Mn-Ce/γ-Al_(2) O_(3)催化臭氧氧化深度处理石化废水中试研究

针对臭氧催化氧化深度处理石化废水时催化剂适配性不高和臭氧利用率低下的问题,以我国北方某典型石化废水为中试平台,采用课题组自主研发的催化臭氧催化剂Mn-Ce/γ-Al_(2)O_(3),研究以臭氧催化氧化为核心的7种工艺深度处理石化废水的效果.结果表明:①单独臭氧氧化工艺对石化二级废水COD、TOC和UV_(254)(254 nm处的UV吸光度)的去除率分别为15.45%、9.04%和30.72%.与单独臭氧氧化工艺相比,Mn-Ce/γ-Al_(2)O_(3)催化臭氧氧化工艺下,COD、TOC和UV 254的去除率分别提高了26.18%、18.25%和5.81%,同时三维荧光光谱(3D-EEM)结合区域积分法(FRI)分析结果显示,对荧光类有机物中溶解性微生物代谢产物和类腐殖酸的去除率分别提高了21.13%和29.47%.②单独臭氧氧化工艺中,序批式和连续流出水处理效果影响不大.Mn-Ce/γ-Al_(2)O_(3)催化臭氧氧化工艺下,序批式优于连续流,但序批式需增加人力和运营成本,在实际应用中受限.③微絮凝+臭氧催化氧化+回流联合工艺中,COD、TOC和UV_(254)的去除率分别可达53.20%、37.56%和50.90%,去除效果显著高于仅臭氧催化氧化工艺(COD、TOC和UV_(254)的去除率分别为41.63%、27.29%和36.53%)时;同时,类富里酸、类溶解性微生物代谢产物和类腐殖酸的去除率分别达到79.49%、50.70%和75.12%;Mn-Ce/γ-Al_(2)O_(3)催化剂运用72 d后,COD去除率基本稳定在30%左右.研究显示,臭氧催化氧化工艺深度处理石化废水中,Mn-Ceγ-Al_(2)O_(3)是一种高效稳定型催化剂,絮凝预处理、回流均可增强有机物的去除率,可为石化废水处理工程实现减排降耗提供技术支撑.

不同制备方法对铝基催化剂臭氧催化氧化的效果研究

为改善混合法制备催化剂催化效率低以及浸渍法制备过程中能耗大、耗时长、成本高的问题,以混合法为基础,研究不同活性组分负载方案,并在最佳的负载方案下探究了过量浸渍法、等体积浸渍法和混合法制备的催化剂催化臭氧氧化处理石化二级出水的效果,并分析了这3种方法制备催化剂的晶型结构、比表面积、孔径和孔体积.结果表明:①混合法负载单活性组分的催化剂在催化臭氧氧化处理石化二级出水时,Mn/Al_(2)O_(3)催化剂表现出较高的催化活性,但出水不能满足《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571—2015)标准中规定的排放限值;负载双活性组分的催化剂中,Mn-Cu/Al_(2)O_(3)催化剂对石化二级出水催化臭氧氧化的去除效果较好,TOC、COD和UV_(254)去除率分别达34.54%、49.53%和56.81%,荧光类物质中类腐殖质的去除率也达到72.34%,出水满足GB 31571—2015标准限值.②X-射线粉末衍射仪(XRD)和比表面积分析仪(BET)的结果表明,混合法、过量浸渍法和等体积浸渍法3种方法制备的同组分催化剂均具有γ-Al_(2)O_(3)的晶型结构,吸附等温线均属于Ⅳ型等温线,吸附量最大的为过量浸渍法,达到326.37 cm3/g.③在催化臭氧氧化石化二级出水试验中,催化活性较高的是浸渍法,混合法稍次之,但处理后出水均可满足GB 31571—2015标准限值;3种方法制备的催化剂金属离子溶出量范围均为8.74~10.15μg/L,远低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)标准中规定的排放限值.研究显示,混合法制备催化剂在深度处理石化废水时,出水可达标排放,而混合法制备催化剂工艺简单,成本低于浸渍法.因此,混合法在满足实际需求时,有望代替浸渍法制备臭氧催化剂.

中等挥发性有机物研究进展

中等挥发性有机物是挥发性介于气态挥发性有机物和颗粒态难挥发性有机物的一类重要的有机物,其可以在气相和颗粒相进行配分,根据其结构可分为脂肪族及脂环族化合物、芳香族化合物以及杂环化合物等.近年来的研究发现其对大气氧化性及二次有机气溶胶的生成具有重要贡献,但由于测量技术及机理研究的局限,使得针对其研究和认识还处于起步阶段.本文从中等挥发性有机物的定义、测量技术、外场观测、实验室机制以及模型模拟等方面进行了综述.进一步针对已有关于中等挥发性有机物所面临的问题和挑战进行了展望.

pH值演变对果蔬垃圾厌氧发酵效能的影响研究

果蔬垃圾的高效转化和循环利用对解决环境污染、能源匮乏和资源紧缺等问题具有正向作用。以果蔬垃圾为发酵底物,厌氧污泥作为微生物接种物,通过半连续实验对比不调节pH值和调节pH值(2.0~12.0)厌氧体系的发酵组分,考察不同pH值发酵体系的水解酸化效率、产物组分、营养元素释放及微生物能量情况,以反映pH值生态因子对果蔬垃圾厌氧发酵效能的持续影响。结果表明,果蔬垃圾厌氧自然酸化发酵pH值维持在3.0~5.0,优势产物为乳酸,产量可达9198.54 mg·L^(-1)。相比自然酸化发酵,pH值调控下的厌氧发酵产量提高,且在酸碱条件下呈现不同的发酵类型。酸性条件下,优势产物为乳酸和乙醇,占酸化产物比例可达59.97%和78.13%。碱性条件下,乙酸、丙酸和丁酸为主要厌氧酸化产物,其组分最高分别可达87.71%,20.25%和35.87%。碱性条件下,厌氧水解率和酸化率普遍偏高,分别为84.94%和75.18%。但酸性发酵液中富含更多NH_(4)^(+)-N和PO_(4)^(3-),分别高达1180.13 mg·L^(-1)和477.70 mg·L^(-1)。微生物能量水平与酸化产物总量具有负相关性。酸性和碱性pH值演变对果蔬垃圾厌氧发酵组分和效能具有关键调控作用。

污泥好氧堆肥中反硝化作用与腐植酸组分稳定化关系研究

1研究亮点*反硝化作用的增强降低了好氧污泥堆肥中腐植酸组分含量;*反硝化作用的增强刺激了反硝化功能基因丰度;*反硝化芳香族化合物降解微生物是反硝化功能基因的宿主微生物,是影响腐植酸组分的主要因素。2背景腐植酸是堆肥过程中微生物降解有机物转化形成的一种高分子量芳香族化合物,其形成数量、芳构化程度与堆肥稳定性、腐熟程度及产品品质密切相关。

基于静电纺丝法原位极化PVDF纳米纤维薄膜构建高效压电纳米发电机

全球化石能源危机和环境污染问题使得高效利用绿色、可再生清洁能源成为大势所趋.机械能因其丰富、易获取和无污染等特点被认为是理想的替代能源之一.压电纳米发电机(PENG)可以将环境中的机械能转化为电能,为电子设备提供动力.然而,传统的压电材料必须通过电极化诱导偶极子排列才能获得压电性能,增加了器件制备的工序和能耗.同时,当去除外加电场时会发生退极化效应,致使压电材料的性能稳定性下降.通过静电纺丝法纺丝过程产生的强电场和机械拉伸使聚偏二氟乙烯(PVDF)纳米纤维晶体中的偶极子定向排列,从而实现原位极化,获得了高电活性β相达78.7%的PVDF纳米纤维薄膜.基于该薄膜构建的PENG实现了机械能向电能的直接转化,其开路输出电压为1.6 V,短路输出电流为0.14μA,分别是旋涂法制备薄膜的4.5和2.6倍.PVDF-PENG通过桥式整流器在人的手指敲打60 s后可将1μF的电容器充电到2 V.在200 MΩ的外加负载下其最大输出功率为0.03μW.PVDF-PENG在连续2000次按压发电后,仍能保持约100%的输出能力,验证了其长期稳定的服役能力.最后PVDF-PENG通过采集手指轻敲的能量可点亮LED灯和驱动电子表,证明了实际应用的能力.

利用激光红外成像系统对化粪池中微塑料进行特征分析

1研究亮点*激光红外光谱首次应用于化粪池中微塑料的检测;*化粪池中微塑料的丰度为2803(1489~4816)个/g;*化粪池中共检测到36种不同类型的微塑料;*化粪池沉渣中的微塑料数量高出浮渣1个数量级。

臭氧催化氧化在工业废水处理中的应用进展

臭氧催化氧化因O_(3)分子的强氧化性和催化协同产生羟基自由基的二次氧化性,使其广泛应用于难降解工业废水处理工艺中。回顾了臭氧催化氧化在工业废水预处理以及深度处理单元中的研究应用,指出了现阶段臭氧催化氧化中存在的臭氧利用率低、生产成本高、金属离子溶出等问题,对提高臭氧利用率、催化剂评价体系和结合反应机理探索不同类型工业废水高效催化剂等三方面提出了展望。

基于水化学和氮氧双同位素的地下水硝酸盐源解析

为定性及定量识别地下水中氮的污染来源,比例及迁移转化特征,对河北省张家口市宣化区洋河北岸主要供水区的地下水进行取样分析.基于土地利用类型,综合利用水化学分析方法耦合δ^15N-NO3^-,δ^18O-NO3^-双同位素示踪技术对研究区地下水硝酸盐污染来源,贡献率及迁移转化规律进行判断.研究结果表明:研究区氮污染以NO3.为主,12处采样点4次采样过程中约77%超出世界卫生组织标准(10mg/L)的限值,其污染在2018年8月(夏季)较为严重,空间浓度插值结果显示硝酸盐呈现出沿河及远岸点位浓度相对较低,中间较为稳定区域浓度较高的空间特征,并表现出不同土地利用类型上污染程度的差异性:旱地浓度最高,城镇次之.稳定同位素模型(SIAR)显示地下水硝氮污染来源中粪肥及生活污水占45.37%,土壤氮来源为41.39%,降水和化肥中NH4+来源占13.24%,与研究区以城镇和耕地为主的土地利用现状较为一致.此外,同位素特征值结果显示氮的迁移转化过程以硝化作用为主.文可为地下水氮的污染来源解析提供更加精准,全面的分析方法进而为污染的防治提供优先治理建议.

1961-2019年黄土高原植被潜在蒸散及影响因子

研究潜在蒸散对于深刻了解区域的生态环境问题及水文循环过程具有重要的理论与现实意义.该研究基于Penman-Monteith模型对1961—2019年黄土高原潜在蒸散的时空变化特征进行了分析,再结合土地利用数据探究了各植被类型潜在蒸散的差异及其影响因素.结果表明:①1961—2019年黄土高原区域呈暖干化趋势,其中平均最高温度、平均最低温度与平均温度均呈显著增加趋势;平均相对湿度、平均风速、日照时数均呈显著降低趋势;降水量非显著减少.②在空间分布格局上,黄土高原区域年均、生长季、春季、夏季和秋季潜在蒸散均呈南北高、东西低的分布特征;1961—2019年春季潜在蒸散以0.41 mm a的速率显著增加(P<0.05).③1981—2019年黄土高原区域潜在蒸散平均变化趋势为1.35 mm a,其中62.98%的区域呈显著增加趋势(P<0.05),多分布在东部和西部地区.④1961—2019年黄土高原区域各植被类型潜在蒸散变化均表现为不显著上升趋势,多年平均潜在蒸散大小表现为草原>农田>针叶林>草甸>阔叶林>灌丛,其中,1981—2019年各植被类型潜在蒸散增加趋势大小表现为阔叶林>针叶林>灌丛>农田>草甸>草原.⑤影响黄土高原区域各植被类型潜在蒸散的主要气象因子为平均风速与平均相对湿度,其次为日照时数.潜在蒸散随着平均风速和日照时数的增加而增加,随着平均相对湿度的增加而减小.研究显示,各植被类型潜在蒸散的增加与区域降水的减少可能会加剧水资源短缺态势,建议黄土高原地区在开展植被恢复工作时,应优先考虑耗水较少的树种,优化群落植被结构,充分利用光水热资源,修建蓄水设施,支撑区域生态环境的可持续发展.

臭氧催化氧化池更换铝基催化剂的工程应用

为解决某炼化公司外排水装置臭氧催化氧化单元污染物去除率低,能耗高的问题,将臭氧催化氧化池原有催化剂(氧化铝基+活性碳棒)更换为某研究院基于炼化公司外排水水质参数所制备的专性催化剂,对更换前后污染物去除率和臭氧剂量进行分析。结果表明:专性催化剂具有良好的晶型和发达的孔隙结构,常态化运行后,更换催化剂后的氧化池COD去除率达到42.98%~62.63%,远高于未更换的氧化池(8.96%~20.64%)。对多介质过滤器进水、臭氧催化氧化池进水、臭氧催化氧化池出水(更换、未换)分别取样测定COD、TOC、UV_(254)和荧光光谱,发现多介质过滤器只可通过截留作用去除分子质量较大的类腐殖质等物质,去除率较低;更换催化剂后臭氧催化氧化池的COD去除率达50.86%、TOC去除率达46.62%、UV_(254)去除率达82.17%、荧光类物质去除率可达96.23%。臭氧催化氧化池出水(更换)B/C值为0.56(臭氧催化氧化池进水B/C值为0.21),经由臭氧催化氧化处理后,出水可生化性提高。常态化运行期间臭氧剂量为:更换催化剂的氧化池1.31~1.68 g·g^(-1)(以COD计),均值为1.58 g·g^(-1),未更换催化剂的氧化池为4.15 g·g^(-1),表明更换催化剂后可显著降低臭氧的消耗。以上结果表明,炼化公司外排水装置更换臭氧催化剂后污染物处理负荷大幅度提高,臭氧消耗量减少,节能减排成效显著。

内循环流化床—臭氧催化氧化处理石化废水二级出水

采用内循环流化床-臭氧催化氧化工艺深度处理石化废水二级出水,通过单因素实验确定了该工艺的最佳运行条件,并在该条件下对臭氧催化氧化流化床与固定床工艺进行了效果对比。结果表明,流化床工艺能够更高效地降解石化废水中的有机物,在催化剂投加量为40 g/L、臭氧投加量为75 mg/(L·h)、反应时间为1 h的条件下,流化床工艺的TOC去除率为46.47%,臭氧利用率为68%,固定床工艺的TOC去除率为21.73%,臭氧利用率为39.8%;达到相同TOC去除效果时,流化床工艺所需催化剂投加量仅为固定床工艺的1/10。流化床催化剂1 h内可以吸附石化废水中30.23%的TOC,相同投量的固定床催化剂对TOC的吸附效果不明显。重复实验结果表明,臭氧催化氧化是流化床工艺去除污染物的主要途径。三维荧光光谱和UV254分析显示,相同条件下流化床工艺将臭氧转化为活性自由基的能力强于固定床工艺。内循环流化床-臭氧催化氧化工艺可大量减少催化剂使用量,提高臭氧利用率,降低废水处理成本,且效果稳定。

齐齐哈尔市高铁锰地下水分布特征及成因分析

为揭示齐齐哈尔市地下水Fe、Mn污染分布特征及成因,基于统计学及ArcGIS浓度插值法,分析了齐齐哈尔市水质分布情况,同时从大区域范围及齐齐哈尔市的土壤环境状况、pH条件、有机质含量、水文地质特征等分析其污染原因。结果表明:齐齐哈尔市地下水Fe、Mn超标较为严重,总体呈现出潜水较承压水污染严重,城区较外县污染严重的分布特征。造成污染的原因主要是由于原生地质中Fe、Mn含量本底值较高及偏酸性的有机质含量较高的还原环境造成的。

污染浓度对多级人工湿地-塘系统处理微污染河水中COD的影响

针对微污染水水质不稳定,CODMn波动较大的问题,本研究构建了3套中试规模的以"前置生态氧化塘、两级水平潜流湿地和表流湿地为核心、后置沉水植物塘"为工艺的多级人工湿地-塘组合系统(处理水量230 L·d^(-1),分别命名为S1、S2和S3).在3种进水浓度条件下(原水、稀释2倍和稀释1.3倍后的水体,分别作为S1、S2和S3系统的进水),考察了3套湿地-塘系统各单元对实际微污染河水中CODMn的处理效果,并采用高通量测序等方法解析了S1系统湿地单元微生物群落分布特征.研究结果表明,3套系统的平均出水COD较进水有着非显著的升高,从升高的程度来看,S2>S3>S1.污染浓度相对最高、运行时间最长的S1系统对COD有着更好的净化效果.相较于S2系统,S3系统更高的进水浓度有利于COD去除. S1和S2系统的二级水平潜流湿地较其他单元有着较好的COD去除作用,平均去除率分别为18.60%和26.52%. S3系统的表流湿地较其他单元有着较好的COD去除作用,平均去除率为8.92%.微生物群落分析结果表明,S1系统的一级、二级水平潜流湿地中细菌丰度和多样性沿程提高,两个单元所富集的相同优势菌群包括α-变形菌纲、γ-变形菌纲和拟杆菌纲,与COD降解有关的菌属分别包括unclassifiedf_Burkholderiaceae、unclassifiedc_Alphaproteobacteria、norankf_Blastocatellaceae和norankf_Saprospiraceae、红细菌属.表流湿地中细菌丰富度进一步升高,但生物多样性有所减少,其中蓝菌属和norankc_Actinobacteria可能与表流湿地出水COD升高有关.本研究为大型河口湿地-塘复合生态系统处理微污染地表水时工作重心由浓度削减向污染物释放控制的转移提供了宝贵的工程经验.