电化学氧化技术在MBR中的膜污染控制研究与应用进展

膜生物反应器(MBR)已发展成为高效且成熟的市政和工业污水处理技术,基于MBR建成并投产的污水处理厂数量持续增加且规模不断扩大,但膜污染仍是MBR进一步推广和应用的瓶颈,开发高效率、低成本的膜污染控制方法是领域内的研究热点。作为一种典型的高级氧化工艺,电化学氧化(electrochemical oxidation,EO)在水环境中具有突出的净污和杀菌能力,可同步实现膜表面污染物的降解和细菌的灭活,在MBR中展现出巨大的抗膜污染潜力。近年来,基于EO的膜污染控制技术蓬勃发展,促进了MBR抗膜污染方法的创新,并引发了对抗膜污染机制的新思考。为了紧跟MBR快速发展的步伐,迫切需要对EO在MBR中膜污染控制的研究和应用进行全面总结和讨论。介绍了EO的工作原理并分析了电化学氧化MBR(eMBR)中产生活性氧自由基并抑制膜污染的多种途径;根据国内外的最新研究进展,从电极装载方式、电极与滤膜的结合方式、电极的制备材料等角度系统讨论了eMBR的运行模式和抗膜污染效果;总结了EO抑制膜污染的影响因素及其实际应用的现存挑战;对eMBR的未来研究进行了展望,对其进一步优化与创新提出了建议。

破乳菌种TR-1的筛选与破乳性能实验研究

从克拉玛依受石油污染的土壤中筛选出一株原油破乳菌TR-1。介绍了筛选方法。筛选时使用含水原油静置分层产生的油、水相等体积混合制备的W／O乳状液．35℃、50天自发脱水率〈5％；细菌全培养液加量为100mL/L。培养温度35℃，最佳培养pH值7～9．时间5～6天。所得培养液含菌1．1×100个／mL．含干菌体～8．68g／L，35℃、150min脱水率〉90％；2.0g／L干菌体水悬液相同加量时脱水率为80．0％；现用聚醚破乳剂加量100mg／L时脱水率～55％。TR-1菌主要以菌细胞破乳，所产生物表面活性剂也起一定破乳作用。TR-1菌破乳性能稳定，第1、5、25代全培养液的脱水率分别为88．3％、91．7％、80．0％。2．0g／L干菌体水悬液用于克拉玛依采油一厂、二厂含水50．0％、66．7％的稀油破乳（50℃），加量100mL／L时脱水率为66．7％、88．2％．高于现用聚醚破乳剂的脱水率，但对二、三区混合稠油无破乳效果。50℃、150min自发脱水率为16．5％的含水50．0％的稀油，加入5、20、40mg／L聚合物PAM后自发脱水率变为2．0％、4．0％、43．9％，再加入100mL／L干菌体水悬液时脱水率分别为96．5％、80．5％、76．5％．均高于加入100mg／L。化学破乳剂时的相应值。图3表4参6。

ZnOOH/浮石催化臭氧氧化对氯硝基苯的研究

为提高浮石催化臭氧氧化活性,以浮石为催化剂载体,硝酸锌为金属活性组分前驱物,采用等体积浸渍法制备了Zn OOH/浮石催化剂.以对氯硝基苯(p-CNB)为目标反应物,对Zn OOH/浮石、浮石催化臭氧化和单独臭氧氧化去除水中微量p-CNB的效果进行了比较.结果表明,与单独臭氧氧化相比,Zn OOH/浮石和浮石催化臭氧化工艺可以明显提高水中p-CNB的去除率,分别为93.4%和72.1%.反应体系添加叔丁醇对p-CNB催化降解效率产生明显抑制作用,说明催化臭氧化过程中羟基自由基(·OH)是主导氧化物种.催化臭氧分解和·OH捕捉实验表明,利用Zn OOH改性浮石,提高了浮石催化分解水中臭氧能力,增加了·OH生成量,从而提高水中p-CNB的降解效率.水质背景对催化臭氧化p-CNB的去除率影响较明显.Zn OOH/浮石催化剂重复使用10次,催化活性稳定.催化臭氧化过程中Zn OOH/浮石离子溶出量低.

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。

不同预氧化剂对铜绿微囊藻细胞的灭活

为比较不同预氧化剂对藻细胞的处理效果及其机理,在高锰酸钾灭活藻细胞研究的基础上,采用次氯酸钠与臭氧对铜绿微囊藻进行灭活实验.结果表明:次氯酸钠和臭氧对藻类的灭活反应均符合二级动力学模型;次氯酸钠较易引起铜绿微囊藻细胞萎缩破裂,从而导致细胞内代谢有机质的释放,对藻细胞的灭活动力学常数为(220±3)L·mol-1·s-1,不同初始次氯酸钠浓度对动力学常数无明显影响;臭氧对于铜绿微囊藻细胞有极强的氧化作用,细胞灭活速率常数达(2 655±15)L·mol-1·s-1,能迅速引起藻细胞破裂及胞内代谢有机质的释放,不同初始臭氧浓度对动力学常数无明显影响.3种氧化剂对铜绿微囊藻细胞的灭活速率由大到小依次为:臭氧>次氯酸钠>高锰酸钾.电镜扫描结果显示,臭氧与次氯酸钠在氧化过程中比高锰酸钾更易引起藻细胞破裂及IOM的释放.

SiO2/PVDF阳离子膜的微观形态、力学和热稳定性能研究

以掺混法合成了SiO2/PVDF阳离子膜.采用强度测定仪、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、差示扫描量热法（DSC）研究了不同二氧化硅纳米颗粒添加量的SiO2/PVDF阳离子膜的微观形态、机械稳定性和热稳定性.结果表明：随着纳米SiO2颗粒质量分数的增加,SiO2/PVDF阳离子膜的拉伸强度和断裂伸张率先增后降,当SiO2颗粒质量分数为PVDF的1.5％时,拉伸强度（26.2343N）和断裂伸张率（9.76％）最大.SiO2/PVDF阳离子膜的热稳定性温度最高可达300℃,阳离子膜微观断面结构变得更加致密,表面无明显相分离.

活性炭对17α-乙炔基雌二醇吸附性能的研究

采用静态吸附试验研究了6种粉末活性炭和颗粒活性炭对17α-乙炔基雌二醇(EE2)的吸附特性。试验结果表明,活性炭可以有效地对EE2进行吸附去除,Freundlich型吸附等温式能够很好的描述活性碳对EE2的吸附,各吸附剂的相关系数达极显著水平或显著水平。从活性炭吸附性能指标比较看,PAC3#对EE2的吸附容量最大,GAC7#对EE2的吸附速度最快,但吸附容量较小。

纳米CuFe_2O_4活化过一硫酸盐降解诺氟沙星性能

为研究使用过一硫酸盐(PMS)的高级氧化技术去除水体中微量有机污染物的高效可行方法,通过柠檬酸辅助溶胶-凝胶法制备纳米CuFe_2O_4材料,以其为非均相催化剂,探究CuFe_2O_4/PMS体系对诺氟沙星(NFX)的降解性能.采用X射线衍射仪、电子透射显微镜、BET手段对材料进行表征,考察煅烧温度对纳米CuFe_2O_4结构及催化性能的影响,并试验纳米CuFe_2O_4的重复使用性和稳定性.探讨纳米CuFe_2O_4投加量、PMS浓度、溶液初始pH对CuFe_2O_4/PMS体系降解NFX性能的影响,并探究该体系的氧化活性物种及降解机理.结果表明:制备纳米CuFe_2O_4的最佳煅烧温度为400℃,该温度下纳米CuFe_2O_4晶型较好,比表面积较大,且表现出较高的催化活性;在纳米CuFe_2O_4/PMS体系中,控制NFX初始质量浓度为5 mg/L,最适宜的反应条件为:纳米CuFe_2O_4投加量为0.1 g/L、PMS浓度为0.5 mmol/L、初始溶液pH为9.5,该条件下反应30 min后NFX的去除率高达99%;纳米CuFe_2O_4能有效活化PMS生成·OH和SO_4^-·,SO_4^-·是实现NFX快速降解的主要活性物种.

季铵盐/纳米银灭活水中细菌效能研究

为研发一种新型的水处理消毒材料,利用壳聚糖季铵盐对纳米银进行表面修饰,制备出具有复合抗菌能力、表面呈正电性的季铵盐/纳米银(QCS/nAg)抗菌材料.以大肠杆菌为主要目标细菌,以表面接近中性、负电性的纳米抗菌材料(聚乙烯吡咯烷酮/纳米银PVP/nAg、柠檬酸盐/纳米银Citrate/nAg)为参比,对QCS/nAg灭活水中细菌活性进行研究,并对QCS和nAg在QCS/nAg抗菌活性中的作用进行评价.此外,就抗菌剂投加量、pH和氯离子对QCS/nAg灭活大肠杆菌性能的影响进行研究.通过研究银离子的释放、QCS/nAg对细菌细胞的吸附和QCS/nAg对细菌细胞壁(膜)的破坏,对QCS/nAg抗菌机理进行初步讨论.结果表明:QCS/nAg成功合成且分散性良好,相比其他nAg抗菌材料灭活细菌效果更佳;QCS和nAg在QCS/nAg灭活细菌时发挥协同作用,QCS/nAg相比PVP/nAg,在nAg投加量以及抗水中氯离子干扰方面具有更强的优越性.QCS/nAg的抗菌机理在于强化了纳米颗粒对于细菌的吸附以及对细菌细胞壁(膜)的破坏.

紫外激活过硫酸盐技术去除水中金霉素

为解决传统工艺难以有效去除水中有机微污染物的问题,采用紫外激活过硫酸盐技术(UV/PS联用工艺)降解水中残留的金霉素(chlortetracycline,CTC),对比UV/PS联用工艺与单独UV工艺、单独PS工艺对金霉素的去除效果,考察底物初始浓度、氧化剂投加量、p H对金霉素降解的影响,鉴定反应系统中的活性自由基并求出其反应速率.结果表明:单独UV工艺、单独PS工艺和UV/PS联用工艺对金霉素的降解均符合表观一级反应动力学模型,并且UV工艺与PS工艺联用可以大大提高金霉素的去除率;较低的底物初始浓度和较高的氧化剂投加量可以提高金霉素的降解速率;p H对表观速率常数有一定影响,kobs在p H为3和7处分别达到最大值和最小值;UV/PS系统中参与氧化金霉素的主要活性自由基为SO4-·,其与金霉素的反应速率为8.8×108L·mol-1·s-1.