离子膜氯碱工业中废盐资源化的应用与挑战

在我国生态文明建设方针指导下,工业用水效率和重复利用率显著提升,但目前的废水排放总量仍不容忽视。工业废水零排放是实现污水资源化利用的重要途径,但处理过程中会形成废盐和高浓度废盐水。现阶段我国对于废盐的处置率低,并且几乎未进行资源化利用,已成为了制约工业废水零排放的重要瓶颈之一。以工业废盐作为原料回用于氯碱工业提供了一种新的废盐消纳渠道,但进料中含有的杂质组分多,利用废盐的离子膜氯碱工业将面临以膜污染为代表的新挑战。系统性介绍了离子膜氯碱工业中废盐资源化原理与工艺流程,讨论了阴阳离子与溶解性有机质致离子膜污染的过程机制与表征手段,并从进料控制、膜清洗、运行工况优化等方面提出了合理的应对策略,最终对未来关于进料水质参数优选与高性能阳离子交换膜研发提出展望,以期促进工业废水零排放过程中废盐资源化技术研发与应用。

基于ReaxFF力场的对硝基苯酚臭氧氧化分子动力学模拟

本文采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学方法(ReaxFF MD),利用自主研发的国际首个基于GPU加速的ReaxFF MD程序系统GMD-Reax和独特的化学反应分析工具VARx MD,探索臭氧氧化对硝基苯酚的反应机理。通过模拟考察了300 K恒温条件下臭氧氧化水中对硝基苯酚的行为,获得了酚结构开环、CO_2生成、主要自由基(·OH、·O_2、·O)及团簇型自由基的数量演变趋势,并可定性描述六元环开环和CO_2生成均遵循伪一级反应动力学规律。反应机理分析表明酚类分子在水溶液中被臭氧氧化的路径主要经过攫氢、六元环开环、碳链的氧化分解三个阶段,也揭示了自由基和团簇型自由基在臭氧降解对硝基苯酚时所发挥的重要作用。本工作是应用ReaxFF MD分子模拟方法对常温水环境下臭氧降解酚类污染物反应机理研究的一个尝试,可为深入认识该机理及相关的实验、理论研究提供一定的参考。

亚硝酸乙酯绿色合成新工艺研究

用滴流床反应器代替原有的鼓泡塔式反应器,进行亚硝酸乙酯(简称亚酯)再生实验研究,使用惰性瓷环和分子筛为填充介质,考察了原料气进气方式、反应温度、NO/O2比对O2转化率的影响.实验发现,填充介质采用碗状瓷环为最佳,而适宜的反应温度为40～60℃,同时发现NO/O2比为6/1时最佳.

UV/O_(3)耦合氧化处理钢铁行业反渗透浓水

反渗透技术广泛应用于工业废水的深度处理与回用过程,但其产生的浓水含盐量较高,有机污染物降解难度大。臭氧氧化技术具有氧化能力强、操作简单等优点,可用于水中有机物的氧化降解,但单独采用臭氧氧化时对有机物有选择性,处理效果有限。采用紫外光-臭氧耦合技术处理钢铁行业的2种反渗透浓水,探究臭氧浓度、紫外光照强度和初始pH对COD去除效果的影响,并利用三维荧光光谱分析处理前后反渗透浓水的水质变化情况。结果显示,钢铁综合废水和焦化废水处理的最佳操作参数基本相同,在最佳反应条件下,紫外光-臭氧耦合氧化60 min后,2种反渗透浓水的COD去除率分别达到73.3%、53.8%;浓水中难以降解的物质为可溶性微生物代谢产物。

煤气化废水的冷冻浓缩处理技术研究

针对煤气化过程形成的废水量大、成分复杂、污染物含量较高,且因煤种、气化工艺不同而成分变化,处理难度很大的特点,研究采用冷冻浓缩技术对Texaco和Lurgi法气化废水进行处理。结果表明,采用冷冻浓缩技术可以将气化废水中的有机物和无机物基本脱除,产水的COD不超过10 mg/L,COD和电导率符合HG/T 3923-2007循环冷却水用再生水水质标准,不易受进水中钙离子含量的影响。处理Texaco和Lurgi气化废水的产水率分别超过90%和95%,可显著提高废水回用率,并降低废水处理量。表明冷冻浓缩技术可作为气化废水处理的新选择。

“双碳”战略下钢铁行业节水减污技术发展的探讨

钢铁行业在我国经济生产中占有重要地位,是国家的支柱性产业,但同时也是高耗能、高耗水、高污染、高碳排行业。在我国制定“双碳”发展目标的新形势下,钢铁行业水污染末端治理与生产过程结合度不够,用水用能效率仍有待提升,难以满足行业低碳发展的控制需求,亟需推进污染控制与碳减排统筹。本工作提出了“双碳”战略下钢铁行业节水减污技术发展的研究思路,通过供水-用水-废水处理-水循环利用综合统筹、污染跨介质-低碳协同控制、水污染全过程控制及智能优化、钢铁企业与城市的产-城共荣协同发展等方面,有望进一步提升对未来钢铁行业节水减污的科技支撑能力,助力钢铁行业绿色低碳发展。

鼓泡塔气液两相流不同曳力模型的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型对圆柱形鼓泡塔内气液两相流动进行了三维数值模拟.通过UDF自定义程序对气相出口边界进行了速度修正,解决了模拟中自由区域内有漩涡的问题;分别使用单一气泡尺寸模型和群体平衡模型(PBM)计算气泡尺寸,并比较其对气含率分布的预测结果,分别采用Schiller-Naumann,Grace和Tomiyama曳力系数模型进行模拟.结果表明,在全塔径均匀进气的简化条件下,单一气泡尺寸模型不适用,在合适的Hamaker数下,PBM模型中原用于颗粒计算的Abrahamson模型可计算气泡聚并速率;Tomiyama曳力模型耦合PBM模型可更好地描述塔内流动情况,并与文献值吻合良好.Schiller-Naumann模型所得平均气含率与实验值相差约40%,而Grace模型所得湍动耗散比Tomiyama的结果高14.5%,气含率分布与文献值相差16.3%.

基于全过程污染控制策略的钢铁工业园区水网络全局优化

作为典型的高耗水工业,节水减排是我国钢铁工业可持续发展亟须解决的关键问题之一。本研究基于全过程污染控制策略,提出了面向钢铁工业园区水网络特点的多尺度优化建模方法,充分考虑了钢铁园区涉水单元-工序水网络-园区水网络等不同尺度水系统的用排水特点及相互作用,有助于进一步发掘园区节水减排新空间。在此基础上建立了园区水网络全局优化模型,利用数学规划方法来探索综合用水成本最低的园区水网络优化方案。一年产能为500万吨钢材的钢铁工业园区水网络优化案例研究表明,采用全过程污染控制策略的钢铁园区水网络全局优化方案,综合用水成本、新水用量及新水成本占比等用水指标与其他采用局部水污染控制技术的方案相比有较大幅度的降低,与园区现用水指标相比,各指标均降低20%以上。案例研究表明所提出的园区水网络优化模型可行有效,优化结果对于钢铁园区水污染控制技术的集成和水网络全局优化方案的精准确定具有重要的参考价值。

改性活性炭强化催化臭氧氧化降解草酸

对工业活性炭进行酸预处理、硝基化和氨基化表面改性,并在半连续反应器中研究其催化臭氧氧化降解草酸的活性.结果表明,酸预处理的活性炭比表面积、等电点pH值(pHpzc)和碱性官能团含量提高了5%～10%,但催化降解草酸效率降低15.6%,氨基化活性炭的pHpzc和碱性官能团含量分别由2.6和234.8mmol/g升至7.0和764.5mmol/g,而硝基化活性炭的pHpzc和表面碱性官能团含量均降低.在中性和酸性溶液中,两种改性活性炭降解草酸的活性均高于预处理活性炭.在pH=7的溶液中,氨基化活性炭在45min内催化降解草酸降解率为42.4%.加入叔丁醇会抑制活性炭催化降解草酸,活性炭催化臭氧氧化草酸主要是羟基自由基起作用.

化学氧化强化湿法冶金清洁生产:进展与展望

湿法冶金具有能耗低、污染小等优点,广泛应用于低品位复杂矿石处理。金属浸出是湿法冶金的首要环节,但存在金属回收率低和反应时间长等问题。化学氧化可加速金属硫化物转化为金属离子或改变金属的价态,有利于后续目标金属的分离富集,在此过程中还可以通过介质强化、外场强化提高金属氧化浸出率。主要介绍了五种典型的低腐蚀性化学氧化剂(Fe^(3+),O_(2),H_(2)O_(2),O_(3)和过硫酸盐),以及相关的协同氧化方法在金属浸出中的应用和机理分析,介绍了加压强化、介质强化、微波和超声等强化方法,对比分析了各方法的优缺点及适用范围。Fe^(3+)广泛应用于硫化矿的酸性浸出,独特的离子对循环使Fe^(3+)可与多种氧化剂形成协同氧化浸出机制。O_(2)常通过加压强化提升氧化浸出效率,可促进难处理硫化矿氧化分解。H_(2)O_(2)氧化性强,氧化产物清洁无污染,受到广泛关注,近年来多用于电子废弃物资源处理领域。臭氧预氧化处理含硫含砷难处理金精矿,可有效解除难浸硫化矿对金的包裹,促进金的溶出。过硫酸盐性质稳定,氧化能力强,可活化生成更高氧化性的活性氧。协同氧化可结合各氧化剂的优点,提高氧化能力,降低综合成本。四种强化方法可为化学氧化过程提供能量、加强传质或提高金属分离选择性,有助于提高金属浸出率,缩短反应时间。展望了化学氧化强化金属浸出技术的发展前景和技术挑战,对湿法冶金清洁生产技术开发有指导意义。要点:(1)化学氧化可缩短浸出时间并提高金属浸出率。(2)化学氧化技术有助于开发清洁的湿法冶金工艺。(3)协同氧化、介质强化和外场强化方法可进一步提高氧化浸出金属的效率。