水中超标高氯酸盐的同时实现农业废弃物玉米芯的资源化利用。采用单因素法研究OTAC-CBC的制备条件对其去除高氯酸盐的影响,采用动力学和等温吸附考察OTAC-CBC对水中高氯酸盐的吸附效能,通过元素分析、红外光谱和Zeta电位分析探究OTAC-CBC去除高氯酸盐的原理。该实验既能提高本科生的专业实验操作技能,又能加强其科研创新及解决复杂环境问题的能力。

咖啡渣生物质炭的制备及其对矿井水中氟离子的去除研究

近年来矿井水中氟离子含量超标问题尤为突出,不仅影响矿井水处理后的回用水质,而且危害人体健康。为了同时实现固废资源化利用和矿井水中氟离子的去除,本文以废弃咖啡渣为原料,采用化学活化法制备了一种新型矿井水中氟离子的吸附剂——咖啡渣生物质炭(CRB),通过单因素法优化了制备过程中的活化剂种类、活化温度和活化浓度;通过动力学和等温吸附实验对比分析了优化前后CRB对氟离子的吸附效能;通过表面物化特性表征探究了优化后的CRB(O-CRB)对氟离子的吸附机理。结果表明:当采用氯化锌为活化剂、浓度为4 mol/L、活化温度为400℃时,获得了吸附性能最优的O-CRB,其对氟离子的最大吸附量为2.20 mg/g,是活化前CRB的1.30倍;与优化前相比,O-CRB的中孔孔容量与比表面积明显增加,含氧官能基团(-COOH)含量和表面Zeta电位升高,且吸附氟离子后O-CRB表面的氯离子含量明显降低(3.27%至0.61%)、氟离子含量明显增加(0.76%至10.34%),从而可推测出O-CRB吸附氟离子的主要机理为静电吸附和离子交换。

荞麦壳基活性炭的制备及其性能研究

为了实现固废资源化利用,以废弃荞麦壳为原料采用化学活化法制备了一种新型吸附剂——荞麦壳基活性炭。采用单因素方法对制备过程中的活化温度、活化时间、活化剂种类和荞麦壳与活化剂的质量比进行了优化,通过碘值和亚甲蓝值考察了优化后荞麦壳基活性炭的吸附效能,并采用气体吸附仪、X射线衍射法和扫描电镜分析表征了活性炭的孔结构、微晶结构及微观表面形貌。结果表明:当采用磷酸活化剂、活化时间90 min、活化温度500℃、荞麦壳与活化剂的质量比为1∶3时,获得的荞麦壳基活性炭碘值和亚甲蓝值分别为765.8 mg/g和222.2 mg/g,其亚甲蓝值高于市售的三种活性炭(煤基、木质、椰壳活性炭);同时,优化后的荞麦壳基活性炭的中孔孔隙率最大为96.8%,总孔容量(0.666 cm^3/g)高于煤基活性炭和椰壳活性炭,比表面积(785.3 m^2/g)与市售活性炭相当,说明以荞麦壳为原料采用磷酸活化可制备出中孔发达、吸附性能好的活性炭。

十八烷基三甲基氯化铵改性煤基活性炭对水中硝酸盐的吸附研究

近年来我国城市饮用水中不断出现硝酸盐超标的问题,严重影响了饮用水水质,威胁人体健康。为了进一步提高去除水中硝酸盐的效果,我们研发了一种经济高效的水中硝酸盐吸附剂——十八烷基三甲基氯化铵改性煤基活性炭(OTAC-GAC),采用正交实验方法确定了OTAC-GAC的最优制备条件和对水中硝酸盐的最大吸附效能,并通过动力学吸附拟合和表面物化特性分析探究了OTAC-GAC对水中硝酸盐的吸附机理。研究表明,当以煤基活性炭为母体、以OTAC为改性剂时,季铵盐改性煤基活性炭的最佳制备条件为:改性剂浓度5 mmol/L,改性温度20℃,改性时间2 h;优化后的OTAC-GAC对硝酸盐的最大吸附量为22.05 mg/g,比改性前提高了15.31 mg/g,且OTAC-GAC对硝酸盐的吸附符合准二阶动力学吸附模型(R^2=0.999)、Langmuir等温吸附模型(R^2=0.913)和D-R等温吸附模型;此外,与改性前相比,OTAC-GAC的总孔容量减少了47%,N元素含量提高了44%,碱性官能基团含量增加了3.4倍,说明改性后带正电、含氮的OTAC已成功负载在煤基活性炭表面孔隙内,从而可推测出改性煤基活性炭去除硝酸盐的主要机理为离子交换和静电吸附作用,为保障饮用水安全奠定了理论基础。

面向大学创新的煤炭高校环境工程专业实验教学改革

本文总结了中国矿业大学(北京)环境工程专业实验教学的经验,提出了在煤炭行业发展新形势下培养学生创新精神和实践能力是煤炭高校环境工程专业实验教学的核心任务,并从更新教学理念、引入煤炭环保科研课题、开展与煤矿区污染控制相关的创新性实验和建设企业实践基地等方面对煤炭高校环境工程专业实验教学改革进行了探索和思考。

“创新教学”在环境工程专业的实践与优化

中国矿业大学(北京)在强化传统的“理论教学”和“实践教学”的同时,探索与构建了以创新能力培养为核心目标的“创新教学”。系统分析了创新教学在环境工程专业的实施现状,提出了“创新教学”在环境工程专业的进一步优化建议,将为培养环境专业创新型人才奠定良好的基础。

CBC@rGO复合电极材料的制备及其电化学性能

为了研发高效降解水中苯酚的电化学技术,将玉米芯生物质炭(CBC)负载于导电性能好的还原氧化石墨烯(rGO)上,制备得到高性能复合电极材料CBC@rGO。通过循环伏安测试CBC@rGO的电化学性能,通过扫描电子显微镜仪器、BET比表面积及孔径分析仪和X射线光电子能谱分析仪等表征物化性能,探讨CBC@rGO高效降解水中苯酚的影响规律;基于电化学降解实验,获得CBC@rGO对水中苯酚的最佳去除效果。结果表明:CBC@rGO的最大比电容为125.82 F/g(扫描速率为10 mV/s),与其比表面积、总孔容量及F-C-F键强度成正比;0~10 min内,CBC@rGO对苯酚的降解速率(k=0.025 81 L·mol^(-1)·s^(-1))明显高于CBC和rGO。由此,CBC@rGO作为一种绿色高效的电极材料,可明显提高其导电能力并解决石墨烯纳米材料的团聚问题,为水中苯酚的高效去除提供了新的技术和方法。

“双一流”建设背景下能源矿业类高校环境工程专业学位硕士研究生培养模式创新与实践

在“双一流”建设背景下,国家生态文明战略和矿业可持续发展对能源矿业类高校环境学科的一流人才培养提出了新的要求。文章以中国矿业大学(北京)环境工程专业为例,系统分析了现阶段环境工程专业学位硕士研究生培养现状及面临的挑战,立足能源矿业环保特色,提出了“深化产教融合,服务行业环保”的专业学位硕士研究生的创新培养模式,构建了具有能源矿业特色的“厚理、强工、重绿”课程体系,形成了高校、科研院、企业“多向投入”的协同育人长效机制。实践证明,该模式有效解决了能源矿业类高校环境专业学位硕士研究生培养面临的困难,培养质量显著提升。

新型固硫剂的研发与应用研究

针对现有型煤固硫剂固硫效率低、SO_2高温段二次释放的问题,自主研发了一种新型高效固硫剂。采用独创的固硫剂表面多孔富集技术和与之配套的新型生产工艺和设备,制备出一种具有SO_2超低排放性能的清洁型煤。经固硫率检测和热工试验检测,结果表明,该类型煤在Ca/S摩尔比为2、炉膛温度为1 100℃的条件下,固硫率达到100%,锅炉热效率可达78.02%。研究表明:在提高型煤固硫性能的同时极大提高了型煤的热效率,提高了燃料的利用率,降低了燃煤使用过程中SO_2排放,实现了节能减排的目标。

基于学科交叉融合的环境工程专业教学改革与实践

新工科背景下,学科交叉融合已经成为推动学科和专业发展、促进创新人才培养的重要途径。该文分析了我国环境工程专业发展的历史沿革、学科特点及发展趋势,对课程体系优化、课程思政融入、课堂教学模式改革、实践教学体系完善、创新教学环节协同、国际化教育实践、跨学科教学团队建设等方面的教学改革与实践进行了阐述,以期为新工科背景下传统行业特色高校环境工程专业学科的交叉融合与升级改造提供借鉴。

本科生导师制中学生评价体系构建的研究

随着本科生导师制在高校范围内的普及和深入,本科生的创新性和主动性不断提高,本科教育模式也日渐趋于完善。但制度本身对学生层面的要求和约束尚不明确,制约了本科生导师制的进一步优化与发展,本文以中国矿业大学(北京)本科生导师制的实施情况为依据,探讨了本科生导师制存在的问题与改进措施,以期待为本科生导师制在其他高校的推广提供切实可行的建议。

环境工程专业双语教学体系建设现状与改革思路

双语教学改革是高等教育教学改革的重要组成部分。该文通过调研我国82所开设环境工程专业高校的双语课程开设情况,分析了目前双语教学建设中存在的问题,从培养计划/方案顶层设计的角度提出环境工程专业双语教学体系的建设与改革思路,以期为推进具有国际竞争力的环境类专业人才培养提供参考。

浅析环境与健康通识教育课程现状及对策

环境与健康通识教育课程可以拓宽学生有关环境保护和公共健康方面的知识,激发学生对环境与健康问题的浓厚兴趣。通过理论知识讲授与实际环境问题分析相结合的课程内容优化,讲授、讨论、析辩、报告、调研、视频资料等多种教学方式的改革,加强对教师教学质量的监控和严格对学生的考核要求,达到开设通识教育课程提升大学生独立思考能力、创新性批判思维能力、知识的整合能力和参与社会活动所需的技能的教学目标。

人工湖水体富营养化的活性炭处理技术及生态修复建议

通过对包头市两个典型人工湖的水体富营养化现状分析,研究木质和煤基活性炭对人工湖中叶绿素a、COD、浊度、蓝藻、总氮和总磷的去除效果。结果表明:木质活性炭对劳动园人工湖中叶绿素a、COD和浊度的去除率更高(>96%);煤基活性炭对总氮和蓝藻的去除率更高(>88%),出水达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)二级标准。同时,提出了长期治理人工湖水体富营养化的生态修复方案,以期为长期有效治理人工湖水体富营养化提供帮助。