超重力强化臭氧高级氧化技术的研究进展

臭氧高级氧化技术因其绿色高效、适用性广、操作简便等优势，成为当前水处理领域前沿技术之一，但臭氧在传统反应器内普遍存在吸收效果差，臭氧利用率低等缺陷。旋转填料床（RPB）利用高速旋转的填料产生超重力场，将液体剪切破碎为细小的液膜、液丝或液滴，其较高的相界面积、不断更新的界面以及内部流体的强制湍动，加快了臭氧的传质与分解，该技术对于传质受限的臭氧高级氧化过程的强化有着突出的优势。本文简述了超重力强化臭氧氧化过程的原理，介绍了RPB与O₃、O₃/H₂O₂、O₃/Fenton、O₃/PS（过硫酸盐）、催化臭氧氧化等高级氧化法耦合应用处理有机废水的研究现状，并对超重力技术的优势及技术突破进行了述评，总结了超重力应用臭氧高级氧化技术的潜在经济效益和环境效益，提出功能化填料及大型RPB的开发需求，以期为超重力技术在废水处理领域的拓展应用提供理论基础和技术参考。     

碳质材料催化臭氧氧化去除水中溶解性有机物的研究进展

碳质材料催化臭氧氧化(CMs/O₃)体系具有除污性能强、臭氧利用率高和无金属溶出的特点, 但受制于CMs催化性能的易失性, 该方法目前仍处于实验室研发阶段。本文系统阐述了CMs/O₃体系的反应原理, 并认为表面催化氧化与均相羟自由基(HO·)反应是去除水中溶解性有机物的主要途径;详细分析了影响非均相反应机理与体系处理效能的关键因素, 并指出在反应过程中, 碳表面碱性活性点位的消耗与酸性含氧基团的累积可导致其催化性能的降低, 而选择以中孔结构为主的碳质材料, 优化溶液pH值和臭氧相对投加量等操作参数, 将有利于降低CMs内部的传质阻力, 显著提高对目标污染物的去除率。基于新近发表的文献, 本文综述了CMs/O₃对多种有机污染物和实际废水的处理效能, 并认为多壁碳纳米管(MWCNT)的引入与新型固着、负载技术的使用, 有望提升CMs/O₃在微污染水体深度净化领域的实用化水平。同时, 努力将CMs/O₃与现有技术相耦合, 建立经济、高效的组合工艺也是当前应用研究的重要方向。     

非热等离子体强化TiO2催化尿素分解副产物水解性能的研究

尿素-选择性催化还原技术低温下运行时尿素分解不彻底,易形成缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺等副产物。本研究将TiO₂催化剂与介质阻挡放电等离子体相结合,在程序升温条件下考察了载气中有无O₂时引入等离子体前后TiO₂催化尿素分解副产物水解的性能。结果表明：TiO₂表面缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺分别在43~261℃、217~300℃和199~300℃水解生成NH₃和CO₂,载气中有无O₂对催化水解过程几乎无影响。引入等离子体后缩二脲、三聚氰酸和三聚氰胺水解所需温度显著降低,载气中无O₂时引入等离子体NH₃产率变化不大,副产物仅有少量N₂O和NO,有O₂时NH₃产率显著降低,且生成较多N₂O、NO、NO₂及少量NH₄NO₂和NH₄NO₃。未来需从优化放电条件和催化剂组成等方面解决引入等离子体导致副产物形成等问题。     

Mn2+催化臭氧氧化活性污泥强化溶胞

研究了不同浓度活性炭、活性焦和Mn²⁺催化作用下臭氧氧化污泥碳源释放情况,发现Mn²⁺为较佳催化剂。本文进一步对比考察了不同Mn²⁺投加量对催化臭氧化污泥溶胞释放有机物的影响以及反应前后污泥特性的差异,探究了Mn²⁺催化臭氧化促进溶胞作用的机理。结果表明,在臭氧氧化污泥时添加Mn²⁺能促进污泥碳源的释放,其中当Mn²⁺投加量为1.5mmol/L时,污泥碳源的释放效果较佳,溶解性化学需氧量的变化值（ΔSCOD）质量浓度为76mg/L,约为单独臭氧氧化（O₃组）的4倍;污泥絮体胞外聚合物溶解性蛋白和腐殖质含量较原泥（空白组）和O₃组相比均有显著增加,分别为2倍和2.3倍,证实了Mn²⁺催化氧化促进了活性污泥胞内有机物的溶出。进一步的机理探究得出,O₃+Mn²⁺组·OH产量为O₃组的1.15～1.74倍,说明Mn²⁺催化氧化促进了反应过程中活性自由基尤其是·OH的生成。Mn²⁺催化臭氧氧化活性污泥在强化污泥破胞的同时,对污泥的理化性质影响较小,基本与单独臭氧氧化维持在同一水平,后续将其应用于基于臭氧旁路处理的污泥原位减量连续工艺有较大的可行性和实际意义。     

臭氧催化氧化深度处理造纸废水的试验研究

广东东莞某一家造纸企业污水处理系统的生化池出水具有色度高、难降解的特点。采用臭氧催化氧化工艺深度处理该废水,探究了空速、臭氧投加量以及O₃、H₂O₂物质的量比对COD去除率的影响。通过试验优选出空速为7 h^-1,臭氧投加量为70 g/t,O₃、H₂O₂物质的量比为0.5时,出水COD满足GB 18918-2002一级A的要求,为臭氧催化氧化在造纸废水中的应用提供技术支撑。     

气液喷射器的结构设计与性能分析

喷射式环流反应器是一种高效的多相反应器，由于其具有良好的传热、传质和混合特性，目前已被广泛应用于生物、化学、制冷和环境保护等工程领域。气液喷射器作为喷射式环流反应器的核心部件之一，其结构尺寸对环流反应器的传质特性和适用环境都具有显著影响。为考察结构尺寸对喷射器性能的影响，本文根据其工作原理，设计了一台模试气液喷射器，并通过冷模试验对其进行性能测试研究。试验结果表明：气液喷射器的引气能力主要取决于其混合喉管与喷嘴出口截面比f₃/f₁以及喷射器进出口压力降Δp_p/Δp_c，而环流反应器的气含率仅与喷射器的液相射流量和气体引射量有关。相同液相流量条件下，喷射器的最大引射空气量随截面比f₃/f₁的增大而增大，反应器内的平均气含率随之增加；提高液相射流与引射气体的速度差能够加强两股流体间的剪切作用，使气泡更易发生破碎。当喷射器的气液比大于2.6时，反应器内的混合流体可达到乳化状态。     

O3/CaO2协同氧化快速降解低浓度氨氮

受金属氧化物催化臭氧氧化氨氮的启发,对O₃/CaO₂氧化低浓度氨氮技术展开研究。实验结果表明,O₃/CaO₂共同完成了氨氮的协同氧化,降解效果与·OH密不可分;处理质量浓度为10 mg/L的氨氮时,CaO₂的最佳投加量为80 mg/L;pH对O₃/CaO₂体系氧化氨氮有较大影响,在最佳投加量下不会造成水体pH超标;适宜的反应时间为15 min,此时氨氮去除率达94.87%;氨氮的降解产物与Cl^-和pH有关,硝态氮是主要的降解产物;作用机制可能为O₃在碱性条件下的直接氧化和·OH自由基氧化两种机制,·OH自由基的数量增多及其消耗速率加快可能是其用量、反应时间都优于常用的金属氧化物体系的原因。O₃/CaO₂协同氧化技术有望适用于一些需要对氨氮进行快速氧化的场合,具有广阔的应用前景。     

超声强化臭氧降解三元驱采油污水聚丙烯酰胺机制

三元复合驱采油开发中注入的聚丙烯酰胺等化学物质随采出液一并采出, 导致采出液黏度增加, 受此影响, 污水处理系统沉降过滤装置处理效率下降, 出水水质难以稳定达标回注。降低黏度关键在于降解污水中聚丙烯酰胺, 本研究采用O₃氧化降解聚丙烯酰胺, 降解过程中引入超声, 利用超声强化作用提高O₃降解效率。结果表明, 在三频正交场(20 kHz +28 kHz +40 kHz)作用下, 控制声强1.6 W·cm^-2, 作用时间15 min, 进水聚丙烯酰胺平均含量300 mg·L^-1, 黏度4.5 mPa·s, 降解聚丙烯酰胺后水体黏度降低到0.7 mPa·s, 黏度变化率达到86.1%。通过检测反应前后水中和大气中O₃浓度, 表明超声强化作用将O₃利用率提高55%。O₃降解过程引入超声产生协同效应, 增加了O₃传质效率, 促进 O₃转化为H₂O₂, 进而生成高活性·OH, 促使聚丙烯酰胺降解效率提高3倍, 反应时间约缩短3/4。     

基于臭氧与超声氧化降低页岩气压裂返排液COD

针对页岩气压裂返排液化学需氧量（COD）高,难以直接排放的问题,研究了臭氧氧化（O₃）、超声氧化（US）和臭氧与超声联用氧化（O₃+US）三种方式降低页岩气压裂返排液COD的效果。结果表明：O₃+US因能产生更多的自由基而具有更好的降低COD效果。O₃+US联用氧化返排液过程中,首先是臭氧直接氧化有机污染物生成醛酮等物质,然后再是自由基氧化降解,返排液颜色会出现特征变化。另外研究了水样pH、超声波功率、催化剂种类和加量、反应时间等因素对O₃+US联用氧化降低COD的影响,结果表明其降低COD的效率随pH的增大而减小,随超声波功率的增大先增大后减小,随作用时间的延长而增大。综合考虑,推荐降低页岩气压裂返排液COD的氧化条件为：臭氧质量浓度42mg/L、pH为2.5左右、超声波功率800W、催化剂MnO₂加量0.45g/L、反应时间100min,处理后COD降低68.17%。同时,降解动力学拟合分析显示MnO₂催化下O₃+US联用氧化降低页岩气压裂返排液COD的过程更符合二级动力学特征。     

CeO2基水煤气变换催化剂COS中毒热力学研究

为探究COS对Ce O₂基水煤气变换催化剂的中毒机制，用HSC Chemistry 6.0热力学数据库对Ce O₂变换催化剂的COS中毒热力学进行了模拟计算，从热力学角度分析了在100～450℃水气变换温度下，COS分别与CO、H₂O和O₂共存时，Ce O₂催化剂可能发生的反应及产物。结果表明，温度分别高于150℃和300℃时，H₂O-COS-Ce O₂和CO-COS-Ce O₂体系中的Ce O₂硫中毒可被明显抑制；O₂对Ce O₂硫中毒的影响最大，整个催化温度范围内，O₂-COS-Ce O₂体系中所有反应均可自发进行，含S固态产物为Ce₂(SO₄)₃、Ce S₂和S。     

水处理中臭氧氧化技术有机物氧化原理解析

随着我国大力推进生态文明建设,废水排放标准不断提高,O3氧化技术由于其较强的氧化性和脱色能力受到广泛关注。文章总结了O₃的基本性质及其在水中的分解过程,伴随产生的活性物种(O^·-、O₂^·-、O₃^·-O₃^·-、HO₂·、HO₃·、HO₂^-等)主要为·OH产生的链式反应传递者,起主要氧化作用的为·OH;阐述了O₃分子和·OH氧化有机物的反应历程和特点,即O₃分子通过环加成或亲电取代反应与不饱和有机物发生反应,与饱和有机物的反应速率极低;·OH通过攫氢反应氧化饱和有机物、通过羟基加成氧化不饱和有机物,反应速率均极快。文章为O₃氧化技术在废水深度处理领域的应用,如适用废水类型、后续处理单元选择、催化剂开发等方面提供了理论支持。     

污泥生物炭催化高级氧化过程进展

作为废水处理过程的副产物,污泥的高效处理处置是环保领域的难题之一。通过高温热解将污泥转化为生物炭是一种有效的污泥资源化途径。污泥生物炭不仅可作为“吸附剂”吸附去除水体中污染物,还可作为新型“催化剂”高效催化高级氧化过程以降解水体中的有机污染物。本文综述了近些年来国内外关于污泥生物炭在高级氧化技术领域尤其是催化过硫酸盐（PS）、过氧化氢（H₂O₂）、臭氧（O₃）以及光催化等氧化过程降解有机污染物的研究进展。通过探讨污泥生物炭的表面官能团、掺杂改性杂原子、负载过渡金属及其氧化物以及与其他技术耦合催化降解有机污染物的研究现状,进一步揭示污泥生物炭催化作用的关键活性位点以及催化机理。最后提出该领域目前面临的主要问题及未来发展方向,为污泥生物炭进一步实现高附加值资源化利用提供重要参考。     

O2介质阻挡放电微等离子体制备O3

介质阻挡放电(DBD)是工业生产臭氧(O₃)最有效的方法。研究以O₂为原料气采用DBD微等离子体放电制备O₃，研究了放电间距、放电长度、放电功率以及停留时间对产生O₃的影响。此外，通过向正弦AC等离子体电源中叠加调制脉冲，探讨了脉冲占空比与调制频率对O₃生成的影响。结果表明：O₃浓度与DBD反应器的放电间距呈负相关，与O₂的停留时间呈正相关，放电功率及有效放电长度对O₃浓度的影响呈现火山形变化趋势。综合考虑O₃浓度及能量产率确定了适宜的参数。与普通正弦交流电源相比，在其基础上叠加脉冲调制电源有利于O₃的产生，而能量产率与占空比呈正相关，与调制频率呈负相关，据此确定了合适的占空比与调制频率。     

废旧混合锂电池正极材料还原酸浸行为研究

针对废旧混合锂电池正极材料中有价金属元素镍钴锰的高效分离浸出,设计开发了2种不同混合废料体系：LiCoO₂与Li （Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3） O₂、LiMn₂O₄与Li （Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3） O₂,研究了还原剂用量、硫酸初始浓度、浸出温度、液固比对浸出过程的影响。LiCoO₂与Li （Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3） O₂混合废料较适宜浸出参数为：浸出温度80℃、反应时间90 min、H₂SO₄浓度2.3 mol·L^-1,液固比R=8 mL·g^-1、还原剂Na₂SO₃用量=1.2倍理论量;LiMn₂O₄与Li （Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3） O₂组成的混合废料的较适宜浸出实验参数为：浸出温度60℃、反应时间90 min、H₂SO₄浓度2.3 mol·L^-1,R=8 mL·g^-1、还原剂Na₂SO₃用量=1.2倍理论量。得到的浸出规律为混合锂离子电池正极废料回收工艺的广泛适应性提供了参考思路。     

电催化强化技术对石化废水有机污染物的去除研究

研究探索了三种电催化强化技术对石化废水有机污染物的去除效果,同时采用三维荧光分析仪、气相色谱质谱仪等分析了有机污染物在不同电催化强化过程中的降解机制。O₃+H₂O₂电催化强化技术对废水中总有机碳的去除率最高,达到85%,这是因为该技术能高效去除大分子量(1 200 g/mol)和小分子量(220 g/mol)有机物。研究显示荧光组分有机物在三种电催化强化技术中的总体去除率顺序为：O₃+H₂O₂电催化强化>O₃电催化强化>H₂O₂电催化强化(O₃+H₂O₂电催化强化：9 mmol/LH₂O₂+50 mg/L O₃投加量、O₃电催化强化：50 mg/L O₃投加量、H₂O₂     

CeO2基催化剂在CO2和甲醇合成碳酸二甲酯中的研究进展

CO₂是主要的温室气体之一，发展CO₂化学转化技术是实现碳达标、碳中和战略目标的关键。利用CO₂和甲醇合成碳酸二甲酯(DMC)是近年来的研究热点，其中开发价廉、高效、高稳定性的催化剂是目前的难点。Ce O₂因优异的储放氧能力、丰富的氧空位及适宜的表面酸碱性，使得Ce O₂基催化剂得到广泛应用。综述了纯Ce O₂、负载型Ce O₂及Ce O₂基复合氧化物催化剂的催化性能，讨论了催化剂晶型和形貌、氧缺陷位及酸碱性对催化效率的影响，为进一步设计优化催化剂提供参考。     

2,3,6-三甲基苯酚气-液-液氧化反应与传质过程

对2,3,6-三甲基苯酚(TMP)的气-液-液纯氧常压三相氧化反应与传质过程进行了研究。该反应为液膜传质控制的快速反应,氧气消耗速率对原料TMP为1级。在液膜控制条件下探讨了水相体积分数(ε)、搅拌转速(n)、搅拌桨直径(d)和通气量(V)对反应的影响。结果表明,体系在e达到0.58后产生相变,相变后液相体积传质系数随ε变化趋势发生改变,液相体积传质系数(k_L(O₂)a)随n、d、V的增加而增大。综合考虑上述因素对k_L(O₂)a的影响,得到了液相体积传质系数的量纲一关联式,根据关联式计算得到的液相体积传质系数值与实验值接近,平均相对偏差为4.53%,表明关联式拟合效果较好。     

Mn-Ti-Mg/Al2O3催化臭氧氧化处理煤化工废水

以浸渍法制备金属复合催化剂Mn-Ti-Mg/Al₂O₃，采用SEM-EDS、XPS、BET对复合催化剂的表观形貌、原子组成、金属元素的存在状态、比表面积和平均孔径进行表征，并测定了其pH_zpc。之后将其作为多相催化剂用于催化臭氧氧化处理煤化工废水，对其催化效果进行研究，考察了催化剂投加量、O₃流速、溶液初始pH对其催化效能的影响，并对其稳定性进行了研究。结果表明，Mn-Ti-Mg/Al₂O₃复合催化剂对于催化臭氧氧化处理煤化工废水效果较好，催化剂投加量和臭氧流速的增加有利于提高煤化工废水COD的去除率，废水在碱性条件下更易被处理。经过催化臭氧氧化处理之后，废水的pH显著降低，导致催化剂中金属活性成分溶出，催化剂活性降低。在温度22℃、溶液初始pH 7.8、催化剂投加质量浓度10 g/L、臭氧流速1.0 mg/min、反应时间40 min条件下，采用Mn-Ti-Mg/Al₂O₃催化臭氧氧化处理煤化工废水，处理后废水...     

用于生物气提纯的促进传递膜

由生物气提纯获得的生物甲烷具有高热值,可作为天然气的替代品。生物气中除主要成分甲烷以外还含有大量的CO₂和少量的水、H₂S以及其他痕量杂质组分,需经过净化提纯方可获得高纯度的生物甲烷。膜分离技术用于生物气提纯具有绿色、高效、能耗低等特点,特别地,促进传递膜因其特殊的传质机制,对于生物甲烷系统提纯具有显著优势。综述了促进传递膜材料及其制备技术,讨论了生物气中水、H₂S杂质对膜过程的影响,同时尝试对膜法生物气提纯的经济性和发展前景进行了分析。     

臭氧光催化氧化工艺处理工业废水的对比研究

在pH=3、H₂O₂与硝基酚类化合物物质的量比为3∶1、Fe(Ⅲ)与硝基酚类化合物物质的量比为0.1∶1的条件下，以特征污染物硝基酚类化合物的降解率及TOC去除率为评价指标，对比了UV/O₃、UV/O₃/H₂O₂、UV/O₃/Fe(Ⅲ)3种臭氧光催化氧化工艺处理DDNP生产废水的效果。实验结果表明，反应时间1 h时经3种工艺处理后的DDNP生产废水出水的色度和TOC均可达到《兵器工业水污染物排放标准火工药剂》(GB 14470.2—2002)排放标准；UV/O₃体系中H₂O₂或Fe(Ⅲ)的加入对硝基酚类化合物的降解影响不大，而对TOC去除率具有明显的提升。实验条件下UV/O₃/Fe(Ⅲ)工艺的处理效果最优，反应时间1 h时其出水无色，TOC去除率为96%,m(BOD₅)/m(COD)由0.06提升到0.46，且出水硝基酚类化合...