江西省卤化消毒副产物的调查

为了解江西省饮用水中卤化消毒副产物的残留情况,针对江西省31个区域进行卤化消毒副产物的调查。调查时间为2017年—2019年的丰水期,进行了3次抽样调查,样品来源于江西省赣南、赣北以及赣东北和其他典型区域的水厂泵房的出厂水,并采用气相色谱质谱联用仪测定水样中的三卤甲烷以及用气相色谱仪测定水样中的卤乙酸类。调查结果显示:31个区域中,大部分区域均检出三氯甲烷,平均浓度为0.026 mg/L,其中,超过国家标准限值的城市有4个;二氯乙酸与三氯乙酸的检出率很高,分别为93.55%与96.77%,但浓度均满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的限值要求。为分析其原因,对其同时期的原水做了相关影响参数的调查,分析评价原水水质对卤化消毒副产物含量的影响。同时,介绍目前江西省所采取的净水工艺,并提出对净水工艺提升的展望。

KOH改性碳纳米管负载钴活化过硫酸盐降解BPA的机理研究

通过简单的水热法和KOH活化法制备了一种吸附性能和催化性能优良的材料Co-CNTs-KOH,并对其进行表征分析;考察了Co-CNTs-KOH投加量、BPA初始质量浓度、PMS投加量、pH和离子强度等因素对降解BPA效果的影响。结果表明,所制备的催化剂Co-CNTs-KOH为表面粗糙、疏松多孔的不规则形状,具有较高的结晶度和密集分布的介孔结构;在催化剂质量浓度为20 mg/L、BPA初始质量浓度为20 mg/L、PMS浓度为0.5 mmol/L、弱酸条件下,BPA的降解效果最佳,降解率高达93.5%;通过自由基猝灭反应得出结论,SO_(4)^(-)·和OH·自由基是该体系主要的活性氧化物质。

厌氧消化流场可视化技术研究进展

厌氧消化是一种可持续的有机废弃物处理处置技术,在降解有机废弃物的同时可以产生可再生能源沼气,是一种环境友好型处理技术。然而,厌氧消化系统内基质具有复杂的流变特性,其黏度高、流动性差,阻碍了反应的顺利进行。因此,研究厌氧消化的流场特性有助于了解厌氧消化系统内部流态,强化运行效果与过程稳定性。本文分析了厌氧消化基质的特性与适用的流变模型,总结了计算流体力学(CFD)数值模拟过程中的模型选取以及粒子图像测速法(PIV)和正电子发射粒子跟踪(PEPT)技术的应用现状。获得可靠的流场可视化结果,需要在考量厌氧消化基质剪切稀化特性的同时关注黏弹性、触变性等其他流变特性。在今后的研究中,应综合运用多种流场可视化技术对厌氧消化水力学特性进行优化。

Ni-N-C单原子催化剂活化过硫酸盐降解苯酚

采用煅烧法制备了以木质素生物炭为载体的单原子催化剂(Ni-N-C-10),用于高效活化过硫酸盐(PMS)降解苯酚.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、经球差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(AC-HAADF-STEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)以及X射线光电子能谱仪(XPS)等对材料进行了表征分析,证明合成了原子分散的催化剂Ni-N-C-10.探究了制备过程中双氰胺的投加量和降解实验中催化剂投加量、PMS投加量、pH值以及温度对苯酚降解的影响.结果表明,在催化剂制备过程中,加入10倍质量比的双氰胺更有利于实现原子分散.Ni-N-C-10/PMS体系在较低的催化剂和PMS投加量、以及较宽的pH值范围(3~9)内都能有效活化PMS降解苯酚.此外,该体系的稳定性好且应用范围广,除了能高效降解苯酚外还能快速降解双酚A、四环素和亚甲基蓝.电子顺磁共振检测和自由基淬灭实验结果表明,Ni-N-C-10/PMS体系降解苯酚为SO_(4)^(·-)、·OH和~1O_(2)3种主要活性物种共同作用的结果,其中1O2起主导作用.反应前后Ni-N-C-10催化剂的XPS分析结果表明,催化降解苯酚的效率与Ni位点呈正相关.

Fe、N共掺杂材料的制备以及高效降解四环素

利用金属有机骨架材料(MOFs)的周期网格结构及良好的拓扑性质,制备了一种Fe、N共掺杂的介孔材料Fe-N-C,对材料Fe-N-C进行表征;考察Fe-N-C质量浓度、四环素(TC)质量浓度、过硫酸盐(PS)质量浓度和初始pH等因素对降解效果的影响。结果表明:所制备的催化剂为表面粗糙、疏松多孔的不规则形状,具有较高的结晶度和密集分布的介孔结构;在催化剂Fe-N-C质量浓度为0.4 g·L^(-1),TC初始质量浓度为40 mg·L^(-1),PS质量浓度为40 mg·L^(-1),pH为7时TC的降解率高达90.5%;离子强度干扰实验发现C_(2)O_(4)^(2-)和CO_(3)^(2-)对TC的降解有较大程度的抑制作用;自由基淬灭实验证实Fe-N-C/PS体系中存在O_(2)^(-)·、SO_(4)^(-)·和OH·自由基,其中O_(2)^(-)·自由基是该体系主要的活性氧化物质,同时验证了Fe-N_(x)为催化剂的主要活性位点,且Fe-N-C材料集吸附与催化于一体,表现出良好的稳定性。

低温低浊水絮凝工艺的数值模拟与响应面优化试验研究

为探究微涡流絮凝工艺处理低温低浊水时,絮凝区流场流态的变化以及水中浊度、COD_(Mn)、UV_(254)的最优去除效果,采用CFD数值模拟探究不同流量(絮凝时间)下絮凝区流场流态,确定最佳絮凝时间;应用响应面中Box-Behnken的中心组合设计方法,研究了流量、混凝剂投加量与涡流反应器投配比及其交互作用对微涡流絮凝工艺去除浊度、COD_(Mn)、UV_(254)的影响。研究表明:随着絮凝时间的减小,絮凝区内平均湍动能、有效能耗散及其变化率逐渐增大,平均涡旋尺度及其变化率逐渐减小,最佳絮凝时间为18.5~13.6 min;投配比是微涡流絮凝工艺的极显著影响因素,且与加药量、流量具有协同作用;微涡流絮凝工艺处理低温低浊水的最佳工艺参数为:流量6.4 m^(3)/h、混凝剂投加量26.8 mg/L、投配比为2(2/5占比HJTM-1型+3/5占比HJTM-2型涡流反应器)。此时,浊度、COD_(Mn)、UV_(254)去除率分别为85.48%、63.84%和55.37%。

金属单原子催化剂稳定、制备与应用的研究进展

金属单原子通常具有独特的物理和化学特性,在催化应用中展现出优越的催化剂活性,已成为催化领域的一个研究热点.单原子催化剂是一种由单个金属原子锚定在载体上的催化剂,其最大限度地提高了金属原子的利用效率.单原子催化剂的制备方法主要有湿法化学法、金属-有机配位法、原子层沉积法和高温裂解法.本文基于近几年国内外单原子催化剂的研究,总结了单原子稳定负载的主要条件,单原子最优结合位点的预测和判断方法.同时,围绕单原子催化剂的特性,系统地讨论了单原子催化剂在环境和能源等方面的应用,并进行了展望.

NiSiO@NiAlFe对不同抗生素的吸附特性研究

采用水热法制备了负载NiAlFe层状双氢氧化物(LDHs)的硅酸镍空心球(NiSiO@NiAlFe),用于去除水中不同类型的抗生素。研究结果表明,pH为4~8时,NiSiO@NiAlFe对四环素(TC)和环丙沙星(CIP)的吸附效果较好,吸附过程更符合Freundlich模型。15℃下,NiSiO@NiAlFe对TC和CIP的最大吸附容量分别为35.7、35.3 mg/g。吸附热力学表明该吸附过程是自发吸热过程。NiSiO@NiAlFe对TC和CIP的吸附机理为静电引力和络合作用。该材料对水中抗生素的去除有较大潜力。

折点加氯去除氨氮特性

文中通过混凝搅拌试验模拟氯与氨氮发生反应,从反应的合适比例、反应时间、pH及水温等几个方面研究了折点加氯去除氨氮的特性。结果显示:低温酸性水样中氯与氨氮反应合适的比例为8∶1,反应终点时间约为3 h;随着pH的升高,反应终点时间会延长;随着水温的升高,反应终点时间会缩短,氯与氨氮的比例会增大;在无光照的情况下,水中耗氧量代表的一类还原性物质不是耗氯物质。

水环境中抗生素的污染现状、传播和处理技术研究进展

随着抗生素在医药与工业等方面的广泛应用以及水质检测技术的提升,越来越多的报道显示,在各种饮用水水源中,有抗生素及抗性基因的检出。这些污染物质在水环境中的存在,对人类的健康造成了巨大的威胁。本文旨在介绍抗生素的污染现状以及抗性基因传播途径,分析目前国内外抗生素处理技术的特点及不足,最后提出对未来抗生素处理工艺的建议与展望。

某水厂源水铁锰超标处理试验研究

通过对某小型农饮水厂源水铁、锰分别超地表水Ⅲ类标准6倍、11倍情况的现场调查及采测分析,得出其铁、锰超标的主要原因是水库会因季节性缺氧及底质中污染物的释放而造成其底层水铁、锰含量升高,同时取水头部是固定式的,离库底仅约1 m,过于接近水库库底。根据对该水库不同取水深度的铁锰含量检测,可以取中上层水,解决该问题。另外通过分别开展烧杯试验验证次氯酸钠及高锰酸钾对该小型农饮水厂源水中铁、锰的去除效果,数据表明,两种氧化剂对铁的去除效果均显著;当有效氯的投加浓度为10.5 mg/L、聚氯化铝浓度为3 mg/L时,1 h、2 h、4 h对锰去除率分别为23.6%、50%、90%,但此时的锰含量仍有0.14mg/L;当源水中滤后锰含量为1.40mg/L、高锰酸钾的投加浓度为2.5mg/L、聚氯化铝浓度为3 mg/L时,反应1 h后,经原子吸收法测处理后锰含量为0.01 mg/L,去除率为99.3%。

铁基竹子生物质炭复合材料的制备及其对水中三氯甲烷的去除研究

为探索高效利用生物质资源制备生物炭去除水体中的消毒副产物,本研究以竹子为原料在400℃下热解制备生物炭,然后采用FeCl_(3)/FeSO_(4)共沉淀法对生物炭进行表面改性,得到铁基竹子生物炭复合材料(MBC),并针对其吸附水中三氯甲烷的作用开展了一系列研究。探究不同条件如温度、反应时间、三氯甲烷初始浓度、MBC投加量、pH对吸附量的影响。表征结果表明,改性后的生物炭具有磁性特征,有利于其回收利用。批量吸附实验研究表明,铁基竹子生物炭复合材料(MBC)对三氯甲烷的吸附量可达558μg·g^(-1)。酸性条件及高温环境有利于吸附过程。吸附过程符合准二级动力学模型,且反应为吸热过程,熵增且自发进行。Langmuir与Freundlich吸附等温模型均能很好地拟合吸附过程。本研究所制备的复合材料对水环境中三氯甲烷的去除具有明显效果,且易于回收利用。

Fe-Cu/N共掺杂的ZIFs衍生材料活化过硫酸盐降解四环素

通过水热法制备了一种Fe、Cu双金属和N共掺杂的介孔催化材料FeCu-N-C,对其进行表征分析;开展FeCu-N-C活化过硫酸盐(PS)降解四环素(TC)的研究,考察了FeCu-N-C投加量、TC浓度、PS浓度、pH和离子强度等因素对降解效果的影响.结果表明:在催化剂投加量为0.4g·L^(-1),TC初始浓度为40 mg·L^(-1),PS浓度为0.08 g·L^(-1),pH=8时TC的降解效果最佳,降解率高达90.5%;利用XPS分析得出复合材料FeCu-N-C的可能主要催化活性位点是Fe-N_(x)、Cu-N_(x);C_(2)O_(4)^(2-)和CO_(3)^(2-)的存在相较于Cl^(-)或NO_(3)^(-),对TC的降解有更大程度的抑制作用;通过自由基猝灭实验可知,在整个降解体系中起主导作用的活性氧化物质为O_(2)^(-)·和SO_(4)^(-)·和OH·自由基;FeCu-N-C经过4次循环后TC降解率依然有70.5%,表现出良好的稳定性.

Fe、N共掺杂原子级分散Fe-g-C_(3)N_(4)催化剂活化过硫酸盐降解亚甲基蓝的机制

采用煅烧法制备了一种将孤立的Fe单原子和Fe团簇共同锚定在g-C3N4骨架上的原子级分散的催化剂Fe-g-C_(3)N_(4)(600).通过球差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(AC-HAADF-STEM)对材料进行表征分析,证明了Fe单原子成功锚定在载体表面.该催化剂在非均相活化过硫酸盐(PMS)催化降解亚甲基蓝中表现出高活性和高稳定性.实验分析表明,Fe单原子比Fe团簇具有更高的催化活性,同时,N与孤立Fe原子形成的配位位点(Fe-N_(x))是PMS活化的最主要活性中心. Fe-N_(x)反应位点可以直接激活PMS产生高价铁氧化物,这是亚甲基蓝高效降解的关键.此外,Fe-g-C_(3)N_(4)(600)在湖水和自来水水源中对亚甲基蓝降解也展现出了卓越的催化效果,且当水源水为湖水时,亚甲基蓝的降解效率最高.本工作证明了Fe-g-C_(3)N_(4)(600)/PMS体系能高效地降解被污染水体中的亚甲基蓝,且具有较好的应用潜力.

基于CFD的卧式高固厌氧消化混合策略优化

高固厌氧消化(High solid anaerobic digestion,HSAD)在实际生产运行中,与传统厌氧消化相比,存在混合效果差、能量转换效率低等缺点。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)研究了不同桨叶角度的搅拌桨对生产规模反应器混合效率的影响。并根据不同工况下的能量转换效率和能量消耗,确定了最佳工况。结果表明,随着桨叶角度从30°增加到60°,径向和轴向混合均有明显改善,但在高转速下的改善效果不明显。考虑到实际工程应用,建议采用低转速和大桨叶角度。因此,建议反应器采用桨叶角度为60°的搅拌桨,转速为1 r·min^(-1)(净能量产出为0.023 GJ·d^(-1)·m^(-3))。本研究结果可为实际工程中HSAD反应器的混合策略提供参考。