构建聚己内酯/纳米金刚石-磷脂复合材料及性能评价

背景:聚己内酯因具有良好的加工和降解性能在骨组织工程中得到广泛应用,但其较差的亲水性及机械强度并不能为成骨细胞提供良好的生长环境。目的:制备聚己内酯/纳米金刚石-磷脂复合材料,评估其生物相容性和体外促成骨分化能力。方法:使用磷脂对纳米金刚石进行改性,以聚己内酯为原材料,采用溶液浇铸法制备含不同质量比例(0%,2.5%,7.5%,10%)纳米金刚石-磷脂的聚己内酯/纳米金刚石-磷脂复合膜,使用聚己内酯/纳米金刚石膜进行对比,通过对各组材料表面形貌、元素组成、力学性能及水接触角的观察,选取理化性能较佳的复合膜。将MC3T3-E1细胞分别接种于纯聚己内酯膜、聚己内酯/7.5%纳米金刚石-磷脂膜及聚己内酯/7.5%纳米金刚石膜,检测细胞增殖、黏附及成骨分化能力。结果与结论:①通过扫描电镜及表面元素组成证实聚己内酯/纳米金刚石-磷脂复合膜制备成功,与纯聚己内酯膜相比,聚己内酯/7.5%纳米金刚石-磷脂膜的拉伸强度提高了86.06%,弹性模量提高了54.76%,水接触角降低至70.0°,显示出良好的理化性能;②CCK-8检测结果显示,相较于纯聚己内酯膜、聚己内酯/7.5%纳米金刚石膜,聚己内酯/7.5%纳米金刚石-磷脂膜可促进MC3T3-E1细胞的增殖;鬼笔环肽染色显示,相较于聚己内酯/7.5%纳米金刚石膜,纯聚己内酯膜、聚己内酯/7.5%纳米金刚石-磷脂膜上的MC3T3-E1细胞多为菱形或纺锤形纤维状,细胞连接更紧密;碱性磷酸酶染色显示,相较于纯聚己内酯膜、聚己内酯/7.5%纳米金刚石膜,聚己内酯/7.5%纳米金刚石-磷脂膜上的MC3T3-E1细胞展现了更强的成骨分化能力;③结果表明,聚己内酯/纳米金刚石-磷脂复合材料具有良好的力学性能、亲水性、生物相容性及体外促成骨分化能力。

超滤膜／混凝生物反应器去除饮用水中有机物的效能

采用超滤膜/混凝生物反应器(UF-MCBR)处理模拟微污染源水,考察了对有机污染物的去除效能与机理。结果表明,当聚合氯化铝投加量为10 mg/L时,UF-MCBR对DOC、UV254、TOC、CODMn、BDOC和AOC的去除率分别为44.0%、54.5%、49.0%、58.5%、72.8%和58.3%。UF-MCBR通过超滤、生物降解以及混凝三者之间的协同作用去除溶解性有机物,就DOC的去除而言,三种作用的贡献率分别为11.1%、6.2%和26.7%。UF-MCBR系统中的UF膜表面为污泥层所覆盖,该污泥层能有效强化UF膜对分子质量为300～6 000 u有机物的截留,UF膜(连同污泥层)对憎水碱、憎水中性物、憎水酸、弱憎水酸和亲水性物质的截留率分别达到了37.0%、42.8%、52.7%、39.8%和19.0%。

膜生物反应器用于饮用水处理的启动特性

以粉末活性炭(PAC)作为生物载体,考察了短水力停留时间情况下膜生物反应器(MBR)用于饮用水处理时的启动特性.结果表明,对于NH3-N在初始困难阶段(20 d)之后,系统的自然启动可以在9 d内完成;之后MBR一直保持着稳定的NH3-N去除效率(89.4%).而在亚硝化细菌的成熟过程中MBR出水中出现了NO-2-N的积累,硝化细菌的成熟滞后了6 d.对于机污染物,由于反应器内PAC吸附和生物降解的综合作用,系统并未表现出明显的异养菌落成熟的标志.整个试验期间,MBR对TOC、CODMn、DOC和UV254的平均去除率分别为26.4%、30.7%、20.4%和21.7%.

膜吸附生物反应器(MABR)用于饮用水去除有机物

为更加有效地制备优质饮用水,考察了膜吸附生物反应器(MABR)强化去除水中有机污染物的效能.结果表明,当粉末活性炭(PAC)投加量为8mg/L时,MABR对进水中TOC、CODMn、DOC、UV254以及BDOC和AOC的去除率分别达41.3%,59.4%,36.7%,53.5%,67.9%和44.0%.在MABR中,膜的物理截留作用、生物降解作用以及PAC的吸附作用协同完成对溶解性有机污染物的去除;就DOC而言,3种作用的贡献分别为11.1%,7.6%和18.0%.微观分析结果表明,MABR中膜表面的动态污泥层能强化膜对混合液中溶解性有机物的截留.考虑到0.5h的短水力停留时间,MABR无论是从技术上还是从经济上考虑都有着很好的应用前景.

高锰酸盐复合剂强化饮用水除污染生产性研究

采用依时间序列进行对比的方法,考察了高锰酸盐复合剂(PPC)对饮用水源的强化除污染效能。生产性实验结果表明,PPC具有优良的强化混凝和强化过滤效能,能显著降低水厂沉后水和滤后水的浊度、CODMn、UV254等水质指标。与未投加时相比较,水厂投加PPC后沉后水和滤后水浊度分别降低了25%和33.3%,沉后水和滤后水CODMn去除率分别提高了15.3%和11.5%,UV254去除率分别提高了16.3%和9.5%。同时,GC/MS分析表明PPC能有效去除水源水中的多种微量有机污染物,显著提高饮用水的化学安全性。PPC通过高锰酸钾的氧化作用,水合二氧化锰的吸附作用,以及各组分间的协同强化作用,显著提高了对水中污染物质的去除效率。

滤料粒径对生物活性滤池除污染效能的影响

采用两种活性炭粒径的生物活性滤池（BAF）：BAF-1的滤料粒径为O．8～1．2mIn，BAF-2为1．0-2．0mm，探讨了滤料粒径对BAF除污染能力的影响及作用机理。结果表明，滤料粒径对BAF除有机污染物和氨氮的能力影响较大。两组BAF除浊性能差异不大。另外，两组BAF均能显著降低滤前水的细菌总数，同时，BAF-1的水头损失增长速度并不高于BAF-2。采用较小粒径的BAF-1具有更高的吸附容量，并能为微生物的生长提供更大的表面积，因而具有更优越的饮用水除污染效能。

浸没式MBR工艺应对饮用水源氨氮冲击负荷的效能

在平行运行的条件下对比研究了单独的浸没式膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)、生物活性炭(biological activated carbon,BAC)以及BAC+MBR联用工艺应对饮用水源氨氮冲击负荷的效能.结果表明,单独的MBR具有优异的应对水源突发性氨氮污染的能力:ρ(NH3-N)在原水中为8～10 mg/L的情况下,出水中仅为(0.36±0.15)mg/L,而且出水中仅在进水ρ(NH3-N)高达9.74 mg/L时产生了短暂的NO2--N积累现象.BAC由于受到供氧能力的限制,对氨氮的去除能力有限,并且出水中始终存在NO2--N积累.而BAC+MBR联用工艺也能在氨氮冲击负荷时较好去除NH3-N,ρ(NH3-N)在原水中为8～10 mg/L时可在出水中降至(0.39±0.19)mg/L,但是出水中产生NO2--N积累的时间明显长于单独的MBR.然而,BAC+MBR联用工艺能通过两级生物屏障更好地去除水中的有机物,因此建议根据原水水质等条件选择合适的生物处理工艺.

污泥停留时间对SMBR净化受污染水源水的影响

为考察用于饮用水处理的浸没式膜生物反应器(SMBR)中适宜的污泥停留时间(SRT),在平行运行的条件下对比研究了80d和20d两种SRT下SMBR净化受污染水源水的效能.结果表明,在80d的SRT下,SMBR对DOC、UV254、TOC、CODMn的去除率分别为19.6%、13.4%、27.7%和30.7%;而当SRT为20d时,SMBR的平均去除率为21.2%、13.2%、29.2%和32.7%,去除能力基本相同.此外,80d和20d两种SRT下SMBR对NH3-N的去除率均高于96%.而采用20d的SRT时,SMBR的跨膜压增长速率略低于80d的情况.可见,将SRT由80d缩短至20d,不仅不会对SMBR净化受污染水源水的效能产生影响,还有助于减缓膜污染.这样,就可以考虑在SMBR中直接投加粉末炭以强化对有机物的去除,并及时排泥,使反应器中的污泥浓度维持在适宜的范围内.

一体化超滤-膜混凝吸附生物反应器饮用水除污染效能

为了提高超滤-膜生物反应器(UF-MBR)的饮用水除污染效果,在其反应器中直接投加粉末活性炭进行吸附和聚氯化铝进行混凝,构建一体化超滤-膜混凝吸附生物反应器(UF-MCABR)。试验结果表明,在投药量为粉末活性炭8mg/L、聚氯化铝10mg/L时,UF-MCABR对TOC和CODMn的去除率比UF-MBR分别提高了37.1个百分点和29.8个百分点;对DOC和UV254的去除率分别提高了40.6个百分点和61.4个百分点,并取得了几乎100%的硝化效率和PO34-—P去除效率。UF-MCABR的膜污染速率较之UF-MBR显著降低。

斜发沸石替代石英砂强化生物过滤除污染性能

为提高生物活性滤池（BAF）用于饮用水处理的除污染效能,滤料的优化选择至关重要.通过连续流动态模型实验,考察采用斜发沸石替代石英砂对于BAF生物过滤性能的强化作用.结果表明,沸石滤料生物活性滤池（BAF-1）去除水中污染物的能力明显优于石英砂滤料生物活性滤池（BAF-2）.与BAF-2比较,BAF-1的CODMn去除率提高13%-18%,UV254去除率提高6.8%-8.4%,氨氮去除率提高8.8%-16.5%,而滤后水浊度降低17%-21%;此外,BAF-1细菌总数去除率比BAF-2提高8.6%,但两种滤料的BAF均不会导致滤后水细菌总数的增加.BAF-1通过吸附、离子交换、生物氧化等多种机制协同作用促进水中污染物的去除,表现出更为优良的饮用水除污染效能.

微污染水源水中重金属镉的去除

针对我国水源水中微量重金属污染特点,在不改变常规给水处理工艺前提下,提出了用水合二氧化锰去除饮用水中的微量重金属镉污染物的强化混凝工艺。采用硫代硫酸盐与高锰酸盐经氧化还原反应生成的水合二氧化锰处理含镉水源水,系统讨论了pH、浊度、腐殖酸等水质参数对水合氧化锰混凝除镉效能的影响;采用XRD、XPS技术并结合投射电镜技术对水合二氧化锰粒子的物相晶型、表面组成及水中形态进行了表征;采用透光脉动检测技术对水合二氧化锰絮凝的全过程进行了研究,把微观的絮体结构与形态观测同宏观的混凝现象结合起来进行综合分析,试图探讨水合二氧化锰混凝去除水中重金属镉的可能机理和特点。结果表明:水合二氧化锰为表面积大、吸附力强的非晶形胶体,对溶解态隔和吸附态镉均表现了优异去除能力,其去除金属镉的机理可能是依靠专属吸附、静电吸附以及网捕卷扫综合作用的结果。水合二氧化锰能够很有效去除水源水中的微量镉,并能使出水满足饮用水水质标准。

第三代城市饮用水净化工艺及超滤的零污染通量

论述了超滤技术作为第三代净水工艺的核心技术在城市净水厂大规模应用的必要性和历史必然性,并针对不同的原水水质特点,提出了具有不同适用性的超滤组合工艺。基于净水厂运行的角度,强调了"零污染通量"的运行模式,当膜在"零污染通量"下工作时,则无需或很少需要化学清洗,这将显著简化大型膜系统的运行,工程实用性增强。通过加强膜前预处理、加强物理清洗、改善膜材料、降低膜价格(从而降低工程上可接受的膜通量)等"零污染技术",有望将"零污染通量"提升至工程值,为超滤技术的研发与应用提出了一个新的思路。

生物活性滤池饮用水除氨氮的影响因素

以实际沉淀池出水进行配水,通过模型实验,探讨了生物活性滤池(BAF)除氨氮的影响因素及作用机理。结果表明,滤前水中有机物含量和滤料粒径对BAF除氨氮能力影响较大。当采用沉淀池出水中自身携带的有机物时,BAF-1除氨氮效率为97%;当沉淀池出水中另配入2mg·L-1牛肉膏+2mg·L-1蛋白胨+2mg·L-1葡萄糖时,由于受到异养菌对溶解氧和生存空间竞争的限制,其除氨氮效率下降至51.0%。活性炭粒径采用0.8～1.2mm的BAF-1氨氮去除率比采用1.0～2.0mm的BAF-2高1.5%～16.7%。当滤前水氨氮浓度低于1.60mg·L-1时,BAF-1的氨氮去除率接近100%;当氨氮浓度逐渐升高时,由于受到溶解氧的限制,去除率逐渐下降。对滤前水进行预曝气充氧,能提高BAF-1的除氨氮效率。滤速对BAF-1除氨氮影响不显著。反冲洗可适当提高BAF-1的除氨氮效率。

硫酸根对废旧电池废水中氟离子去除的影响研究

含氟废水广泛存在,其中钙盐沉淀是处理高氟废水常用方法之一。但是在处理实际废水时,往往达不到理想效果,需要混凝二级处理。为此,本研究以某实际电池高氟废水为例,研究钙盐沉淀运行参数对除氟效果影响,发现在钙盐投加量4500~5000 mg·L^(-1)、pH为11.5条件下,除氟效果最佳,但无法达到理论要求的8 mg·L^(-1)。随后通过配水实验探究了废水中的共存离子对钙盐除氟的干扰,发现在硫酸根存在的条件下,无法降到10 mg·L^(-1)以下。通过能量色散X射线光谱仪(EDS)傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)分析表明,硫酸根通过与氟离子竞争钙离子,从而抑制了氟离子的去除。最后,废水再经过铝盐混凝处理或者投加磷酸盐生成氟磷酸钙沉淀后,满足污水排放要求。

混凝沉淀-浸没式超滤膜处理北江水中试研究

为考察混凝沉淀-浸没式超滤膜处理北江水的可行性,通过中试试验从净水效能和膜污染两方面对其进行研究,并与水厂现有常规处理工艺进行比较.结果表明,常规工艺砂滤出水浊度平均为0.176 NTU,而混凝沉淀-超滤组合工艺出水浊度平均为0.080 NTU,其对浊度的去除效果明显优于常规工艺;常规工艺对CODMn和UV254的平均去除率分别为47.3%和43.2%,而超滤组合工艺的去除率分别为50.6%和44.0%,略优于常规处理工艺.就膜污染而言,原水直接超滤时跨膜压差增长较快;而在混凝沉淀-超滤组合工艺中,混凝沉淀的预处理作用可有效去除水中的膜污染物质,超滤膜的跨膜压差增长缓慢,系统运行稳定.采用浸没式超滤替代砂滤形成混凝沉淀-超滤组合工艺可有效提高供水的安全性.

微宇宙环境下藻类生长与理化因子回归研究

为考察水库水中藻类生长与理化因子的相关性,用微宇宙环境模拟藻类生长过程并监测理化因子变化,建立相关回归统计方程.以微宇宙环境中鱼腥藻、微囊藻和中度营养状态水体中藻类的生长为研究对象,考察藻类生长过程中理化因子的变化,建立藻生长与环境因子的线性相关矩阵,并建立相关预测方程.实验结果表明:总磷和水温是影响藻类生长显著因子;通过总磷和水温建立起的相关预测方程,能够预测水体内藻细胞浓度变化.微宇宙环境下基于理化因子所建立起的藻类生长预测方程有助于水厂准确预测藻类浓度,及时调整水处理工艺.

粉末活性炭吸附水中苯的热力学研究

为研究粉末活性炭(PAC)对苯的吸附性能,对比分析两种PAC的物理化学性质.结果表明:煤质炭微孔面积320 m2/g远小于木质炭微孔面积563 m2/g,煤质炭表面基团比木质炭丰富.使用Dubinin和Sper-pinsky(DS)公式对活性炭吸附水分子进行定性分析,表明煤质炭易于吸附水分子,木质炭更易于吸附苯;研究两种炭对苯的吸附等温线,比较Langmuir、Freundlich、Sips、Toth方程描述吸附等温线的准确性,结果表明Toth方程相关性系数最接近1,更适合描述PAC吸附水中苯;木质炭吉布斯自由能变(-ΔG 0)、吸附焓变(ΔH 0)、吸附熵变(ΔS 0)均大于煤质炭的,表明木质炭更易于吸附苯.

循环伏安法测定电极电催化活性的实验设计

采用循环伏安法在经典的铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液中对不同的硼掺杂金刚石薄膜(Boron-Doped Diamond,BDD)电极上氧化还原反应进行测试,研究电极上发生的电化学反应的可逆性及其动力学特征,判断电极电催化活性的高低。研究发现,硼掺杂体积流量在1~15 m L/min范围内制备的4个BDD电极的可逆性和电催化活性顺序为10 m L/min>15 m L/min>5 m L/min>1 m L/min,与前期有机物降解实验得到的结果相一致,说明采用循环伏安法可以快速便捷地判断电极的催化活性。对最优的BDD电极的动力学参数进行计算,得到传递系数α=0.426,电极反应的速率常数k^0=1.19×10^(-3)cm/s。

混合污泥制备吸附剂回用于污水处理研究

用城市污水厂化学与生物混合污泥为原料,以质量比1∶3浸渍于18.0mol/L浓硫酸中,在550℃下活化1h,可以制备出性能较好的吸附剂.通过检测混合污泥吸附剂的表面物理形态、比表面积、孔结构,铁、铝含量用及元素成分表征其物理化学特性.将混合污泥吸附剂回用于城市污水,去除有机污染物.试验结果表明,吸附剂对UV254的去除率虽然低于商品活性炭,但其对COD的去除率高于商品活性炭.当回用于污水化学强化一级处理时,吸附剂可以大大减少聚合氯化铝铁的投加量.0.3g/L的吸附剂与15mg/L的聚合氯化铝铁联用时,UV254和COD的去除率分别是26.1%和61.6%.投加吸附剂后,混凝剂的投加量减少50%即可达到对UV254和COD同样的去除率.

基于压力衰减的超滤膜急性与慢性物理破损评价

为验证超滤膜物理破损压力衰减监测的有效性,对破损后膜出水水质的变化和膜内压力的衰减情况进行系统考察.借助医用探针在超滤膜上制造破损点(单个扎孔破损率A=5.46×10-6),发现随着破损率由0增加到5A,超滤膜出水的UV254和DOC仅分别增加24%和26%;出水浊度由0.100 NTU增加到0.290 NTU,但绝对值依然很低,难以反映超滤膜破损的程度.超滤膜急性物理破损时,膜内压力则呈现出急剧下降的趋势,即便破损率仅为1A时,55 k Pa的压力仅66 s就降至零点.因此,以压力衰减监测作为超滤膜物理破损的一种快速、高效、灵敏的评价方法是行之有效的.接触实验表明,粉末炭与超滤膜的短期接触(45 d)不会造成超滤膜的慢性物理破损,不会影响出水水质.