Cu-Mn-EFBC的制备及其对水中TCH的吸附机理研究

为实现农业废弃物废菌棒(EF)资源化利用,使用CuCl_(2)·2H_(2)O和KMnO4对低温制备的EF生物炭(EFBC)进行改性,制备出铜锰改性EFBC(Cu-Mn-EFBC),对其进行了SEM、BET、XRD、FTIR、Zeta电位和EA表征分析,并研究了制备条件和反应条件对Cu-Mn-EFBC吸附水中盐酸四环素(TCH)的影响及机理。结果表明:Cu-Mn-EFBC对水中TCH的去除率为90.03%,远高于EFBC对TCH的去除率(21.44%);生物炭的投加量和离子强度对吸附影响较小,溶液pH值影响较大;拟二级动力学方程和Freundlich方程可更好地拟合吸附过程。吸附机理主要为阳离子-π作用、π-π相互作用、氢键作用和络合反应。

SO_(3)^(2-)驱动自养短程反硝化工艺亚硝酸盐积累特性研究

构建了一种亚硫酸盐驱动自养短程反硝化(SDAPD)新工艺旨在实现NO_(2)--N快速积累.采用厌氧序批式生物膜反应器,探究了不同进水硝酸盐浓度(25~250mg/L)及不同硫氮物质的量比(0.8、1.7、2.6)对亚硝酸盐积累特性的影响.结果表明,系统亚硝酸盐积累率(NAR)随进水硝酸盐浓度提高而增加.硫氮比能够显著影响NAR.S/N为1.7时,NAR最高达(64.7±3.0)%.周期实验表明:硝酸盐还原、亚硝酸盐积累同时伴随着亚硫酸盐去除及硫酸盐的生成.高S/N会促进胞外聚合物(EPS)蛋白质和多糖产生及PN/PS升高;三维荧光光谱显示色氨酸类物质是SDAPD系统中EPS的主要成分,其荧光峰、荧光强度与S/N密切相关.高通量测序发现Thiobacillus和Thermomonas是硫自养反硝化关键功能菌属.

纳米CeO_(2)辅助改性γ-Al_(2)O_(3)对水中氟离子的吸附研究

为高效去除水中氟离子(F^(-)),采用化学浸渍法制得载铈活性氧化铝(CA)及水热法研制CeO_(2)纳米材料(CNM),以物理混合法将CNM引入CA(CA@CNM)以辅助CA对F^(-)进行吸附研究。采用BET、SEM、XRD和FTIR对材料进行表征和机理分析。静态试验研究了CA及CA@CNM的除氟性能,结果显示CA@CNM除氟效果较CA更好,吸附过程更稳定,吸附时间更短,最佳吸附条件为:吸附时间1 h,总投加量2 g/L,CA与CNM的质量比3∶1,pH 7。CA@CNM除氟符合准二级动力学方程,Freundlich和D-R吸附等温模型,表明该吸附主要为多层化学吸附和离子交换作用。探讨了共存阴离子对除氟效果的影响,为后期实际应用提供理论和应用基础。

高温改性钢渣活化过硫酸盐降解甲基橙和苯酚的反应机制

采用高温改性钢渣活化过硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)降解甲基橙(methyl orange,MO)和苯酚(phenol,AR)。考察了改性钢渣投加量、PMS浓度、初始pH值、反应温度对MO和AR降解效果的影响。在改性钢渣质量浓度为9.0 g/L、PMS物质的量浓度为12.0 mmol/L、初始pH值为7.0、反应温度为25℃的条件下,反应90 min,30 mg/L MO和15 mg/L AR的降解率分别达到90.5%和100%。材料表征分析结果表明,高温改性钢渣比表面积增大、孔隙率高、催化氧化PMS性能好,且重复利用仍有较好的原位恢复性能。自由基淬灭和电子顺磁共振波谱实验说明,高温改性钢渣/PMS反应体系存在非自由基(1 O 2)和自由基(SO_(4)^(-)·和·OH),发挥了碱活化PMS和铁氧化物活化PMS的共同作用,最终将MO和AR降解为小分子物质。

基于FCM-GA灌溉供水管网减压阀布设优化

为探究灌溉供水管网中存在的漏损过高以及局部压力过大的问题,提出了一种基于FCM-GA的供水管网减压阀布设优化方法,该方法借助MATLAB、EPANET、MATLAB-EPANET-Toolkit以及PlatEMO平台等工具,对西班牙的BIN管网进行分区布置减压阀并优化阀后压力,以不同分区方案的成本与降漏效果为控制指标,筛选出最优方案。结果显示:最优方案(分5个区)将整个管网的漏损率降低至7.45%,相较初始管网降低了20.04%,降低的漏损费用可达114€/d,在减压阀服务年限内可收回成本并达到盈利,并实现对整个管网系统的压力管理,提高了管网的稳定性和可靠性,有利于减少管网事故发生。因此,基于FCM-GA的灌溉供水管网减压阀布设优化是一种安全、低成本和高效益的降漏与控压方法,在有效降低灌溉用水费用的同时,可更好地实现节水灌溉。

NTA-Fe@PDA/H_(2)O_(2)氧化去除废水中盐酸土霉素

利用聚多巴胺(PDA)与氮川三乙酸(NTA)接枝并螯合Fe^(3+),形成以PDA为载体、NTA为Fe^(3+)螯合剂的芬顿催化剂NTA-Fe@PDA,采用NTA-Fe@PDA/H_(2)O_(2)芬顿氧化法去除废水中盐酸土霉素(OTC).材料表征结果发现,NTA-Fe@PDA属于典型的介孔结构,Fe元素与有机配体成功螯合,PDA的聚合效果良好.探讨了H_(2)O_(2)投加量、NTA-Fe@PDA投加量和初始pH值对OTC降解的影响.结果表明,在NTA-Fe@PDA浓度为200mg/L,H_(2)O_(2)浓度为5mmol/L,初始pH值为4.85的条件下,反应60min后,20mg/L OTC的降解率达到96.23%.自由基鉴定实验表明,·OH是OTC降解过程中的主要自由基.通过LC-MS分析结果推测了OTC降解的中间产物和可能的降解路径.NTA-Fe@PDA在反应体系中重复利用8次以后,OTC的降解率仍在86.80%以上.NTA-Fe@PDA/H_(2)O_(2)芬顿法为抗生素废水处理提供了一种新思路和技术参考.

Bio-MOF-11(Co)活化过一硫酸盐去除废水中的罗丹明B和Cu^(2+)

采用Bio-MOF-11(Co)活化过一硫酸盐(PMS)同步去除废水中的罗丹明B(RhB)和Cu^(2+).考察了Bio-MOF-11(Co)投加量、PMS浓度、初始pH值、反应温度、RhB初始浓度和Cu^(2+)浓度对RhB降解和Cu^(2+)去除的影响,并采用响应面分析法优化了降解RhB的反应条件.结果表明,RhB的降解符合伪一级反应动力学.Cu^(2+)最大吸附量为22.98mg/g.在RhB初始浓度为20mg/L、Cu^(2+)浓度为2.5mg/L、Bio-MOF-11(Co)浓度为80mg/L、PMS浓度为1.0mmol/L、初始pH值为7的条件下,反应15min后,RhB降解率达到98.72%,Cu^(2+)去除率为73.53%,.自由基淬灭实验证实,RhB的降解通过非自由基(~1O_(2))和自由基(SO_(4)^(-)·、·O_(2)^(-)和·OH)氧化的途径共同完成,Cu^(2+)主要通过Bio-MOF-11(Co)的吸附作用被去除.紫外可见吸收光谱分析结果推测了RhB可能的降解路径.Bio-MOF-11(Co)活化PMS高级氧化工艺可实现同步去除有机污染物和重金属.

废水处理硝酸盐异化还原与厌氧氨氧化/反硝化耦合工艺构建

采用厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)处理含COD、氨氮和硝氮的模拟废水,旨在高浓度有机废水处理系统中快速构建厌氧氨氧化(Anammox)运行工艺。通过接种少量Anammox污泥和逐步提高氨氮浓度的操作方式,在连续运行58d后,系统成功启动Anammox反应,此时的总氮和COD去除率稳定在97%和98%以上。物料衡算显示,Anammox反应途径对氮的去除贡献逐渐增加,硝酸盐异化还原(DNRA)耦合Anammox和反硝化共同促进了系统的同步脱氮除碳。对微生物群落分析发现,Candidatus Kuenenia相对丰度由0.27%快速升高至35.87%,DNRA菌(Ignavibacterium、Thermogutta)及反硝化菌(Azospira、Gp3)在体系内共存。通过基因注释法,检测出了Anammox、DNRA、硝酸盐还原及亚硝酸盐还原关键基因。运行过程中,颗粒污泥颜色变红且粒径增大;胞外聚合物(EPS)分析表明多糖(PS)和蛋白质(PN)含量增加而PN/PS下降;三维荧光光谱发现腐殖酸类物质增多。研究结果为高浓度有机含氮废水高效处理提供了一种新的工艺途径。

单级固定床生物膜反应器主流厌氧氨氧化快速启动性能

主流厌氧氨氧化(Anammox)是城市污水脱氮的热点和难点问题。本研究采用单级固定床生物膜反应器(SFBR)处理模拟城市污水,通过间歇运行切换和微氧(DO:0.4~0.7mg/L)控制,65天后成功启动Anammox。系统对氨氮和总氮去除率分别达98.8%和92.6%。此时生物膜结构致密,呈现红色。微生物活性测试发现,厌氧氨氧化菌活性在所有功能菌活性中最高。高通量测序证实厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)、短程反硝化菌(Thauera)和硝化菌(Nitrospira)共存,而未检测到氨氧化菌。amoA功能基因扩增子测序进一步分析表明,Nitrospira实际为全程氨氧化菌(Comammox)。因此,系统是在具有氧分层的生物膜内通过全程硝化/短程反硝化/厌氧氨氧化途径耦合实现城市污水脱氮。研究结果为主流Anammox快速实现提供了一种新的工艺思路。

废菌渣活性炭对水中Cr(Ⅵ)的去除研究

研究了废菌渣活性炭(MRAC)对水中Cr(Ⅵ)的去除特性。对MRAC进行扫描电镜和BET比表面积分析。探讨了pH、无机阴离子及小分子有机酸对MRAC去除水中Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:MRAC表面分布大量均匀的微孔结构,比表面积高达857.14m2/g,是典型的介孔材料;在温度25℃,MRAC投加量0.2g,吸附时间120min的条件下,pH=7时MRAC对Cr(Ⅵ)的去除率高达99.65%。无机阴离子和小分子有机酸对MRAC去除水中Cr(Ⅵ)的影响不大。吸附遵循准二级动力学方程。MRAC对Cr(Ⅵ)的去除性能明显高于市售活性炭(CAC),且经HCl解吸再生5次后对水中Cr(Ⅵ)的去除率高于88%。

rGO/TNTs复合光催化剂的制备及其降解苯酚的性能研究

为提高光催化降解苯酚废水的性能,以P25为钛源,采用浓碱水热法制备二氧化钛纳米管(TNTs),水热法合成还原氧化石墨烯二氧化钛纳米管(rGO/TNTs)复合光催化剂。通过SEM,FTIR和EDS对材料进行了表征,并研究了不同的苯酚初始质量浓度、rGO/TNTs投加量、溶液pH值及H 2O 2添加量下rGO/TNTs对苯酚降解的反应动力学规律,测试了rGO/TNTs在紫外光和可见光下对水中苯酚的降解性能。结果表明,rGO和TNTs通过Ti—O—C化学键紧密结合在一起。不同影响因素下rGO/TNTs对苯酚的降解均符合一级反应动力学方程。在最佳光催化反应条件下,10 W紫外光和500 W可见光下rGO/TNTs对10 mg/L苯酚的降解率可分别达97%和98%。rGO/TNTs在较大程度上拓宽了TNTs的光响应范围,并具有较高的稳定性和循环利用率。

纳米Fe_(3)O_(4)活化过硫酸盐降解废水中诺氟沙星的研究

采用纳米Fe_(3)O_(4)活化KHSO_(5)(PMS)的高级氧化工艺降解废水中诺氟沙星(NOR)。考察了Fe_(3)O_(4)质量浓度、PMS浓度、初始pH等对诺氟沙星降解效果的影响,探究了催化剂Fe_(3)O_(4)的重复利用效果。结果表明,诺氟沙星初始质量浓度为5.0 mg/L、Fe_(3)O_(4)质量浓度为2.0 g/L、PMS浓度为0.8 mmol/L、初始pH为7.0、温度为30℃的优化条件下,反应120 min后诺氟沙星的降解率达到96.6%,降解速率常数K_(obs)为0.0303 min^(-1),降解过程符合一级反应动力学。EPR实验证实反应体系中降解诺氟沙星的主导作用源于SO_(4)^(-)·。通过LC-MS分析推测了诺氟沙星的降解路径和反应机理。

改性稻壳生物炭对水中Cd^2+的吸附性能研究

为提高生物炭对水中Cd^2+的吸附去除性能,以BC1和BC22种稻壳生物炭为基础材料,分别采用NaOH和FeCl 3溶液制备得到NBC1和NBC2以及FBC1和FBC2改性稻壳生物炭,并通过吸附动力学和等温吸附实验研究6种生物炭对水中Cd^2+的吸附性能。结果表明,对于50 mg·L^-1 Cd^2+溶液,当生物炭投加量为1 g·L^-1时,BC1、BC2对Cd^2+的吸附量分别为14.76和13.72 mg·g^-1,NBC1、NBC2对Cd^2+的吸附量分别为未改性稻壳生物炭的3.26和2.47倍,而FBC1、FBC2对Cd^2+的吸附量则仅为未改性稻壳生物炭的1.03和0.74倍,NaOH改性稻壳生物炭能显著提高稻壳生物炭对Cd^2+的吸附能力,而FeCl 3改性对稻壳生物炭吸附Cd^2+的能力影响不大。稻壳生物炭对Cd^2+的吸附符合准二级动力学和Langmuir模型,为单分子层吸附过程;NBC1和NBC2对Cd^2+的最大吸附量(131.58和98.04 mg·g^-1)明显高于FBC1和FBC2(30.30和23.26 mg·g^-1)。与FeCl 3改性相比,NaOH改性显著增强稻壳生物炭对Cd^2+的吸附能力,其主要原因为NaOH使生物炭表面碱性含氧官能团增多,从而增强了生物炭与Cd^2+之间的离子交换和沉淀作用。

K2FeO4-PAC-PAM同时去除污水中氨氮、总磷和CODCr的研究

以CODCr、总磷和氨氮的去除率作为考察指标,通过投加高铁酸钾(K2FeO4)、PAC和PAM,对模拟《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标准的污水进行去除试验研究,考察了污染物的去除效果,并对其去除机理进行了探讨。结果表明,氨氮、总磷和CODCr的去除率分别可达到76.18%,82.34%和55.65%。三项污染物浓度达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)V类标准,比使用PAC和PAM处理时去除效果显著提高;K2FeO4-PAC-PAM复合体系中,高铁酸钾具有显著的絮凝协同作用;同时发现,PAC和高铁酸钾浓度比以及高铁酸钾与PAC和PAM的投加顺序均会对污染物的去除率产生不同影响。

MCGA的制备及其吸附有机染料的性能与机理研究

以工业固体废弃物煤矸石(CG)为原料,通过ZnCl_(2)改性法将其制备成改性煤矸石吸附剂(MCGA),并用于水体中甲基橙(MO)、孔雀石绿(MG)的吸附。研究不同制备条件对MCGA溶液中MO和MG吸附性能的影响,以确定MCGA的最佳制备条件,并在此最佳制备条件下,研究不同投加量、pH以及染料种类对吸附的影响。采用比表面积分析(BET)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和Zeta电位分析对MCGA进行表征,分析MCGA的理化特性及其对MO和MG的吸附动力学、吸附等温线及作用机制。研究结果表明:MCGA的最佳制备条件是CG和ZnCl_(2)质量比为2꞉1,煅烧温度为600℃,煅烧时间为2 h;对MO和MG吸附效果最佳的MCGA比表面积大,以狭缝中孔结构为主,表面含有多种官能团。MO和MG的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Freundlich方程,MO和MG主要吸附于MCGA的中孔中,其在MCGA上的吸附以化学吸附为主,物理吸附为辅,包括MCGA表面官能团与染料分子间的氢键、阳离子—π、π—π作用以及MCGA与染料分子之间的静电作用。

废菌渣活性炭对水中Cr(Ⅵ)的吸附特性研究

通过ZnCl2活化法制备出废菌渣活性炭(MRAC),采用扫描电镜、能量-色散光谱、傅立叶变换红外光谱仪对其进行了表征分析,并研究了去除水中Cr(Ⅵ)的性能。结果表明,MRAC具有较好去除水中Cr(Ⅵ)的性能;在温度25℃、pH为7、MRAC投加量0.5 g、反应时间120 min、50 mL的Cr(Ⅵ)溶液初始质量浓度50 mg/L的优化条件下,MRAC对Cr(Ⅵ)的去除率高达99.98%,处理后的水满足GB 8978-1996中对Cr(Ⅵ)含量的要求。MRAC对水中Cr(Ⅵ)的吸附服从Langmuir等温方程(最大吸附量31.55 mg/g),吸附反应具有吸热性及自发性。与其他活性炭相比,MRAC去除废水Cr(Ⅵ)的效果更佳,具有较好的经济效益和环境效益。

部分硝化-短程反硝化-厌氧氨氧化系统脱氮效能及N2O排放特性的研究

为建立城市污水主流厌氧氨氧化脱氮系统并研究其温室气体N2O排放特征,采用低氧SBBR处理模拟生活污水并获得了94.1%的TN去除率。连续试验及批量试验结果表明,高效脱氮是部分硝化-短程反硝化耦合厌氧氨氧化共同耦合作用结果。典型周期内N2O排放呈快速上升、波动式快速下降、缓慢消失的规律,其中第75 min N2O排放速率最高,达6.7μg/(L·min),推测是由于低氧硝化过程中羟胺氧化作用所致。高通量测序揭示了体系内同时存在着厌氧氨氧化、好氧异养、反硝化、硝化等功能菌属,与系统脱氮和N2O产生密切相关。

用于供水管网二次加氯后混合管件的数值优化研究

为提高管网二次加氯后消毒剂与水的混合均匀性,开发了基于螺旋流的药剂快速、低损的混合管件。通过建立混合管件的物理模型,采用Mixture多相流模型和Realizable k-ε湍流模型进行CFD数值计算,分析了混合管件的混合机理,对混合管件内导流叶不同参数下的混合效果和压力损失进行了对比研究。结果表明:水流在流经混合管件后能够改变流体的流线,使流体从一维运动变为三维运动,在管道横截面形成漩涡,促进混合效果。通过分析管道各个横截面的不均匀系数COV值可知,导流叶个数为3个时,混合效果最佳,压力损失约为157 Pa;导流叶包角为20~30°,提高包角角度能改善混合效果,但当包角度超过30°后,混合效果趋于稳定;导流叶高度在0.2~0.35倍管径时,导流叶高度越高,混合效果越好,但压力损失也随之增大。

废菌渣固定床对水中Cr(Ⅵ)动态吸附及再生研究

以废菌渣活性炭(MRAC)为吸附剂,对水中Cr(Ⅵ)进行了连续流固定床的动态吸附研究,选定床层高度、进水流速和进水Cr(Ⅵ)浓度进行了正交试验,并对材料性能进行表征。采用Thomas模型对穿透曲线进行动力学分析,并计算相关参数。研究了HCl、NaOH和NaCl解吸剂对吸附后的MRAC的脱附再生性能,并对MRAC床层进行动态循环再生。结果表明,影响吸附因素的主次顺序为:进水Cr(Ⅵ)浓度>进水流速>床层高度,MRAC固定床柱对Cr(Ⅵ)的最高去除率可达98.32%。Thomas模型能很好地描述MRAC固定床吸附柱对水中Cr(Ⅵ)的动态吸附行为。饱和后的炭床在HCl条件下的再生效果最好,再生3次后MRAC性能恢复率仍在80%以上,能够很好地恢复MRAC的吸附性能,表明MRAC具有良好的吸附-解吸功能。

废菌渣活性炭对Cr(Ⅵ)动态吸附及再生性能的研究

以废菌渣活性炭(MRAC)为吸附剂,对水中Cr(Ⅵ)进行了连续流固定床的动态吸附研究,考察了床层高度、进水流速和进水Cr(Ⅵ)浓度对MRAC去除水中Cr(VI)动态吸附曲线的影响。采用Adams-Bohart和Thomas模型对穿透曲线进行动力学分析,并计算相关参数。研究了HCl、NaOH和NaCl解吸剂对吸附后的MRAC的脱附再生性能。结果表明,穿透时间随着进水浓度和流速增加而提前,随着床层高度增加而延长。Thomas模型能很好地描述MRAC固定床吸附柱对水中Cr(Ⅵ)的动态吸附行为。饱和后的MRAC床层在HCl解吸条件下的再生效果最好,能够很好地恢复MRAC吸附性能。