二维层状双金属氢氧化物在去除磷酸盐中的应用

层状双金属氢氧化物(LDH)是磷酸盐去除的良好吸附剂,具有表面易改性、电荷可调、层间距可控、吸附能力强和吸附速度快的特点,能够有效解决水体富营养化问题。本文从LDH除磷性能的优化出发,综述了LDH的结构特征、除磷机理、制备方法、剥离方法的前沿理论和应用案例;基于目前LDH用作磷酸盐吸附剂面临着易团聚、胶体溶液不稳定、性能受控于pH以及难回收等问题,分析了磁性LDH、生物炭/LDH、GO(rGO)/LDH等复合材料的复合方法和性能改进方案,指出了LDH复合改性和LDH膜材料的研究新趋势,以及主要研究重点与热点。希望本文能够为LDH在水处理领域的研究提供新思路,为深入优化LDH吸附和膜分离性能提供理论支持和方向引导。

构筑锆基活性位点用于电吸附磷酸盐的研究

水体中含有过量的磷会导致富营养化等环境污染问题,有效去除磷酸盐的方法引发了研究者们的关注。通过液相浸渍耦合焙烧法成功制备了Zr基金属掺杂的活性炭电极材料(ZrAC),并将其用于电吸附除磷。通过XRD、XPS、SEM、EDS及TEM表征了该复合活性炭材料,结果表明,所合成的ZrAC材料具有良好的晶体结构特征,Zr的负载为磷酸盐去除提供了充足的吸附位点。所制备的电极材料对磷酸盐的去除符合伪二级动力学模型,在1.0 V的电压下,电极对PO_(4)^(3-)的吸附量可达到29.43 mg/g,外接电压显著提升了对磷酸盐的去除性能,ZrO_(2)对PO_(4)^(3-)的捕获主要源于Zr—O—P键的形成,由此提升了电极材料对PO_(4)^(3-)的吸附能力和速度。此外,所合成的ZrAC电极材料在电吸附过程中具有较好的抗干扰能力和稳定性。

铁电絮凝去除磷酸盐性能及影响因素研究

不同水质条件下,铁板作为阳极电絮凝时会产生不同形态的絮体,而絮体种类对磷酸盐去除效果尚不明确.利用铁板作为阳极进行电絮凝,考察溶解氧对电絮凝过程中生成絮体种类的影响,进一步研究电流密度和初始pH值对磷酸盐去除效果的影响.结果表明,低溶解氧(DO)条件下絮体成分主要为磁铁矿,高DO条件下可能为无定型三价铁氧化物/氢氧化物;电流密度越大(2.5、5和10 mA·cm^(-2)),磷酸盐去除效率越高,同时,低DO条件下磷酸盐去除效率高于高DO条件;而初始pH值(4、5、6、7和8)虽不影响不同溶解氧条件下所产絮体的除磷效果,但DO浓度高时,酸性条件下磷酸盐去除效率更高.当前污水处理厂二级出水存在磷浓度较高的问题(TP> 0.5 mg·L^(-1)),采用实际污水在2.5 mA·cm^(-2)电流密度下进行电絮凝,10 min后,初始浓度为1.307 mg·L^(-1)磷酸盐去除效率达98%以上.研究结果将为电絮凝产不同形态铁去除磷酸盐提供理论支持.

废水中吸附法磷酸盐去除的研究进展

废水除磷是控制水体富营养化的重要途径。较传统除磷,吸附法不仅可降低水中磷酸盐浓度至更低水平,而且有简单经济等优点,成为近年来的研究热点。为了探明吸附法除磷的机理,分析了无机、有机和工业废物废渣类三种不同类型吸附剂的特性,并综述了三种吸附剂通过配位吸附、离子交换、氢键和表面沉积这四种机制去除水中磷酸盐的效果。同时论述了除磷后磷酸盐的解吸、吸附剂的再生、磷酸盐的回收过程,为循环除磷提供了保证,表明了吸附法废水除磷应用的巨大潜力。

磷酸铵镁技术中不同沉淀剂脱氮除磷效果比较

探讨了磷酸铵镁法中不同沉淀剂的脱氮除磷效果,比较了氨氮去除率、磷酸盐去除率、残氮量、残磷量,沉淀物质质量和组成,处理液的电导率。综合考虑了各方面因素得出处理高浓度氨氮废水的较佳的沉淀剂为Na3PO.412H2O+MgCl2.6H2O和Na3PO4.12H2O+MgSO4.7H2O,处理高浓度磷酸盐废水的较佳的沉淀剂为NH4Cl+MgCl2.6H2O和NH4Cl+MgSO.47H2O.并对磷酸铵镁沉淀进行了X-衍射光谱和扫描电镜表征。

同步去除并富集磷酸盐生物膜驯化过程中微生物种群分析

本实验以同步去除并回收高浓度磷酸盐溶液为目标,开展了以挂式尼龙为生物载体的生物膜驯化培养聚磷菌的人工配水实验研究.通过扫描电镜(SEM)和Illumina MiSeq高通量测序分析技术研究了生物膜驯化过程中生物膜内菌群形态、优势菌及物种多样性变化并验证了短时间内在该常规生物膜上回收高浓度磷酸盐的可行性.反应器运行10 d后挂膜成功,COD出水50 mg·L^(-1)以下,出水磷浓度接近于零,磷去除率95%以上,并在该水平上稳定运行40 d.SEM结果显示50 d时微生物菌落均匀饱满,外形规则,轮廓清晰,成球状.MiSeq高通量测序发现优势菌门包括变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、Ignavibacteriae门、硝化螺旋菌门(Nitrospirae).其中变形菌门从47%增长至58%,占主导地位.而优势聚磷菌为Rhodocyclaceae,从17.9%增长至28.9%.回收阶段,通过提高进水磷酸盐浓度和厌氧阶段溶液中COD浓度,富磷溶液浓度从40 mg·L^(-1)升高到82 mg·L^(-1),在生物膜上实现磷酸盐的富集,并且浓度满足鸟粪石法磷回收的要求.

2种磷酸盐生长环境对同步去除与富集磷酸盐工艺的影响

针对同步去除与富集磷酸盐溶液的问题,研究了在低磷环境和低磷高磷交替环境下悬浮填料生物膜反应器的除磷能力和释磷能力,采用扫描电子显微镜(SEM)和高通量测序对第0、45和95天的污泥进行了表征。结果表明:低磷环境下好氧出水磷酸盐浓度稳定在0.5 mg·L-1以下,厌氧阶段的最大释磷量为6.05 mg·L-1;在低磷高磷交替环境中,好氧出水磷酸盐浓度基本在0.5 mg·L-1以下,富磷溶液浓度最高可达63 mg·L-1。SEM结果表明,同步去除与富集磷酸盐的悬浮填料生物膜反应器中的主要微生物是杆状菌。高通量测序结果表明:第0、45和95天的变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度分别为48.3%、57.1%和89.1%,占主导地位;而红环菌科(Rhodocyclaceae)的相对丰度分别为18.1%、19.0%和30.8%,是反应器中的优势菌科;动胶菌属(Zoogloea)是同步去除与富集磷酸盐的悬浮填料生物膜工艺中的主要功能菌。在悬浮填料生物膜工艺中,低磷高磷交替的生长环境下培养的聚磷生物膜能够使好氧出水的磷酸盐浓度达到国家排放标准,并在厌氧阶段得到高浓度的磷酸盐富集溶液,且这种生长环境更适合聚磷微生物的生长。

赤泥在沼液除磷中的应用

采用工业废物赤泥去除沼液中磷酸盐,利用XRF、XRD、PSD和SEM等手段对赤泥基本物理化学性质进行了综合表征,研究了沼液初始pH(pHi)、赤泥投加量、反应时间和初始磷浓度等因素对沼液中磷酸盐去除率和沼液最终pH(pHf)的影响。结果表明:沼液中磷酸盐去除率随着pHi的增加呈先降低后增加趋势;磷酸盐去除率最大值和最小值分别出现在pHi为2.1和6.9处,分别为89.6%和47.2%;赤泥投加量越大、反应时间越长,磷酸盐去除率越高,pHf越大;而初始磷浓度越低,磷酸盐去除率越高,pHf越大。采用34水平正交试验设计考察了各因素间的交互作用及对赤泥除磷的影响,得到赤泥除磷的最佳条件:pHi为10.0,赤泥投加量为5.0 g/L,初始磷浓度为1.7 mg/L,反应时间为40 min。

金属氧化物对磷酸盐吸附的预测及分子机制

金属氧化物吸附剂由于其优异的性能和稳定性而成为有前景的磷酸盐去除材料。揭示纳米金属氧化物吸附磷酸盐的关键影响因素和吸附机制,对吸附磷酸盐金属基材料的设计至关重要.因此,本研究测定了32种金属氧化物的磷酸盐吸附量,通过ReliefF算法识别影响金属氧化物吸附磷酸盐的关键描述符,基于此建立了对磷酸盐吸附的预测模型,并采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)模拟了磷酸盐在6种典型金属氧化物表面的吸附。结果显示,金属氧化物的电负性和阳离子电荷是决定磷酸盐吸附的关键因素采用6种机器学习算法构建了可筛选高吸附量金属氧化物的预测模型,决策树模型的训练集和验证集的预测准确度超过90%.DFT计算结果表明,金属原子d轨道与磷酸基团氧原子p轨道的相互作用是决定金属原子和氧原子成键的关键,阐明了金属原子d轨道能级决定磷酸基团吸附能的新机制.本研究所建立的预测模型可为筛选吸附磷酸盐的金属基材料提供依据,DFT计算揭示的分子机制可为吸附剂的设计提供理论基础.