硝酸盐废水电化学选择性还原产氨的研究进展

硝酸盐(NO_(3)^(-))电化学选择性还原生成氨(NH_(3))是实现硝酸盐废水资源化处理的关键。本文综述了NO_(3)^(-)电化学还原生成NH_(3)领域的最新进展,讨论了NO_(3)^(-)电化学还原的机理,选择性生成NH 3的关键步骤是将NO_(3)^(-)转化为NO_(2)^(-)和形成N—H键;比较了不同电极材料的性能,提出了强化电极性能的调控策略,分析认为材料的晶体结构、形貌及电荷密度是影响电极性能的关键参数;阐述了电化学反应器对NO_(3)^(-)转化率和NH_(3)选择性生成的影响规律,明确了电解池的核心是避免阳极的干扰和实现NH_(3)的原位分离回收。在此基础上,提出了实现NO_(3)^(-)电化学选择性还原生成NH_(3)的重点是开发低成本、稳定高效的电极材料和研发电化学耦合原位分离NH_(3)的一体化反应器,以及开展长期大规模的实际NO_(3)^(-)废水电化学选择性还原产NH_(3)的研究。

活性炭纤维负载Pd/Sn电催化高浓度硝酸盐废水的优化研究

以活性炭纤维负载Pd/Sn(4∶1)为电催化还原阴极,采用单因素实验与正交试验方法,研究了高浓度硝酸盐废水电催化还原处理过程中NO3--N去除量、N2选择率与电流、初始pH、初始硝酸盐浓度、溶液循环流速等的相关性,并优化了电催化还原工艺参数.实验结果表明,电流、电流与初始pH交互作用为NO3--N去除的主要控制因素,电流、初始硝酸盐浓度为N2选择率的主要控制因素.电流=0.68A、pH=6.4、初始硝酸盐浓度=250mg/L为"脱硝产氮气"的最佳反应条件.在此条件下反应6h,NO3--N从250mg/L降至200mg/L以下,N2-N最大生成率超过48%,催化剂活性达到20mg/(g·h).

灰色关联法优化TiO_2-GO-Ce光催化还原硝酸盐废水研究

为得到二氧化钛复合材料光催化还原硝酸盐废水的最优条件参数,采用溶胶-凝胶法制备了纳米二氧化钛-氧化石墨烯-铈(TiO_2-GO-Ce)复合材料并用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光谱仪(UV-Vis DRS)对其进行了表征分析,利用正交试验和灰色关联法对影响光催化还原效果的主要因素进行优化,考察了复合材料催化还原硝酸盐的效果,探究了pH值、催化剂用量、甲酸浓度和NO_3^-初始浓度对反应的影响。结果表明:各因素对处理效果影响程度的顺序为pH>催化剂用量>NO_3^-初始浓度>甲酸浓度。根据方差和灰色关联分析,最优条件参数一致,最优值分别为pH=5、催化剂用量1.0 g×L^(-1)、甲酸浓度75 mmol×L^(-1)、NO_3^-初始浓度100 mg×L^(-1),此时硝酸盐的降解率为70.18%,氮气选择性为82.52%。

Ca2+对溶析结晶法处理高含量硝酸盐废水的影响

针对反渗透或离子交换等工艺排出的高含量硝酸盐废水,提出了采用溶析结晶法去除NO3--N技术。研究了Ca^2+、无水乙醇含量以及两者结合对NO3--N去除率的影响,并探讨了其基本机理。结果表明,硝酸钠的质量浓度为20 g/L时(即NO3--N的质量浓度3.29 g/L),仅加入无水乙醇,NO3--N的去除率为0;若同时加入无水乙醇和氧化钙,去除率为11.53%,说明无水乙醇与Ca^2+结合对NO3--N的去除具有协同作用。而当硝酸钠的质量浓度为300 g/L(即NO3--N的质量浓度49.40 g/L),NO3--N的去除率可以达到63.90%,表明溶析结晶法对高含量硝酸盐废水处理有效。

AEB反应器反硝化处理高浓度硝酸盐废水

采用缺氧膨胀床(AEB)反应器处理高浓度硝酸盐废水,研究了反应器的快速启动和挂膜特性,以及在反硝化连续流运行条件下对废水的处理效果。实验结果表明:采用自然挂膜方式,填料层从下至上生物膜厚度逐渐增加;AEB的快速启动8 d可完成,COD去除率由44.9%升至92.3%,NO_3^--N去除率由39.8%升至98.4%;稳定运行阶段(进水COD 4 628～5 548 mg/L、ρ(NO_3^--N) 1 339～1 505 mg/L),COD去除率稳定在95%左右,NO_3^--N去除率稳定在98%～99%,COD和NO_3^--N的容积负荷去除量最高可达27.8 kg/(m^3·d)和7.3 kg/(m^3·d)。

三级厌氧氨氧化处理生活污水与硝酸盐废水

为进一步充分利用原水中碳源,实现生活污水与富含硝酸盐的工业废水同步脱氮,采用2个SBR和1个UASB串联,处理低C/N生活污水和硝酸盐废水,分别启动内源反硝化反应器(ED-SBR)、半短程硝化反应器(PN-SBR)和厌氧氨氧化反应器(AMX-UASB),考察各反应器处理性能,并探讨生活污水与硝酸盐废水同步脱氮的可行性.结果表明:ED-SBR在厌氧阶段能将进水中77.5%的有机物转化为内碳源,在缺氧阶段进行内源反硝化,平均出水NO_(3)^(-)-N浓度为3.4mg/L,达到90.4%的平均去除率;PN-SBR在低DO条件下(0.1~0.3mg/L)能够实现稳定的半短程硝化,亚硝酸盐积累率(NAR)达96.3%,出水NO_(2)^(-)-N/NH^(4)^(+)-N的比值为1.01,可为厌氧氨氧化提供稳定底物;AMX-UASB将进水中的NH^(4)^(+)-N和NO_(2)^(-)-N转化为N_(2)和NO_(3)^(-)-N,出水NO_(3)^(-)-N平均为7.12mg/L.该系统平均进出水TIN分别为77.5和8.2mg/L,TIN去除率平均为89.2%.为生活污水与含高NO_(3)^(-)-N的废水同步脱氮提供了一条有效途径.

含硝酸盐废水处理工程实践

以某化工厂含高浓度硝酸盐废水处理及回用的工程为例,介绍了预处理采用除氯池/中和池+调节池工艺,生化及深度处理阶段采用AO池+二沉池+三沉池工艺。工程运行实际结果表明,当废水中的硝酸盐含量达160 mg/L时,经处理后硝酸盐含量小于5 mg/L,COD<60 mg/L,TN<15 mg/L,可稳定达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级排放标准。同时对处理后的废水,采用超滤(UF)+反渗透(RO)工艺进行进一步处理,出水TDS<100 mg/L,产水率达70%,出水各指标达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923-2005)标准。

反硝化细菌去除铀矿山废水中硝酸盐

为了从不同环境中筛选得到反硝化能力强的菌株,研究碳源、温度、pH、C N和铀浓度对菌株脱氮作用的影响,在最佳条件下得到菌株的生长曲线。结果表明:筛选得到了3株高效的反硝化细菌,菌株YWSY21在以无水乙酸钠为最佳碳源时,硝酸盐氮去除率达到97.11%,菌株4和5以柠檬酸钠为最佳碳源时对硝酸盐氮的去除率大于95%。Klebsiella variicola strain YWSY21在温度26.31℃、pH=5.74、C/N=12.95最佳条件下,硝酸盐氮去除率为90.77%;Pseudomonas nitroreducens strain 4在温度25.39℃、pH=5.90,C/N=10.16最佳条件下,硝酸盐氮去除率为89.27%。菌株5在5种铀浓度下,NO_(3)^(-)-N的去除率均大于85%。在最佳生长条件时,菌株4最优脱氮条件下的生长曲线具有较高的生长活性。为铀矿山硝酸盐废水的生物修复提供了菌源保障。

铁碳微电解对硝酸盐氮废水的脱氮研究进展

综述了IC-ME对硝酸盐的去除效果、应用以及IC-ME脱氮的机理。讨论了IC-ME在不同耦合工艺中所展现的性能有一定的影响,从而会影响氮素的去除效果。系统总结了IC-ME与其他工艺耦合后对NO^(-)_(3)-N等污染物去除的研究进展。提出了一些IC-ME应用中存在的问题及解决方法。为以后科学研究和工程应用提供了参考。

硝酸盐废水的连续流电催化脱氮研究

以高效阴极和形稳阳极为基础构建了电催化同步氧化还原脱氮体系,在还原硝酸盐的同时实现总氮的去除.同时,以电镀锌酸洗废水为例进行了连续流电化学脱氮研究,考察了电流密度和水力停留时间对脱氮效果的影响.结果表明,在电流密度为7.5 mA·cm^(-2)和水力停留时间为3 h的条件下,硝酸盐氮及总氮去除率分别为89.0%和88.6%,N_(2)选择性达到99.3%以上.通过对体系稳定性的考察,发现随反应时间的延长阴极的还原效率逐渐降低,但对阴极极板进行酸洗后用砂纸清理阴极表面可使体系脱氮效能恢复至初始状态.自由基淬灭试验表明,阴极的直接还原作用为体系中硝酸盐的主要还原机制.

DPR-SNED系统处理低C/N城市污水与硝酸盐废水的运行特性

为实现低C/N城市污水与含硝酸盐废水的同步处理,采用SBR接种活性污泥,通过合理控制厌氧/缺氧/低氧时间和溶解氧(DO)浓度,实现了反硝化除磷耦合同步硝化内源反硝化(DPR-SNED)系统的启动,并对启动过程中系统的脱氮除磷特性进行了研究.结果表明采用厌氧/低氧的运行方式,控制厌氧时间为3 h,好氧段DO浓度为0. 5～1. 0 mg·L-1,60 d可实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的启动,出水PO_4^(3-)-P浓度<0. 5 mg·L-1,系统氮磷去除率维持在90%以上,COD的去除率维持在80%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在70%和95%左右;随后改变运行方式,采用厌氧/缺氧/低氧的方式运行,缺氧段前进含硝酸盐废水,45 d可实现DPR-SNED系统的启动,缺氧末PO_4^(3-)-P浓度<1. 1 mg·L-1,出水PO_4^(3-)-P浓度<0. 5 mg·L-1,系统磷、COD去除率均维持在90%以上,氮去除率维持在88%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在62%和90%左右. DPR-SNED系统的成功启动后,厌氧段聚糖菌和聚磷菌对城市污水有限碳源的充分利用和强化储存,可为后续缺氧段及好氧段的脱氮除磷提供充足的内碳源.此外,DPR-SNED系统缺氧段内源短程反硝化的进行保障了系统在低C/N(4)条件下的高效脱氮.

二维钴基纳米片阴极电催化还原硝酸盐氮

鉴于污染废水中稳定存在的硝酸盐氮的毒性和潜在致癌性,急需开发高效的硝态氮处理技术。电化学法具有高效、稳定且产物可控等优点,成为目前净化废水中硝酸盐污染最具潜力的处理工艺。然而,传统的粉体电催化剂在复杂水体中容易受到抑制,因此需要寻找更高效的电催化材料。本研究使用模板法和煅烧法制备了二维钴基纳米片阴极(Co NS/CC),并研究了其电催化还原硝酸盐的性能。实验结果表明,煅烧温度为700℃的Co NS/CC展现出最佳的电催化脱硝性能,在1 h内即可达到较高的反应速率常数(2.88 h^(-1))和硝酸盐去除率(95%)。另外,Co NS/CC-700在较高质量浓度的硝酸盐氮、不同pH值的溶液和含有复杂成分的水体中都表现出良好的电催化脱硝能力。电子顺磁共振(EPR)和叔丁醇(TBA)捕获实验证实,Co NS/CC-700通过产生的吸附态氢(H^(*))来促进硝酸盐的还原。此外,Co NS/CC-700还具有较高的稳定性和环境适应性。综上所述,Co NS/CC-700是一种具有高催化活性和稳定性的电催化材料,对于电催化处理含硝酸盐废水具有潜在应用价值。

PD-DPR系统处理城市污水与高硝酸盐废水实现稳定亚硝酸盐积累和磷去除的特性

本研究以模拟城市污水和高硝酸盐废水为处理对象,在一个厌氧-缺氧-微曝气运行的SBR反应器内,将短程反硝化工艺(PD,NO3^-→NO2^--N)与反硝化除磷工艺(DPR)耦合,并通过联合调控进水C/N比、厌氧排水率和缺氧时间,考察了PD-DPR系统的亚硝酸盐积累特性和除磷性能.结果表明,经过140d,NO3^-→NO2^--N转化率(NTR)为80.1%,PO4^3--P去除率高达97.64%.在厌氧段(180 min),聚糖菌(GAOs)和聚磷菌(PAOs)对污水有机碳源进行充分利用,将其转化为内碳源;缺氧段(150 min),反硝化聚糖菌(DGAOs)和异养反硝化菌(DOHOs)分别进行内源和外源短程反硝化实现NO2^--N稳定积累,同时反硝化聚磷菌(DPAOs)进行高效反硝化吸磷;微曝气段(10 min),在不发生硝化反应的前提下,PAOs超量吸磷,提高了系统的除磷性能.系统出水NO2^--N/NH+4-N为1.31∶1(接近厌氧氨氧化工艺理论值1.32∶1),PO4^3--P浓度为0.30 mg·L^-1,COD浓度为12.94 mg·L^-1.其出水水质可满足与厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺耦合进行深度脱氮的需求.

改性海泡石除亚硝酸盐的影响因素实验

用盐酸、氯化铁和焙烧对海泡石进行综合改性,得到高吸附性的改性海泡石;研究了其用于处理亚硝酸盐废水的各种影响因素。结果表明:改性后的海泡石对亚硝酸盐的去除效果明显优于未经改性的海泡石。在室温25℃,pH为9左右,固液比1∶500,吸附时间35 min条件下,亚硝酸根离子的去除率可达到92%,处理后的水质达到国家排放的标准。对数据的方程进行拟合可知,改性海泡石对亚硝酸根离子的吸附较符合Freundlich方程。

盐度对DN-UASB反应器中颗粒污泥物理特性的影响

本文针对含高盐度硝酸盐废水高效稳定处理问题,开展了盐度对DN-UASB(反硝化-上流式厌氧污泥床)反应器中厌氧反硝化颗粒污泥物理特性影响研究。测定了不同盐度下颗粒污泥的表观性状、体积分数、密度、疏水性、沉降速度、机械强度及Zeta电位等物理性状。结果表明,随着DN-UASB反应器中进水氮容积负荷的提高,无盐反应器的微生物量下降趋势更明显,增加盐度可提高颗粒污泥的密度及机械强度。Zeta电位测试表明,1.5%盐度可提高颗粒污泥的结构稳定性。

元素掺杂材料在电催化反硝化中的研究进展

电催化反硝化是处理硝酸盐废水技术之一。本文综述了电催化反硝化的最新研究进展,分析了电催化反硝化直接电子转移和原子氢(H)介导间接还原两种反应机理,总结了电催化反硝化的决速步是将NO-3还原为NO-2以及决定产物选择性的关键中间体是NO。在此基础上,总结了元素掺杂方法及其对电极材料催化活性中心和电催化反硝化反应路径的调控效应,提出了元素掺杂是提高电极材料催化活性、产物选择性和长期稳定性的有效手段。此外,还讨论了其他因素如水质特征、运行参数等对电催化反硝化效果的影响,明确了水中共存卤素离子如Cl-和Br-等可显著提高N 2选择性以及大多数电极材料在中性条件下还原效果最佳。面向日益增长的硝酸盐废水处理需求,指出了电能消耗高和实际废水水质成分复杂导致副反应多是限制电催化反硝化大规模应用的关键瓶颈。由此,展望了电催化反硝化技术研究未来需要针对多种实际废水的理化性质开展长期中试试验,除了提高还原速率和产物选择性外,还要重点关注电能消耗并对处理尾水的安全性进行监测,以促进电催化反硝化技术的进一步发展和实际应用。

短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺及其应用前景研究进展

短程反硝化以其碳源消耗量、废污泥产量、温室气体排量极低及无需曝气等优势,被认为是最具研究潜势的厌氧氨氧化底物供给技术,成为近年来研究热点。本文首先介绍了短程反硝化工艺原理;其次从污泥源、反应时间、碳源类型、碳源量及pH等5个方面总结了影响短程反硝化工艺启动因素;随后综述了短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的重要研究进展,同时指出了耦合工艺实验研究与工程应用的不足,并提出了解决实验与工程应用缺陷的方案;最后展望了耦合工艺处理城市污水和工业硝酸盐废水的可行性及应用前景,认为全面分析工业硝酸盐废水化学组分与基于分子生物学水平的宏基因组学测序、元转录组学技术是未来耦合工艺同步处理城市污水和工业硝酸盐废水的研究重点。