践行绿色低碳理念 探秘污水处理之旅——2023年广州市生态环境科普系列活动之参观西污水处理厂

为提升中小学教师对污水处理技术与环境保护理念的认知,以获取更丰富的教学素材和实践经验。10月26日,由市生态环境局主办、市环境科学学会与市环境保护宣传教育中心承办,组织广州市杨建瑜名师工作室、曲文国名师工作室和荔湾区共30位中小学教师参观广州市西望污水处理厂。

连续流反应器TiO_2/AC光催化处理阿奇霉素废水

用溶胶凝胶法将TiO2负载于颗粒活性炭(AC)上,500℃焙烧得到TiO2/AC催化剂,用比表面积测定仪(BET)、扫描电镜(SEM)和XRD表征其结构。在连续流反应器中以紫外灯为光源,光催化氧化处理阿奇霉素废水,并优化工艺参数。结果表明,在TiO2/AC中w(TiO2)=1.24%、pH=4,水力停留时间90 min条件下,阿奇霉素去除率≥94.1%,反应器连续运行240 h催化剂活性无明显下降。

复合聚铝处理秋季长江水脱浊研究

通过混凝烧杯实验,探讨了特征黏度系列化的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDM)与液体聚合氯化铝(PAC)复合得到的稳定型复合混凝剂用于对秋季微污染长江水强化混凝处理效果。结果表明,对温度为16～18℃,浊度为70 NTU左右的秋季长江水,沉淀池出水在达到6 NTU的南京某水厂现行浊度标准的情况下,PAC需1.66mg/L的投加量,质量配比分别为20∶1、10∶1、5∶1的PAC(以Al2O3计)/PDM复合混凝剂所需投加量随特征黏度变化为1.38～1.26、1.19～1.14、1.16～1.13 mg/L,相对于PAC可减少投加量16.87%～24.10%、28.31%～31.32%、30.12%～31.93%。复合混凝剂还提高了絮体密实度与沉淀性能。由此可见,PDM明显改善了PAC的混凝脱浊效果,PAC/PDM复合比例越低,PDM特征黏度越高,脱浊效果与沉淀性能越好。考虑未来社会对水质的要求,若使沉淀池出水达到2 NTU左右,则PAC需3.35 mg/L左右的投加量,而复合比例分别为20∶1、10∶1、5∶1的复合混凝剂仍能比单独使用PAC减少19.10%～30.45%的投加量。

A/三级MBBR法处理炼油废水的中试研究

在容积为10.5 m3的装置中,采用A/三级MBBR工艺对炼油废水的处理进行了中试研究。考察了中试装置对炼油废水中CODCr、NH4+—N的去除率。结果表明,采用A/三级MBBR工艺生化反应停留时间(14.3 h)远低于现有炼油废水处理厂的生化反应停留时间(66 h),对COD和NH4+—N的平均去除率分别达到92.4%和99.8%,具有处理效率高、停留时间短的特点,出水水质达到了《国家综合排放标准》(GB8978—1996)中的一级排放标准。

β-CD交联聚合物的制备及处理苯酚废水

以β-环糊精(β-CD)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为原料,通过聚合加成反应制得β-CD-MDI交联聚合物。采用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、元素分析对交联产物进行表征。探讨了交联聚合物的加入量、苯酚溶液初始质量浓度对苯酚去除率的影响。结果表明,β-CD-MDI保留了β-CD的空腔结构,表面形貌由层状变为层状交联,分子式为(C42H70O35)(C15H10N2O2)7.45。β-CD-MDI用量40 g/L,温度30℃,机械搅拌150 r/min,pH=5～7,时间40 min,对苯酚去除率为98.5%,重复使用6次后对苯酚去除率仍有97%。

改性聚乙二醇多磺酸基水处理剂的制备及性能

以过硫酸铵为引发剂,以马来酸酐改性聚乙二醇得到的聚乙二醇酯(PEGMA)、乙烯基磺酸钠(SVS)、丙烯酸(AA)为单体,通过水相自由基共聚反应制备目标共聚物PEGMA-SVS-AA。考察了聚合工艺对其阻碳酸钙垢性能的影响,利用红外光谱对共聚物结构进行表征,得到最佳聚合反应条件为:n(PEGMA)∶n(SVS)∶n(AA)为1∶3∶5,过硫酸铵用量为单体总质量的6%,反应时间2.5 h,控制反应温度为80℃。在该条件下制备的聚合物PEGMA-SVS-AA在模拟工业生产循环冷却水条件下,其阻碳酸钙垢率达到89%。使用XRD和SEM对碳酸钙垢进行了表征,该水处理剂不仅改变了碳酸钙的形貌而且改变了碳酸钙的晶型。

Calcined-β-CD-Fe-LDHs对副品红溶液的水处理及动力学的研究

该文采用低饱和态共沉淀法,辅助微波手段快速制备了β-CD插层含Fe水滑石(β-CD-Fe-LDHs)。利用IR、XRD和SEM对β-CD-Fe-LDHs和煅烧产物Calcined-β-CD-Fe-LDHs进行了结构和形貌表征,β-CD-Fe-LDHs具有片状水滑石的晶体结构,其煅烧产物粒子大小均匀。将Calcined-β-CD-Fe-LDHs应用于副品红溶液的水处理,探讨了不同光催化剂、反应温度、副品红溶液质量浓度以及使用寿命等条件对其去除性能的影响。结果显示,在最佳条件下,对50 mg/L的副品红溶液的去除率可达到95.70%,且重复使用5次后去除率仍可达到79.99%。其动力学研究表明,前40 min内在不同的Calcined-β-CD-Fe-LDHs质量浓度和不同副品红溶液初始质量浓度等条件下均符合一级反应动力学规律。Calcined-β-CD-Fe-LDHs可作为一种新型有效的光催化剂应用于副品红溶液的水处理中。

壳聚糖/聚丙烯酸水凝胶的制备及对Cu2＋和Cd2＋的吸附

以丙烯酸(AA)和壳聚糖(CS)为原料,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,利用辉光放电电解等离子体(GDEP)技术在水溶液中一步引发制备了壳聚糖/聚丙烯酸(CS/PAA)水凝胶。采用FTIR、XRD和SEM对水凝胶的结构和形貌进行了表征,考察了溶液p H、吸附时间和初始质量浓度对Cu^(2+)和Cd^(2+)吸附的影响,探讨了水凝胶的重复利用性。结果表明:AA成功接枝到了CS链上,形成了具有多孔三维网络结构的CS/PAA水凝胶;该水凝胶对Cu^(2+)和Cd^(2+)的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温式;在最佳吸附p H下(p H=4.3),吸附120 min,CS/PAA水凝胶对Cu^(2+)和Cd^(2+)的最大实际吸附量分别为151.2和298.8 mg/g;该水凝胶在0.015mol/L乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)溶液中吸附解吸4次后,吸附量变化不大,说明CS/PAA水凝胶具有优异的再生和重复利用性。

微波合成淀粉基水凝胶的Pb^(2+)吸附性能

以木薯淀粉为原料,微波辅助接枝丙烯酸合成了水凝胶(SAH)。采用SEM、FTIR、XPS对SAH进行了表征,考察了SAH对Pb^(2+)的吸附机理;进一步考察了微波功率、pH、吸附温度、吸附时间和Pb^(2+)的初始浓度对吸附的影响。结果表明,SAH具有三维多孔结构,主要通过与Pb^(2+)形成双配位络合物实现对Pb^(2+)的吸附。微波功率为300 W时制备的SAH,在pH为6.09、吸附时间为60 min、Pb^(2+)初始浓度为0.005 mol/L、吸附温度为30℃的条件下,吸附量可达561 mg/g。SAH可重复利用,重复使用4次后其吸附量为458 mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。

氨基改性的MCM-41吸附水溶液中亚甲基蓝的研究

用3-氨丙基三甲氧基硅烷对MCM-41进行改性,得到MCM-41-NH2吸附剂,用X射线衍射(XRD)、氮气吸附脱附、透射电镜(TEM)和红外光谱对其进行表征。并将其用于去除水溶液中亚甲基蓝(MB)的吸附研究,探讨了吸附剂量、溶液p H、温度和接触时间对亚甲基蓝吸附的影响。结果表明,MCM-41-NH2对亚甲基蓝的吸附是一个吸热过程。吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型,吸附动力学符合拟二级动力学模型。

PSAZ-CTS的制备及对松花江水的絮凝效果

以硅酸钠、硫酸锌、硫酸铝、壳聚糖为原料制备了聚硅酸铝镁-壳聚糖(PSAZ-CTS)复合型絮凝剂,并对其制备条件进行优化。结果表明,当n(Al+Zn)/n(Si)=1.0,n(Al)/n(Zn)=5,(Al+Zn)与壳聚糖的质量比为4,反应温度为40℃,pH=1.40时,制备的PSAZ-CTS复合絮凝剂对于松花江江水净水效果良好,特别是能够处理低温松花江水。最后采用扫描电镜对PSAZ-CTS进行表征分析。

DSA电极电催化氧化降解四环素废水工艺优化

以盐酸四环素(TC·HCl)为研究对象,钛基钌铱涂层(IrO2-RuO2/Ti)为阳极,钛板为阴极,电催化氧化降解TC·HCl模拟废水,探讨了初始质量浓度、电流密度、pH、电解质硫酸钠浓度对电催化降解TC·HCl效率的影响。结果表明,电催化氧化可有效降解水中的TC·HCl。提高电流密度,降低TC·HCl初始质量浓度、电解质硫酸钠浓度,可增大TC·HCl去除率。反应的前90 min,pH对去除率无影响,反应90 min后降解效果出现明显差别,pH为3、7和12时,反应300 min去除率分别为92%、100%和72%。降解过程遵循一级反应动力学模型。通过综合各工艺参数下的去除率、能量消耗和电流效率,得出最佳工艺参数为:TC·HCl初始质量浓度300 mg/L、电流密度10 mA/cm2、硫酸钠浓度0.05 mol/L、pH=7,在该条件下反应180 min后TC·HCl去除率达94%。该实验结果为电化学处理制药工业废水提供了基础数据和科学参考。

偕胺肟纤维对还原蓝6#染料废水的吸附作用

以腈纶纤维(PAN)为原料,与羟胺溶液反应,将纤维侧链上的腈基转化为偕胺肟基(NH2CNOH),然后以这种功能化的腈纶纤维为基体,经配位反应将Fe3+螯合于纤维表面,形成偕胺肟合铁(Ⅲ)吸附纤维,再以其为吸附材料,吸附水溶液中的还原蓝6#染料。考察了工艺条件、吸附规律及吸附反应动力学。结果显示,最佳吸附工艺条件为:温度50℃,吸附时间60min。偕胺肟基纤维(AOCF)对还原蓝6#染料的吸附符合Freundlich等温吸附经验式和二级反应动力学特征。其速率常数k=1.32×1010e-69T08,活化能Ea=57.44kJ/mol。

疏水缔合阳离子改性淀粉-纳米SiO_2絮凝剂CSSADD的制备和性能测试

通过在糊化淀粉上引入丙烯酰胺(AM)、功能性阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)、疏水单体甲基丙烯酰氧乙基二甲基十六烷基溴化铵(C_(16)DMN^+)和纳米SiO_2制备了疏水缔合阳离子改性淀粉-纳米SiO_2复合絮凝剂(CSSADD),对其进行了红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、热重(TG)及扫描电镜(SEM)分析。采用单因素变量法对反应条件进行优化,结果表明,单体摩尔比n(AM)∶n(DMDAAC)∶n(C_(16)DMN^+)=84.5∶15∶0.5,反应体系的pH=5~6,当改性纳米SiO_2与淀粉质量比为1∶3,淀粉与单体质量比为1∶3,引发剂的加量为单体质量的0.5%,反应温度为45℃,反应时间为3 h时,所制备的絮凝剂的絮凝效果最好。性能测试结果表明:高岭土悬浊液的pH=6,当絮凝剂的投加量3 mg/L时,CSSADD处理后悬浊液的上层透光率为98.3%。

电化学氧化降解磺胺嘧啶模拟废水的工艺优化

在无隔膜电解槽中,以NaCl为电解质,利用形稳阳极(DSA)产生的羟基自由基(·OH)和原位电生成的活性氯氧化降解磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SD)模拟废水。通过高效液相色谱分析SD及其产物含量变化,水杨酸捕集羟基自由基法测定·OH的浓度,探讨工艺参数对·OH、氯离子、余氯、总氯和总有机碳(TOC)去除率的影响。结果表明,反应10 min后SD去除率达100%,反应4 h后溶液TOC明显下降;反应4 h后,pH=3、4、8、8.5、10和12的反应体系中TOC去除率分别为29%、46%、55%、61%、52%和47%,峰值出现在pH=8.5时;提高电流密度、电解质NaCl浓度及降低SD初始质量浓度可增大TOC去除率。该实验最优工艺条件为:pH=8.5,外加NaCl 0.025 mol/L,电流密度20 mA/cm2,初始质量浓度100 mg/L SD,经4 h的电化学氧化降解,TOC去除率达到66%。

甲苯法生产己内酰胺废液的处理和综合利用研究

对甲苯法生产己内酰胺的废液进行处理及综合利用,探讨了废液的分离工艺条件、盐的提纯与精制及油的分析与利用。结果表明,通过共沸蒸馏和溶剂萃取洗涤,己内酰胺废液分离成水、粗盐和油,最佳共沸蒸馏条件为:m(甲苯)∶m(苯)∶m(废液)=1∶1∶2,共沸温度82℃,洗涤剂为甲醇,得其m(水)∶m(油)∶m(粗盐)=30∶44∶26。水可并入公司现有处理排放系统;粗盐经液相色谱分析,其主要成分为环己烷羧酸磺酸,采用双氧水氧化-活性炭吸附进行提纯精制,较佳的精制条件为:m(活性炭)∶m(双氧水)∶m(粗盐)=0.50∶0.75∶15,65℃氧化10 min,活性炭吸附30 min,w(环己烷羧酸磺酸)=98.5%,收率达90.2%,可外销或进行深加工利用;对油建立了反相离子对色谱法,鉴定了其成分并测定了各成分的质量分数:w(己内酰胺)=6.36%,w(环己烷羧酸)=4.53%,w(环己羧酸磺酸)=0.25%,可进行回收利用;同时测定了油的主要技术指标:燃烧热为20 384 J/g,28℃时运动黏度为225 mm2/s,w(硫)=1.07%,闪点为108.5℃,w(水)=0.8%,w(灰分)=0.08%和w(机械杂质)=0.09%,达到了炉用燃料油(重油)的技术指标。己内酰胺废液的分离工艺已在石家庄化纤有限责任公司进行了小试。

改性坡缕石黏土对水中木质素磺酸钠的吸附研究

用盐酸和焙烧处理的方法对坡缕石黏土进行了改性,制备了酸处理坡缕石黏土和热处理坡缕石黏土,用XRD和TEM对不同方法处理的坡缕石黏土进行了结构和形貌表征,并使用黏土对木质素磺酸盐废水进行了吸附研究。结果表明,在盐酸浓度为1.0 mol/L,60～70℃,改性处理6 h条件下制得的吸附剂相对于原土及热处理的坡缕石黏土吸附效果最好,动力学研究表明吸附过程符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir吸附模型,其平衡吸附量可达到343.99 mg/g。实验证明该吸附过程是一个放热过程。

阳离子化树枝状聚(胺-酯)在染色废水中的应用

以端基为8个伯氨基的树枝状化合物[PAE(NH2)8]和阳离子试剂缩水甘油基三甲基氯化铵(GTAC)为原料合成了阳离子树枝状聚(胺-酯)(PAE-GTAC)。通过正交实验讨论了反应温度、反应时间及原料配比对产物产率的影响,并用红外光谱和核磁共振波谱对样品进行了结构表征。讨论了PAE-GTAC用量、离心时间及溶液pH对Cr3+及染料(甲基橙、达旦黄及二甲酚橙)去除率的影响。结果表明,当反应温度为45℃,反应时间为5 h,原料配比为n[PAE(NH2)8]∶n(GTAC)=1∶16时,以异丙醇为溶剂,产物产率为66.28%;当pH=8.87,以3 000r/min的转速离心13 min,用25 mL PAE-GTAC(c=0.01 mol/L)溶液处理10 mL CrCl3(c=0.1 mol/L)溶液时,Cr3+的去除率最高,为97.56%;当pH=1.51、2.03及1.52,振荡处理15 min后,以3 000 r/min的转速离心10min,用25 mL PAE-GTAC(c=0.01 mol/L)溶液处理10 mL染料(c=1.2×10-5mol/L)水溶液时,甲基橙、达旦黄及二甲酚橙的去除率最高,分别为84.16%、92.25%及97.35%。

阳离子角蛋白絮凝回收利用废水中的皮革助剂

通过在角蛋白分子上引入季铵基制得一种阳离子角蛋白。将该阳离子角蛋白对几种常见的皮革助剂进行絮凝处理,考察其絮凝性能,同时,对絮凝得到的絮体进行适当处理,用于皮革填充,对回收利用的可行性进行初步探讨。该絮凝剂对染料的絮凝效果较好,脱色率可达到90%以上。絮体用于皮革填充,填充后皮革增厚率达15.12%,抗张强度从15.81 MPa提高到16.40 MPa,填充后坯革的断裂伸长率在较理想的范围,柔软度从5提升到8,丰满度从5提升到9,表现了理想的填充效果。

乳状液膜分离富集废水中的苯酚

以聚异丁二烯双丁酰亚胺（T-154）为表面活性剂制备乳状液膜,研究其对废水中苯酚的分离富集效果。通过单因素法和正交实验优选了乳状液膜的制备条件,即：V（T-154）∶V（液体石蜡）∶V（煤油）=4∶2∶30,质量分数3%的Na OH溶液为内水相,油内比为1∶2（体积比）;将最优条件下制备的乳状液膜用于对废水中苯酚的分离富集条件为：溶液p H=6,乳水比为1∶4（体积比）,富集时间为15 min;在该条件下加标回收率为96%-98%,相对标准偏差RSD（n=6）为3.7%-4.8%。