复合磁性絮凝剂在水处理中的研究现状及发展方向

近年来,磁性纳米材料(MNPs)因其独特性能,在水处理领域中受到了研究人员的格外关注。若将传统絮凝剂和磁性纳米材料结合,所得复合磁性絮凝剂将具有良好的磁响应性,可提高絮凝处理的固液分离效率、缩短水力停留时间,实现高效快速絮凝、减少絮凝体含水量。因此,基于功能化MNPs的复合磁性絮凝剂在水处理领域中有着很广阔的研究和应用前景。本文综述了各类复合磁性絮凝剂在国内外的研究现状,分别对其在水处理领域中的具体应用进行了概括,并总结了各类复合磁性絮凝剂进行污染控制方面的优缺点。同时,在此基础上,针对目前水污染控制领域的变化提出今后需要研究的重点和发展方向。

城镇污水处理自动控制策略研究进展

全过程自动化控制是未来城镇污水处理厂的发展方向,但由于污水处理过程具有非线性、多变量、时变性等特点,自控系统中关键运行参数的测量以及控制决策的制定都存在困难,目前实际应用的系统大多停留在实现单一参数或单一反应器控制的层面上。自动控制策略是整个自动控制系统的头脑,是充分发挥系统软硬件效能、保证系统鲁棒性的关键。总结了城镇污水处理厂自动控制方案依据的数学模型,描述了活性污泥模型(ASM)和仿真基准模型(BSM)的基本特征,综述了自动控制策略在城镇污水处理曝气、化学除磷以及多目标优化控制方面的研究进展,分析了目前研究中存在的挑战和机遇,发现理论研究与工程实践相结合是加快城镇污水处理厂自动化进程的必要途径。

阳离子聚丙烯酰胺水处理剂的聚合研究新进展

絮凝法是最重要的水污染控制方法之一。絮凝剂是絮凝污染控制方法的关键部分和核心基础,对最终的水处理效果起着至关重要的影响。其中,阳离子聚丙烯酰胺是一类重要的水处理剂,在水处理领域一直备受关注。综述了阳离子聚丙烯酰胺自由基共聚合法的引发体系与研究进展,主要介绍了偶氮类引发体系、氧化还原引发体系、复合引发体系和紫外光引发体系的特点和应用,阐述了阳离子聚丙烯酰胺中常用的共聚阳离子单体的种类和应用,对阳离子聚丙烯酰胺未来的发展趋势和研究方向进行了展望。

一种多功能水处理剂研究

原水pH偏高导致饮用水残留铝超标,原水浊度偏低导致混凝效果欠佳是许多水厂制水的两大难题,例如江浙沪一带用湖水、水库水为原水的一些水厂。论文介绍了一种以聚氯化铝生产过程中产生的滤渣及盐酸为主要原料,通过在常温常压下反应制备一种新型多功能水处理剂产品。研究了盐酸与滤渣比例对本产品pH值及有效含量的影响;多功能水处理剂投加后对低浊水的助凝效果;对降低混凝剂PAC投加量的影响;对降低水体pH的影响。结果表明:滤渣∶盐酸=1∶0.4~1.0均可(盐酸质量分数为7.75%),根据水厂原水的pH及碱度进行选择,当滤渣∶盐酸=1∶0.4时,此最为适宜工业化生产及应用,具有较好的助凝效果,降低原水pH易于控制,对解决饮用水中铝超标难题起到了重要作用。

光聚合壳聚糖基絮凝剂的光谱表征研究

由于壳聚糖的大分子键上分布着大量的氨基、羟基和N-乙酰基等活性功能基团,将其改性作为天然绿色絮凝剂越来越受到关注,但对其的接枝共聚产物的光谱学表征研究鲜有报道。因此,对壳聚糖基絮凝剂进行光谱学表征与分析研究具有重要意义。论文以壳聚糖(CS)、丙烯酰胺(AM)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为接枝共聚单体,采用光聚合技术制备壳聚糖基絮凝剂CS-P(AM-DMDAAC)。采用X射线衍射(XRD)、紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)研究其结构特征;分析了壳聚糖、丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵及三者接枝共聚产物的X射线衍射(XRD)、紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)的图谱特征和振动吸收峰归属。研究了壳聚糖脱乙酰度、壳聚糖浓度、阳离子度对接枝共聚产物壳聚糖基絮凝剂CS-P(AM-DMDAAC)的X射线衍射(XRD)、紫外光谱(UV)、红外光谱(IR)的影响。UV光谱和IR光谱研究结果证明CS,AM和DMDMAAC成功发生接枝共聚反应制备出CS-P(AM-DMDAAC),壳聚糖浓度增加导致其光谱对称性减弱。XRD图谱研究表明接枝共聚反应使得壳聚糖的晶型结构趋向不定型结构转变,不定型结构相比于晶型结构更易于水化,故接枝共聚产物具有更加优异的溶解性。

阴离子嵌段磁性混凝剂去除低浓度亚甲基蓝

采用模板法合成具有阴离子嵌段结构阴离子聚丙烯酰胺(TAPAM),然后用聚多巴胺(PDA)进行改性,通过螯合作用接枝Fe_(3)O_(4)纳米颗粒,命名为TAPAM-PDA-Fe_(3)O_(4),并对合成新型磁混凝剂进行多种表征分析.通过与PDA和APAM-Fe_(3)O_(4)对亚甲基蓝的去除效果对比,结果表明,TAPAM-PDA-Fe_(3)O_(4)去除率最高,且在中性/碱性条件下(7.0<pH<9.0)π-π堆积为主导作用,而酸性条件下(2.0<pH<4.6)电荷中和为主导作用.混凝实验证实,TAPAM-PDA-Fe_(3)O_(4)能有效去除低浓度亚甲基蓝,在亚甲基蓝初始浓度为4mg/L,pH值为9时去除效率最大值达到97.5%.

改性壳聚糖絮凝剂及其应用研究进展

近年来,开发无毒、安全、环保的絮凝剂成为水处理剂领域关注的热点之一。改性壳聚糖絮凝剂由于具有安全无害、易于生物降解等诸多优点,正受到越来越多的关注。系统地阐述了壳聚糖絮凝剂常用的化学改性方法,包括醚化、酰化、烷基化、聚合物接枝共聚及磁化改性等,并分析了不同改性方法存在的优缺点。介绍了改性壳聚糖絮凝剂的一些应用研究,如处理重金属废水、染料废水、抗生素废水、含藻废水和污泥脱水。最后还对改性壳聚糖絮凝剂的发展趋势和研究方向进行了展望。

污水反硝化脱氮工艺中外加碳源研究进展

随着更加严格的氨氮污水排放标准的实施,中国大多数城镇污水处理厂出水中氨氮难以达标的问题日益突出,其中,碳源不足成为反硝化脱氮的主要制约因素。针对低碳氮比污水,需要额外投加碳源以强化反硝化脱氮。结合对反硝化外加碳源的研究成果,综述了以小分子有机物及糖类物质为主的传统碳源,以天然纤维素物质、人工合成高聚物、骨架型复合缓释碳源为主的新型固体碳源,和以工业废水、污泥及餐厨废弃物水解液等为主的新型液体碳源,分析了目前外加碳源研究和实际运用中存在的问题和挑战。结果表明,现阶段以传统碳源为基础研发的复合碳源更适合商业推广,而大多数新型碳源实际应用还存在各种问题,但其成本低、环保性高、应用广泛,值得深入研究。

磁性石墨烯基纳米材料吸附水中污染物的研究进展

石墨烯基纳米材料(GNs)具有独特的物理化学性质,是优异的吸附材料,但吸附过程中易团聚、吸附完成后难分离等问题限制了其应用。磁性石墨烯基纳米材料(MGNs)不仅结合了GNs的优良吸附能力和磁性材料易于分离的特性,还解决了GNs易团聚和重新堆积的问题,在水处理领域有广阔的应用前景。介绍了MGNs的常用合成方法,着重阐述了在去除废水中难降解污染物等水处理领域中的应用,归纳总结了MGNs去除水中污染物的机理,并对MGNs在水处理领域中的应用前景进行展望,指出了未来研究应优化合成方法以降低MGNs的成本,并探索该纳米材料在实际废水处理中的应用。

CSC-P(AM-AA)重金属捕集絮凝剂的光谱表征及其对重金属去除研究

采用光聚合技术成功制备了羧甲基壳聚糖(CSC)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)的三元接枝共聚物,即壳聚糖基重金属捕集絮凝剂CSC-P(AM-AA)。为了证明接枝共聚产物的成功制备和表征其结构特征,采用红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、差热-热重分析(TG-DSC)、扫描电镜(SEM)对其进行表征,结果表明成功制备出羧甲基壳聚糖的接枝共聚物CSC-P(AM-AA),且具有较好的溶解性;由于羧甲基壳聚糖的接枝改性使得CSC-P(AM-AA)具有与P(AM-AA)显著不同的结构特征。同时絮凝实验证明其具有较好的重金属螯合捕集效果,在pH为8、投加量为8 mg·L^(-1)、转速为150r·min^(-1)时,CSC-P(AM-AA)对Cu^(2+)的最佳去除率为87.0%。

磁性壳聚糖微球吸附剂的研究进展

随着现代工业的迅速发展,生产过程中排出的有害重金属离子废水、印染废水等日益增加,寻找更为高效的水处理材料成为环境保护中亟待解决的问题。磁性壳聚糖微球是一种新兴的水处理吸附剂,对多种污染物都具有优良的吸附效果,再加上可回收重复利用的特点,受到了广泛关注。对磁性壳聚糖微球进行改性,可赋予它不同的功能特性。综述了不同交联剂制备磁性壳聚糖微球的研究现状,分别介绍了对壳聚糖外壳和Fe_3O_4磁核的改性方法、机理及其应用,并对磁性壳聚糖微球未来的研究趋势进行了展望。

磁性羧甲基壳聚糖复合微球的制备及其对锰离子去除研究

现有水体除锰工艺中存在反应条件较苛刻、锰离子的回收较复杂等问题,而羧甲基壳聚糖经span-80表面活化后包裹Fe_3O_4@SiO_2颗粒,与戊二醛发生交联后制得磁性羧甲基壳聚糖复合微球(MCMCMs),可在温和的条件下吸附水中重金属Mn(Ⅱ),且易于回收。该复合微球粒径约508.26μm,比饱和磁化强度为13.42emu·g^(-1),具有良好的磁稳定性,在磁场作用下可快速分离。在室温下,pH=7、MCMCMs投加量为2g·L^(-1)时,其对Mn(Ⅱ)吸附效果最好,吸附在48h达到平衡,吸附率达到90%以上,且吸附过程高度符合Langmuir吸附平衡模型及二级动力学模型,在25℃时对Mn(Ⅱ)饱和吸附容量约为75.74mg·g^(-1)。MCMCMs回收重复利用性能较好,经过多次氨水洗脱,吸附性能仍可达到初始状态的75%以上,且回收性能与投加量呈现正相关关系。

等离子体引发壳聚糖基絮凝剂及其脱色性能

采用等离子体引发壳聚糖(CTS)、丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)接枝共聚,制备了壳聚糖基絮凝剂CTS-g-P(AM-DMC),分别探讨了总单体含量、壳聚糖含量、放电时间、后聚合温度、后聚合时间对CTS-g-P(AM-DMC)接枝效率的影响,并优化了合成条件。采用红外光谱分析和扫描电镜分析对其进行表征,并以活性艳蓝KN-R染料废水来验证其脱色性能。结果表明,总单体的质量分数15%、壳聚糖的质量分数12%、放电时间120 s、后聚合温度70℃,后聚合时间24 h,优化后聚合产物的接枝效率最高可达到68%。优化脱色条件为:絮凝剂投加量200 mg/L,pH=4.0,KN-R初始质量浓度100 mg/L,CTS-g-P(AM-DMC)的脱色性能显著优于单独使用CTS。

响应面法优化光聚合CMCTS-g-CPAM及其污泥脱水性能

以羧甲基壳聚糖(CMCTS)为主链模板、丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为共聚单体,通过紫外光引发聚合法制备新型阳离子絮凝剂CMCTS-g-CPAM。采用响应曲面法(RSM)得到CMCTS-g-CPAM的最佳制备条件:光照时间为2h、光引发剂质量分数为0.04%、pH值为8。接枝共聚物CMCTS-g-CPAM的红外光谱(FT-IR)和核磁共振(1H-NMR)表征表明AM、DMC和CMCTS已成功聚合。污泥脱水实验验证其具有良好的污泥脱水性能:在絮凝剂投加量和pH值分别为30mg/L和10时,污泥比阻(SRF)由9.10×1013 m/kg降至1.96×1013 m/kg,滤饼含水率(FCMC)从90.15%降至79.28%,其污泥脱水效果和经济效益均优于市售CPAM。同时,此研究在污泥脱水中的应用为污泥脱水领域的絮凝处理和改性壳聚糖提供了一定参考。

改性钢渣的制备及其吸附除磷性能

研究了改性钢渣吸附除磷影响因素、等温吸附线特征和吸附动力学,并对生物处理后的出水进行吸附除磷研究。结果表明:在初始磷浓度10mg/L,投加量10g/L、pH为7时,改性钢渣吸附后总磷浓度为0.687mg/L,去除率达93%;改性钢渣对磷的吸附符合Langmuir模型,理论饱和吸附量是1.977mg/g,吸附动力学符合准二级动力学模型(R2>0.99);实际生活污水的吸附除磷中,投加量为50g/L,反应2h后出水总磷浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标的排放要求。

紫外光引发聚合P(AM-MAPTAC)及其响应面优化制备

以丙烯酰胺(AM)与甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)为共聚单体,通过紫外光引发聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂P(AM-MAPTAC)。通过红外光谱(IR)与差热热重分析(TG/DSC)分别对P(AM-MAPTAC)进行结构表征与热稳定性分析,并采用响应曲面法得到优化制备条件:反应体系pH为4.75,引发剂v-044质量分数为0.07%,EDTA-2Na质量分数为0.20%,n(MATPAC)/n(AM)为0.33,光照时间为60min。在优化条件下制备P(AM-MAPTAC)絮凝剂,特性粘度可达14.72dL/g,通过污泥脱水实验可验证该特性粘度下的污泥脱水效果最好,滤饼含水率(FCMC)达70%,污泥比阻(SRF)达6.94×10^(12)m/kg,上清液剩余浊度达9.70NTU,污泥脱水效果优于市售常用絮凝剂。

超声波引发合成阳离子聚丙烯酰胺及其表征

在超声波和VA-044引发体系下,丙烯酰胺(AM)单体和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)阳离子单体通过共聚合成阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DAC),该方法具有反应时间短、合成效率高等优点。研究了合成过程中的关键因素对P(AM-DAC)特性粘度的影响规律,并对其合成条件进行优化。实验结果表明:当AM∶DAC=3∶2、引发剂浓度为0.02%、超声20min、反应体系pH值为4时,合成的P(AM-DAC)特性粘度最大。红外光谱表征结果表明,P(AM-DAC)是AM与DAC的共聚物,具有-NH_2、C=O、-CH_2-N^+和-OH等活性基团。P(AM-DAC)在30~200℃范围内具有良好稳定性。

硅基高分散钴氧化物活化亚硫酸盐降解有机污染物的效能

近年来,基于硫酸根自由基(SO4·^-)的高级氧化技术(SR-AOPs)迅速发展,高效稳定地产生SO4·^-自由基的催化剂及相关机制成为新的研究重点。采用氨水改性吸附焙烧法制备非均相硅基高分散钴氧化物(CoNSi)催化剂,用于活化工业副产物亚硫酸盐(S(IV)),进而以废治污降解污染物。分别研究了不同pH值、不同CoNSi和亚硫酸钠(Na2SO3)投加量、不同橙黄Ⅱ(AO7)浓度以及氧气对底物降解效能的影响,分析了亚硫酸盐浓度和AO7浓度对AO7降解反应初始速率的影响。结果表明:当反应pH值为9.0,CoNSi和Na2SO3投加量分别为0.25g/L和1.0mM,AO7浓度为7mg/L,氧气存在的条件下,AO7的降解率可达到79.4%。此外,序批实验证明了CoNSi活化亚硫酸盐的稳定性,自由基抑制实验证明了SO4·-自由基是降解AO7的主要活性物种。

表面光催化引发合成阳离子聚丙烯酰胺及其表征

以纳米二氧化钛(Nano-TiO2)和尿素分别作为引发剂和增溶剂,采用表面光催化引发AM和DMC单体共聚,合成具有较高特性粘度和良好溶解度的阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DMC),引发速度快、聚合效率高。通过红外光谱、核磁共振氢谱、扫描电镜和差热-热重分析表征了聚合物的性质。优化实验研究了单因素对产物特性的影响,结果表明:Nano-TiO2浓度0.5‰,合成时间70 min,单体总质量分数和DMC单体质量分数分别为25%和40%,pH为4.5,尿素浓度0.3%时,合成的P(AM-DMC)特性粘度最大可达1 180.3 mL/g。

模板分子量对阳离子聚丙烯酰胺序列结构及其絮凝性能的影响

论文通过紫外光引发模板聚合的方式,以不同分子量(3000、5200、8000g/mol)的阴离子聚丙烯酸钠(PAAS)作为模板,丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为共聚单体,在最佳配比条件下,制备得到了三组不同模板分子量的聚合物T3PDA、T5PDA、T8PDA,并通过红外光谱(FTIR)、差热-热重(TGA-DSC)、核磁共振氢谱(1H-NMR)和核磁共振碳谱(13C-NMR)进一步分析了T3PDA、T5PDA、T8PDA的结构特征。然后将三组不同模板分子量的聚合物CPAM用于城市污水处理厂的二沉池剩余活性污泥活性絮凝脱水的研究。实验结果表明,当模板分子量为5200g/mol时,T5PDA展示出最佳的絮凝脱水效果。此时,污泥处理过后的上清液的剩余浊度、zeta电位、泥饼含水率和污泥比阻(SRF)达到了最优。