南京大学潘丙才教授团队在纳米限域激活酚类有机物寡聚路径实现污染物绿色低碳去除方面取得新进展

潘丙才教授课题组近年来聚焦水处理纳米限域效应的基础研究与技术创新开展了持续研究。最近的研究发现,基于石墨烯气凝胶(GA)负载UiO-66-NH_(2)-(Zr/Fe)(其中Fe(Ⅲ)位点锚定在Zr6-oxo团簇边缘)的纳米限域策略,可实现在不改变H_(2)O_(2)活化过程的前提下,将酚类污染物的氧化路径从具有动力学优势的开环路径转变为具有热力学优势的寡聚化路径。以苯酚去除为例,与开放体系相比,该纳米限域体系的去除速率提升了两个数量级(208倍),总有机碳去除率由3.6%提升至92.2%。此外,与传统矿化路径相比,寡聚化路径减少了95%以上的氧化剂消耗和77.9%的碳排放,为绿色低碳水处理技术的创新发展提供了一定的策略性、理论性参考。

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《水处理技术》创刊于1975年,是我国水工业领域最早创办的两本期刊之一。杂志由中国蓝星(集团)股份有限公司主管,杭州水处理技术研究开发中心有限公司主办,属全国中文核心期刊、中国期刊方阵双效期刊、全国科技论文统计源期刊,并被美国《化学文摘》(CA)、日本《科技文献速报》(JICST)、美国《剑桥科学文摘:自然科学》(CSA:NS)等收录。

电化学水处理技术降低循环水硬度的实验研究

使用电化学法处理某焦化企业实际循环水的实验,探究了循环水的硬度和碱度去除率随处理时间的变化情况。分析了电流密度、水力停留时间、极板间距等实验操作参数以及商用阻垢剂对电解效果和能耗的影响。结果表明:硬度和碱度去除率随处理时间呈现先上升后平稳的趋势,且碱度去除率总是高于硬度去除率;电流密度为70 A/m^(2)、水力停留时间为6 min、极板间距为3 cm时电解效果最佳,硬度和碱度去除率可达27%以上,单位能耗低至13 kWh/kg;商用阻垢剂对电解效果具有阻碍作用。

镁改性植物源生物炭的制备及其对磷酸盐的吸附特性

为处理含磷废水和实现农业废弃物的资源化利用,将小麦秸秆制成生物炭,通过MgCl_(2)溶液对其进行浸渍改性,探究改性生物炭对水中磷酸盐的吸附特性。结果表明:热解温度为600℃,0.1 mol/L MgCl_(2)溶液改性得到的小麦秸秆生物炭(WS-0.1Mg-600)在pH=7、初始磷酸盐浓度为10 mg/L时,对磷酸盐吸附效果最好;WS-Mg-600投加量为1.25 g/L时,对磷酸盐吸附量为(4.02±0.46)mg/g;WS-Mg-600吸附磷酸盐最佳pH为10。吸附过程符合拟二级动力学方程以及Langmuir模型,表明该吸附过程是以化学吸附为主,并为单层吸附。

有机负荷率对厌氧颗粒污泥处理畜禽养殖废水效能的影响探究

针对高浓度畜禽养殖废水厌氧处理效率低,构建了外循环厌氧反应器(EGSB),开展了进水有机负荷率(OLR)对EGSB处理畜禽养殖废水过程内污染物去除效能及颗粒污泥形成规律的影响,并解析相关作用机制。结果表明进水OLR提高至9.0 kg/(m^(3)·d),COD、氨氮及总磷去除维持在91.2%~95.3%、89.6%和76.9%,产气及甲烷产率分别提高至4.64~4.94 L/(L·d)和2.96~3.40 L/(L·d)。适宜提高OLR提高了污泥颗粒化,在工况III内,污泥浓度提高至6.1~6.5 g/L,大粒径污泥质量浓度增加。OLR提高增加了颗粒污泥内胞外聚合物(EPS)含量,并影响了EPS内蛋白质/多糖比值。此外,OLR能影响EGSB内微生物群落特征,且当OLR为9.0kg/(m^(3)·d)时,Firmicutes、Bacteroidetes和Proteobacteria是主要的门级别微生物,且相对丰度分别高达25.6%、16.5%和15.2%。研究结果为畜禽养殖废水高效处理提供一定理论依据。

光催化氧化技术处理废水中抗生素的研究进展

本文综述了光催化氧化技术处理废水中抗生素污染物的研究现状,主要介绍了半导体光催化剂、光催化复合膜及一些与光催化氧化技术相关的联合技术在废水抗生素污染物处理领域的应用进展,同时详细地介绍了各种方法对抗生素污染物的处理效果及其优缺点。最后,展望了光催化氧化技术在废水中抗生素污染物处理领域未来的研究重点和发展趋势。

淀粉基水凝胶St/CMC-g-PAA对Cu^(2+)的吸附性能研究

以玉米淀粉(St)、羧甲基纤维素钠(CMC)为原料,丙烯酸(AA)为接枝单体,通过接枝和交联反应合成了淀粉基水凝胶St/CMC-g-PAA。考察了投药量、pH、Cu^(2+)初始浓度(ρ0)、吸附时间对吸附效果的影响。结果表明,当ρ0=40 mg/L,投药量为300 mg/L,pH=5.2时,Cu^(2+)的去除率可达92.7%。实验数据拟合结果表明,水凝胶对Cu^(2+)的吸附过程符合Langmuir吸附模型和准二级动力学模型,属于单分子层的化学吸附过程。在25℃时,水凝胶对Cu^(2+)的饱和吸附容量qm=142.86 mg/g。水凝胶再生性能较好,经过4次吸附-脱附循环后,Cu^(2+)去除率仍可达到82.1%。

瞬时NH_(4)^(+)-N冲击对SBR系统污染物去除的影响

探究了瞬时NH_(4)^(+)-N冲击对SBR系统污染物去除效果的影响,在反应运行的第19、33、45天,通过提高单周期瞬时NH_(4)^(+)-N质量浓度至41.05、60.02、80.15 mg/L,对SBR系统进行冲击。结果表明,进水NH4+-N质量浓度从41.05 mg/L增加到80.15 mg/L时,COD、TP、NH_(4)^(+)-N去除效果没有明显变化,TN出水质量浓度从10.25 mg/L增加到21.49 mg/L,TN的出水变高主要受碳源不足的影响。三次瞬时NH4+-N冲击负荷下,NH4+-N降解速率基本不变。三次瞬时NH_(4)^(+)-N冲击负荷下,SBR系统中EPS总量对比常负荷运行时,均有所提高,且PN的含量在增加,PS的含量先升高后降低。而PN和PS含量的变化,在一定程度上会对活性污泥的絮凝造成影响,导致活性污泥粒径逐渐减少。系统在受到瞬时NH_(4)^(+)-N冲击后,TN出水会有所提高,但是经过一个周期的运行便可以恢复。

甲基苯丙胺的电化学催化降解及机理研究

甲基苯丙胺(Methamphetamine,METH)作为一种兴奋剂类毒品,正在全球范围内蔓延,研发高效、环保、低成本的销毁技术十分必要。本文设计了电化学催化降解METH的方法,通过扫描电镜(SEM)和元素分析对电极形貌结构及成分进行了分析,并利用气相色谱(GC)和循环伏安法(CV)对METH电化学降解过程和机制进行了探讨。结果表明,钛基钌铱电极(DSA电极)表面的裂纹结构,大大提高了电极活性面积,对METH的降解效果优于碳纤维电极和Pt电极。电解条件优化后,DSA电极对METH的电化学降解效果显著,METH基本完全降解。METH的降解以间接氧化为主,降解反应遵循一级反应动力学。电化学催化可以快速高效的降解METH,且环境友好,是对METH无害化处理的有效手段。

碱改性生物炭负载纳米羟基磷灰石的制备及对染料的吸附研究

实验制备了碱改性生物炭负载纳米羟基磷灰石复合材料(BC/N-HAP),并以罗丹明B(RB)为目标污染物,考察该材料负载量、吸附剂使用量、pH及共存离子对罗丹明B去除效果的影响,并对吸附机理进行了探讨。实验结果表明,纳米羟基磷灰石成功负载到生物炭表面,当负载率为100:1(W/W BC:N-HAP),复合材料使用量为50 mg,体系pH为10时,60 min内罗丹明B的去除率为87.8%。动力学研究表明,该吸附过程符合伪二级动力学方程(R^(2)>0.99);热力学研究表明,该过程是自发吸热反应,符合Langmuir单分子层吸附模型。静电作用是复合材料吸附RB染料的主要作用力。

人造沸石和PFS去除城镇生活污水氨氮和总磷的实验研究

采用人造沸石和聚合硫酸铁(PFS)处理污水中氨氮和总磷,人造沸石实验采取连续进水模式,从沸石投加量、曝气量和流速(水力停留时间)多角度考察对污水中氨氮的去除,PFS实验从浓度、搅拌转速、混凝时间、沉降时间和取样深度多方面考察对污水中总磷的去除。结果表明:对于NH_(3)-N去除,单独曝气或人造沸石均效果不佳,去除率分别达10.01%±1.69%和49.49%±5.08%,但两者共同作用可极大提升去除效率,达90.55%±1.41%;水力停留时间在2.4~5.5 h范围内越长氨氮出水浓度越低,5.5 h时最低为(2.81±0.14)mg/L。对于TP去除,低浓度PFS(50、100 mg/L)表现出的去除效果不明显,去除率仅达6.62%~10.39%,至400 mg/L时去除率达89.58%±0.79%;转速110 r/min增加至205 r/min,TP去除率仅相差0.27%~3.77%;混凝时间由1 min增至10 min,去除率由52.36%±3.84%提升至87.30%±0.99%,且15 min为最佳沉降时间,之后TP质量浓度趋于平衡;不同取样深度对TP去除无较大影响;最佳实验参数组为PFS浓度400 mg/L,转速110 r/min,混凝10 min后沉降15 min,液面以下池深10%(约2 cm)处取样,出水TP质量浓度可达(0.17±0.01)mg/L,去除率达(89.58±0.79)%,明显优于GB 18918-2002一级A标准。人造沸石和PFS在城镇生活污水氮磷突发状况及深度处理,如某些工艺阶段设备突发事故导致不能运转的紧急情况或出水有深度处理需求的场合具有一定的技术研究和实际应用价值。

磁性茶渣的制备及其对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

采用化学交联法在废茶渣(TW)上负载Fe_(3)O_(4)磁性粒子,制备了新型生物质基磁性吸附剂-磁性茶渣(MTW),利用SEM和FTIR进行了表征,并研究了MTW对于水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附性能。在30℃、pH为2、吸附剂用量1 g/L、吸附时间120 min时,MTW对初始浓度为20 mg/L的Cr(Ⅵ)的吸附率为91%。Cr(Ⅵ)在MTW上的吸附符合Langmuir等温线模型和准二级动力学模型,在40℃下,最大吸附容量为33.847 mg/g。热力学参数表明,吸附是自发和吸热的。

固定化异养硝化-好氧反硝化菌在污水生物强化中的研究进展

异养硝化-好氧反硝化(Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification,HN-AD)菌可以在有机碳存在的好氧条件下实现同时硝化和反硝化,广泛应用于各类污水处理过程中。综述了HN-AD菌株的脱氮特性和代谢途径,总结了其在污水处理中的应用和研究现状,比较了不同载体材料的优缺点,重点讨论了固定HN-AD菌株提高反应器处理效果和稳定性的作用机理。最后,展望了固定化HN-AD菌株在污水处理中面临的挑战和未来的研究方向。

生物接触氧化-潜流型人工湿地组合工艺处理农村生活污水的应用案例研究

以浙江省永康市某农村的生活污水处理及灌溉回用工程为例,对“生物接触氧化-潜流人工湿地”组合工艺处理农村生活污水的设计参数、运行效果和工程效益等进行了分析。该工程设计规模为30 m^(3)/d,研究期间实际处理规模12~20 m^(3)/d,出水中TP、NH_(3)-N、COD、BOD5、SS、粪大肠菌群等11项主要指标灌溉期(4月至10月)满足《农田灌溉水质标准》,作为该村苗木基地灌溉用水,非灌溉期(11月至次年3月)出水满足《浙江省农村生活污水处理设施水污染物排放标准》,作为该村荷花种植塘的用水。工程运行期间对TP、NH_(3)-N、COD、BOD_(5)、粪大肠菌群、阴离子表面活性剂、色度、SS和浊度的平均去除率分别为44.3%、65.3%、63.8%、61.7%、76.2%、65.7%、74.2%、54.3%和50.5%。

GQDs/TiO_(2)可见光催化降解抗抑郁药阿米替林的研究

阿米替林是一种被广泛使用的抗抑郁药,阿米替林及其代谢产物对水生生物和人体健康产生危害。阿米替林作为一种新兴污染物,其去除方法的研究受到广泛关注。研究采用水热法制备石墨烯量子点/二氧化钛(GQDs/TiO_(2))复合催化剂,通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和比表面测试(BET)表征了复合物的结构和形貌。催化剂可见光催化降解阿米替林性能表明,当GQDs的负载量为4%,溶液pH为11,催化剂投加量为0.08 g,阿米替林的初始浓度为5μmol/L时,GQDs/TiO_(2)对阿米替林的降解性能达到最优,为93.1%。GQDs的引入促进了光生电子空穴对的有效分离和转移,超氧阴离子自由基(·O_(2)^(-))是光催化过程中最主要的活性物种,其次是电子(e^(-))和羟基自由基(·OH)。

基于臭氧氧化的垃圾渗滤液深度处理工艺优化及中试验证

针对实际垃圾渗滤液深度处理工艺流程优化开展中试实验。深度处理采用混凝沉淀+臭氧氧化+生物活性碳工艺,针对垃圾渗滤液传统工艺过程中的MBR出水、纳滤浓缩液的处理效果和运行成本进行研究。结果表明:以臭氧氧化为基础的深度处理工艺经过参数优化调整后,处理MBR出水时有机物、氨氮和总氮去除率分别为97.3%、71.76%和42.26%,处理纳滤浓缩液时有机物、氨氮和总氮去除率分别达到98.82%、74.41%和22.53%。其中,臭氧氧化对有机物处理能力最强,深度处理后COD浓度可直接满足排放限值,但是氨氮在后续的臭氧氧化环节和生物活性碳吸附环节存在较大波动。长期成本核算分析表明:处理MBR出水的运行成本为约92.10元/吨;处理纳滤浓缩液的运行成本为约166.00元/吨。最后根据中试研究成果实现了以臭氧氧化为基础的纳滤浓缩液处理工艺的工程转化,为该工艺市场应用奠定基础。

新型活性砂滤罐深度脱氮性能与微生物群落结构研究分析

为进一步减少氮污染物排放,满足城市污水处理厂深度脱氮提标改造的需求,本研究使用新型活性砂滤罐以二沉池出水为对象进行深度脱氮试验,考察不同调控因子对总氮(TN)去除效果以及微生物群落结构的影响。结果表明,最优水力停留时间(HRT)为0.28 h,最佳碳氮比(C/N)为6:1,在此条件下出水TN浓度低于1.5 mg/L,优于现有深度脱氮工艺;为节约运行成本,HRT可调整至0.13~0.23 h,C/N参数不变,TN出水浓度低于4 mg/L。使用乙酸钠时微生物的响应时间比使用甲醇时更短,但高C/N条件下使用甲醇时脱氮效果比使用乙酸钠更好。16s rRNA高通量测序结果表明,系统主要脱氮功能微生物为Saccharibacteria_genera_incertae_sedis、Anaerolineaceae、Longilinea、Rhodocyclaceae、Chlorobium、Thiobacillus、Betaproteobacteria等,Anaerolineaceae主要聚集于装置底部。反冲洗会导致中下部生物膜量较高,但滤床循环运行的方式能将装置底部的反硝化菌转移至滤料顶部,使微生物在装置内的分布更加均匀,从而保证较好的深度脱氮效果。

MABR好氧喹啉和苯酚降解驱动反硝化脱氮研究

以喹啉和苯酚为含氮杂环类和酚类污染物为代表的废水是典型的强毒性难降解有机废水。该课题采用无泡膜曝气生物膜反应器(MABR)实现了好氧反硝化驱动喹啉和苯酚降解生物强化过程。反应器在不同工况条件下,完成了对喹啉、苯酚和硝酸盐分别为(82.6±10.2)%、(84.5±11.9)%、(67.3±10.6)%的去除率以及(11.1±1.4)、(3.1±1.2)、(1.91±0.4)g/(m^(2)·d)的去除负荷。胞外聚合物含量的增加有助于提高生物膜对高喹啉进水负荷的抵抗能力。通过解析生物膜菌群结构,发现生物膜能够有效富集Rhodococcus等典型好氧喹啉降解菌;通过q-PCR功能基因定量分析发现以oxoO为代表的喹啉降解基因和napA好氧反硝化指示基因存在同一菌群,说明了好氧反硝化驱动喹啉和苯酚降解菌群的存在。通过宏基因组学分析,进一步核定Pseudomonas和Raineyella是主要的好氧喹啉和苯酚降解协同反硝化功能的关键菌群。本课题证实了MABR生物膜在好氧条件下完成对喹啉和苯酚的高效降解和好氧反硝化耦合过程,为拓展MABR在含氮杂环和酚类有机废水处理的应用提供必要的理论参考。

生物表面活性剂烷基多苷强化含油污泥厌氧资源化利用的机制解析

为了探究生物表面活性剂烷基多苷(APG)对含油污泥的厌氧资源化利用的影响,构建了序批式厌氧污泥反应器,探究了APG的含量对含油污泥资源化利用的影响,结果表明APG能够高效地提高含油污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸(VFA),且APG的最佳含量为6%,对应VFA的最大浓度为186.5 mg/g VSS。APG促进了VFA内小分子羧酸如乙酸和丙酸的占比。APG提高了含油污泥的溶出和水解过程,促进了有机质的释放。此外,APG有效促进了油脂的释放与利用,在6%APG组别内,油脂利用率高达75.6%。酶活性分析揭示APG促进了负责水解方面蛋白质和淀粉酶,酸化过程PTA、AK和BK的相对活性。APG促进了含油污泥厌氧发酵内副产物氨氮和磷酸盐的释放。研究结果拓宽了APG的应用范围并为含油污泥的资源化提供备选方案。

雨前干旱期对生物滞留系统去除氮性能的影响

为应对传统生物滞留系统对雨水径流中氮元素控制效果不稳定的情况,通常在系统底部设置饱和区以强化对氮的去除,但设置饱和区后仍存在多种影响因素可能导致氮泄露。其中雨前干旱期长短关系着系统内部饱和区是否存在,直接影响下一次降雨时系统初期出水中含氮浓度,因此需要深入研究雨前干旱期对系统除氮效果的影响。通过设置带有40 cm饱和区的生物滞留系统,对比不同雨前干旱期条件下系统对污染物的去除效果并分析除氮机理。结果显示,持续进水和短雨前干旱期时系统由于初期出流硝酸盐和总氮浓度低,整体除氮性能良好;长雨前干旱期时系统初期出流硝酸盐和总氮浓度较高,虽然氨氮浓度低,但整体氮去除率较低。不同雨前干旱期条件下污染物去除率存在差异主要是因为干旱期长度会影响填料层和饱和区中氮元素的转化程度,进而影响去除效果。生物滞留系统在干湿交替的条件下基质中硝酸盐异化还原反应占优势地位,这与传统的认为在系统中硝酸盐主要发生反硝化反应有很大差异。