基于SO4·-的高级氧化技术对低生化性废水的预处理研究

高级氧化法是处理低生化性废水的一种有前途的技术。采用亚铁离子活化过硫酸盐(Fe²⁺/PS)体系预处理某低生化性制药废水。通过小试研究考察了pH、过硫酸钠、硫酸亚铁和PAC质量浓度对Fe²⁺/PS体系处理效果的影响及各影响因素的最佳参数。结果表明，pH对Fe²⁺/PS体系处理效果的影响最大，其次是硫酸亚铁质量浓度和过硫酸盐质量浓度，PAC质量浓度的影响可以忽略不计。综合考虑成本因素，各参数的最佳水平组合：pH≈7、硫酸亚铁、过硫酸钠、PAC质量浓度分别为1.0、0.3、0.03 g/L。通过ESR(电子自旋共振)测试和猝灭试验，确定反应体系中起主要降解作用的活性物种。结果表明，SO₄^·-活跃于Fe²⁺/PS反应体系中，并在反应体系中起主要作用。通过中试研究考察了Fe²⁺/PS反应体系处理前后废水COD、TOC、NH₃-N的变化。研究表明，经过处理后的废水，COD去除率为50%,TOC去除率为67%,NH_3...     

MFC-MEC耦合系统产电性能及处理含镉重金属废水的研究

以厌氧活性污泥为阳极菌种,乙酸钠为阳极底物,硫酸铜和重铬酸钾溶液为微生物燃料电池（MFC）阴极液,人工模拟含镉重金属废水为微生物电解池（MEC）阴极液,构建MFC-MEC耦合系统,利用MFC的产电驱动MEC运行,在不消耗外部能源的情况下,实现含镉重金属废水中Cd²⁺的去除。实验研究了MFC反应器容积、MFC堆栈、MEC电极材料、MEC阴极液pH对MFC-MEC耦合系统电性能及含镉重金属废水处理效果的影响。结果表明：MFC反应容积的扩大可以提高其产电性能,但与此同时会造成MFC的内阻升高,随着MFC容积的增加,MEC中Cd²⁺去除率逐渐增加,但同时MFC阴极Cr⁶⁺去除率逐渐下降;MFC堆栈可以提高工作组两端电压,串联时最大输出电压为1509 mV,Cd²⁺去除率为69.3%;以钛板作为MEC电极时,微生物能有效附着在阳极表面,MFC阳极COD去除率为85%,MEC中Cd²⁺去除率为51.5%;MEC阴极液pH在3~5时,有利于含镉重金属废水的处理,Cd²⁺去除率80%以上。经XRD分析,MEC阴极还原产物为CdCO₃。     

Fe3+-TiO2@CGS三维电极电化学处理苯酚及氨氮废水的研究

以钛板为阳极、石墨板为阴极、煤气化渣负载Fe³⁺-TiO₂粒子(Fe³⁺-TiO₂@CGS)为三维电极,构筑了电化学处理苯酚废水、氨氮废水的三维电极反应器,考察了废水溶液pH、电流强度、粒子投入量对废水COD和NH₃-N的去除效果的影响。结果表明,苯酚废水溶液在pH=3、电流强度为1.2 A、粒子质量为3 g的条件下,COD去除率达到42.3%;氨氮废水在溶液pH=7、电流强度为1.0 A、粒子质量为3 g的条件下,NH₃-N去除率可达到67.5%。     

碳毡电极用于电芬顿脱色性能及机理研究

为了探究CF电极在电芬顿脱色中的应用性能及机理，通过对阴极材料的对比，建立了以碳毡为阴极的电芬顿降解体系，探讨了不同操作参数如废液pH、O₂流量、电压、Fe²⁺浓度等因素对活性红195染料废水的脱色率、COD去除率的影响。根据实验结果，采用碳毡做阴极，Fe²⁺浓度为20 mg/L,pH为3、O₂流量60 mL/min、电压3 V条件下，反应3 h染料几乎完全脱色，COD去除率可达73.31%；利用猝灭实验初步探讨了染料降解的主要机制，·OH的生成及其强氧化作用是染料降解的主要因素；利用UV-Vis及GC-MS对染料降解机理进行了分析，发现反应前30 min降解速度最快；电极稳定性实验及扫描电子显微镜(SEM)形貌分析证明了碳毡阴极具有良好的电化学稳定性。     

超声波/紫外光-纳米Fe0类芬顿法处理络合态重金属废水

研究了超声波/紫外光(US/UV)-纳米Fe⁰类芬顿法处理高浓度络合态重金属废水的适宜条件，探究该方法对化学需氧量(COD)和络合态重金属的去除机理。实验结果表明：在US/UV作用下，纳米Fe⁰类芬顿法处理COD浓度1738.86 mg/L、总铬473.14 mg/L、总镍43.35 mg/L、总铜8.53 mg/L的络合态重金属废水，在pH值为3、温度为65℃、振荡速度150 r/min时，纳米Fe⁰最佳用量为9.6 g/L、H₂O₂投加量为1 mL/L，反应20 min后，COD、总铬、总镍和总铜的去除率分别为96.75%、99.99%、99.94%和99.57%。相较于传统芬顿法，该方法加快反应速率，反应时间缩短了66.6%，去除效果提高10%，且污泥量减少13%。纳米Fe⁰重复利用3次后，对络合态重金属的去除率仍在50%以上，可见纳米Fe⁰重复利用性好。因此，纳米Fe⁰在处理高浓度络合态重金属废水方面具有...     

Fe(Ⅱ)(EDTA)/O3工艺处理含聚废水实验

采用Fe(Ⅱ)(EDTA)/O₃工艺处理含聚废水,研究EDTA浓度、Fe²⁺浓度、水力停留时间（HTR）、初始pH对聚丙烯酰胺（PAM）去除率和COD降解效能的影响,探讨了Fe(Ⅱ)络合催化臭氧反应动力学特征及其机理。结果表明：当EDTA浓度为0.050mmol/L、Fe²⁺浓度为0.050mmol/L和HRT为120min时,PAM去除率为75%;增加水样初始pH有利于提高PAM去除率,同时水样pH随HRT增加缓慢下降;废水COD值在HRT为30min内逐渐增至最大,随后逐渐减小并达到稳定。Fe(II)(EDTA)/O₃工艺处理含聚废水的反应符合二级动力学反应,初始PAM质量浓度在50~100mg/L范围内,二级反应速率常数为2.35×10^-4~3.35×10^-4L/(mg·min)。     

超声强化铁碳微电解-Fenton法降解硝基苯废水

针对铁碳微电解（Fe⁰/GAC）-Fenton法降解硝基苯（NB）废水时难连续运行的问题,采用超声（US）强化铁碳微电解-Fenton法降解硝基苯废水。考察了超声对铁碳微电解-Fenton法连续运行效果的影响,研究表明：不更换铁碳填料时,Fe⁰/GAC-Fenton法连续处理4批硝基苯废水时,硝基苯去除率从69.54%降至31.66%,TOC去除率也从48.11%降至19.20%;而US/Fe⁰/GAC-Fenton法处理4批相同废水时,硝基苯去除率均近至100%,TOC去除率均稳定在60%以上。与单纯Fe⁰/GAC-Fenton相比,超声不仅整体上强化了Fe⁰/GAC-Fenton法降解硝基苯废水的效率,还实现了连续多次高效运行。研究了pH、H₂O₂投加量及投加次数对Fenton法降解US/Fe⁰/GAC出水的影响规律,得到适宜操作条件：H₂O₂总投加量为4 ml并分5次添加,US/Fe⁰/GAC的出水pH调为4,反应30 min,最终硝基苯去除率达到100%,TOC去除率可达75%。     

Fenton氧化降解水中磺胺甲恶唑的研究

以 COD 为评价指标,考察了 Fenton氧化法对水中磺胺甲噁唑（SMX）去除效果。通过探讨 H₂O₂投加量、Fe²⁺投加量以及溶液初始 pH 对 COD 去除的影响,确定了 Fenton 去除 SMX 的优化工艺条件为：pH=3,H₂O₂投加量为 10mmol/L,Fe²⁺投加量为 1.0 mmol/L,在该条件下,COD 去除率可达 71.8%。与经典动力学相比,伪动力学模型能很好拟合 SMX 的去除过程,其中伪二级动力学模型的相关系数为 0.999 9。此外,根据 GC/MS 分析结果,推测了 SMX 可能的降解途径。     

Fe2+/Fe3+和Mn2+对低氧曝气过程总氮去除与转化途径的影响

为短期快速实现实际生活污水自养脱氮,采用含有厌氧氨氧化菌的实际污水处理厂活性污泥,针对Fe²⁺/Fe³⁺和Mn²⁺对低氧曝气过程中氮的去除效果进行了研究,分析确定了氮素转化的途径。研究结果表明,Fe²⁺/Fe³⁺和Mn²⁺均可提高活性污泥中厌氧氨氧化菌（AnAOB）丰度,但由于Fe²⁺/Fe³⁺对氨氧化菌（AOB）也存在一定抑制作用,因此,短期投加Fe²⁺/Fe³⁺条件下,低氧曝气过程中总无机氮去除率为25%,但投加Mn²⁺条件下总无机氮去除率可达44%。通过氮素平衡分析,发现投加Fe²⁺/Fe³⁺条件下,氮素主要通过反硝化作用去除;而投加Mn²⁺条件下,氮素主要通过厌氧氨氧化（anammox）作用去除。因此,传统活性污泥可通过短期投加Mn²⁺增强厌氧氨氧化活性,促进低氧曝气过程中氮的去除,利于快速实现一体化自养脱氮。     

热和Fe2+共活化Oxone法深度处理填埋污泥脱水液

采用热和Fe²⁺共活化Oxone法深度氧化处理填埋污泥脱水液,分析了Oxone投加量、温度、pH值对有机物去除效果的影响。结果表明,该氧化体系对胡敏酸类物质具有较好的去除效果;COD降解符合准二级动力学模型,改变Oxone投加量和pH值会影响有机物基团的降解顺序。在污泥脱水液初始COD为(600±22)mg/L,温度为45℃,pH值为2,Oxone投加量为17.9 mmol/L,Oxone/Fe²⁺摩尔比为50时,COD去除率达到31.2%,最终出水COD为423 mg/L,达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)的A级排放标准。     

不同活化过硫酸盐体系深度处理制浆造纸废水研究

采用光-Na₂S₂O₈、热-Na₂S₂O₈、Fe²⁺-Na₂S₂O₈、光/Fe³⁺-Na₂S₂O₈、以及超声-Na₂S₂O₈等5种活化体系对造纸废水深度处理中有机物降解的效果进行了研究,考察了pH、温度、初始Na₂S₂O₈浓度、Fe²⁺浓度、Fe³⁺浓度以及超声频率对造纸废水COD降解的影响。结果表明：5种体系对造纸废水COD降解效率比较为：热-Na₂S₂O₈（84.2%）>光/Fe³⁺-Na₂S...     

陶瓷膜短流程工艺处理重金属废水

针对电镀行业重金属废水常规处理方法存在的药剂投加量大、污泥产量多、水质波动影响大等不足,本文提出了一种新工艺-陶瓷膜短流程处理工艺,即废水通过调节pH值使重金属离子形成相应的氢氧化物絮体后,直接进入陶瓷膜组件过滤,同时辅以曝气缓解膜污染。通过实验室小试研究了pH值、重金属质量浓度和曝气量等因素对重金属(Cu²⁺、Cr³⁺和Ni²⁺)去除效果以及陶瓷膜跨膜压差的影响,并进行现场中试验证。试验结果表明:pH=10时,Cu²⁺、Cr³⁺和Ni²⁺的去除率分别达到99.8%、99.7%和99.9%,耐冲击负荷强,原水重金属离子质量浓度为500mg/L时出水也能满足要求。气水体积比值为15时,能在保证出水水质的前提下显著缓解膜污染。该工艺中陶瓷膜的污染主要为可逆污染,可以通过水力反冲洗去除。在pH=10、气水体积比值为15和膜通量为80L/(m²·h)时,现场中试工艺出水中Cu²⁺、Cr³⁺和Ni²⁺的质量浓度分别低于0.15mg/L、0.3mg/L和0.1mg/L,而且跨膜压差保持稳定。     

微生物燃料电池法净化含锌废水研究

初步探讨了用双室微生物燃料电池(MFC)净化含锌废水,同时降解有机废水。试验选用氧化沟厌氧段污泥为阳极底物,采用淀粉配制有机废水,在外接电阻为10Ω的情况下,启动MFC去除阴极室中的Zn2+,降解有机物。结果表明,当阳极室CODCr的初始质量浓度为1 230 mg/L,阴极室Zn2+的质量浓度为1 000 mg/L时,反应6 d后,获得输出电压为25 mV,输出功率为250 mW/m3。在阳极室,溶液CODCr的质量浓度从1 230 mg/L逐渐降解到280 mg/L,CODCr的最大去除率为77.2%;在阴极室,192 h后,Zn2+的去除率为35%。Zn2+的净化与有机物的降解具有关联性。试验也初步证明,微生物燃料电池具有处理含锌废水和有机废水,并同时产电的优势,这将是今后含锌废水处理的一个新的研究领域。     

以氢气为电子供体的硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水

研究氢气作为唯一电子供体的硫酸盐还原菌对酸性矿山废水的处理效果。本文对反应过程中pH和氧化还原电位（ORP）,目标代谢产物H₂S和∑S^2-（HS^-、S^2-）,出水中重金属及总有机碳进行分析。研究表明,生物反应器pH可迅速上升至8.75～8.80,ORP下降至-330～-420mV;在4865mg/L \mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}浓度下硫酸盐还原菌活性较好,其目标代谢产物H₂S与∑S^2-的积累量分别为88mg/L、172mg/L;Zn²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺的去除率分别为94.3%、94.7%、97.5%、81.7%,重金属Cu²⁺、Zn²⁺的出水浓度分别为0.52mg/L、1.99mg/L,中和沉淀出水pH为6.9,其出水水质可达《污水综合排放标准》一级标准;出水残存总有机碳≤3mg/L,远低于以有机物为电子供体的出水水质;H₂培养生物反应器中主要以脱硫弧菌属为主导。     

高浓度制药废水毒性与SPAC反应器运行性能

采用发光细菌法测试了高浓度硫酸盐制药废水中典型污染物（硫酸盐）、转化产物（硫化物）、供试制药废水原水、稀释6倍厌氧处理出水和稀释3倍厌氧处理出水的毒性,硫酸盐、硫化物的半抑制浓度分别为12077.8、78.1 mg·L^-1;供试制药废水原水、稀释6倍厌氧生物处理出水和稀释3倍厌氧生物处理出水的半抑制浓度分别为64.5、44.7和78.9倍。试验了SPAC厌氧反应器处理高浓度硫酸盐制药废水的运行性能,高浓度低流量运行时,反应器最大容积COD、硫酸盐（以SO₄^2-计,下同）去除速率分别为5.76、1.83 kg·m^-3·d^-1,COD和硫酸盐去除率分别为54.1%和71.8%;低浓度高流量运行时,反应器的最大容积COD、硫酸盐去除速率分别为7.52、1.90 kg·m^-3·d^-1,COD和硫酸盐去除率分别为72.8%和80.0%。低浓度高流量运行更易使反应器取得高效。试验了SPAC厌氧反应器对高浓度硫酸盐制药废水毒性抑制的适应性能,运试初期宜将废水稀释5.13倍以上,运试后期可将原水稀释3.32倍。     

混凝沉淀-Fenton氧化协同深度处理木薯酒精废水

针对木薯酒精废水生化出水，采用混凝沉淀预处理-Fenton强氧化协同组合工艺对其进行深度处理。实验结果表明：当PFS投加量为1 g/L，溶液pH=6时，混凝反应达到最佳的处理效果，COD的去除率高达75.6%。Fenton强氧化过程中，当H₂O₂(30%)的投加量为0.7mL/L,n(H₂O₂)∶n(Fe²⁺)=1.75∶1，溶液初始pH=3时，COD的去除效率最高，为72.3%。废水经该协同组合工艺处理后出水能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的一级A标准。该工艺启动快，处理效率高，反应时间短，为场地受限的木薯酒精废水厂的设计或者已建成的污水厂的快速改造提供了参考。     

膜电解法用于循环冷却水处理

在传统微电解反应器基础上增加离子膜并用于处理循环冷却水。由于离子膜的存在,反应器阴极室内能够快速富集OH^-,有利于去除Ca²⁺和Mg²⁺,同时阳极室内电解产生的Cl₂溶于水生成的次氯酸盐可作为杀菌剂使用。探究了离子膜类型、电流密度、水力停留时间、极板间距等参数对循环冷却水硬度去除率和比能耗的影响,并探究了阳极室NaCl浓度对除硬效果、比能耗和阳极副产物的影响。结果表明,使用阳离子膜的反应器,在进水硬度为500 mg/L(以CaCO₃计)、电流密度为25 A/m²、水力停留时间为14 min、极板间距为12 mm、阳极NaCl质量分数为4%、电解时间为6 h的条件下,硬度去除质量浓度为466 mg/L,硬度去除率为93.2%,比能耗为3.69 kW·h/kg,阳极液有效氯质量浓度为3.99 g/L。相比常规微电解法,膜电解法提高了循环冷却水的硬度去除率和电流效率,同时阳极液可以作为杀菌剂使用,提高了经济效益。     

电芬顿-臭氧一体化工艺处理船舶生活污水

高级氧化技术是一种新型、绿色的水处理工艺,通过各种强化技术更快、更多地产生具有强氧化性的羟基自由基,使其与废水中的有机物发生链式反应,从而将废水中的有机物快速高效降解为无害的无机盐。采用两种典型的高级氧化技术：电芬顿和臭氧,一体化处理船舶生活污水,研究结果表明：在电流密度20 mA/cm²,芬顿试剂n（H₂O₂）：n（Fe²⁺）=3：1,C（Fe²⁺）为0.01 mol/L,氧气速率2 L/min,臭氧投加量6 g/L时,电芬顿-臭氧一体化装置能有效降解船舶生活污水中的污染物,当处理时间为120 min时,对COD去除率可达86.4%。     

膜曝气膜生物反应器耦合系统处理化工废水

高浓度有机化工废水,含有多种复杂有机物,毒性高,难以直接生化。为了提高废水的生化性及处理效果,新型膜曝气膜生物反应器（MABR）耦合高级氧化技术对废水进行了实验研究。以铁-碳微电解、芬顿反应作为预处理,膜曝气膜生物反应器为生化系统,臭氧化技术作为深度处理,探究了操作条件对出水COD浓度、BOD₅/COD（B/C）的影响。研究结果表明：在铁碳反应时间为1.5 h,pH值为4时,B/C比可从0.05提高到0.12;而芬顿反应的最适宜n（H₂O₂）∶n（Fe²⁺）和pH值分别为9和3。经预处理的废水在MABR和深度处理臭氧化的共同作用下,出水COD<500 mg/L,达到了进入污水处理厂的要求。     

双室MFC对含Cu（Ⅱ）废水处理效能及其产电性能的影响

微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)可利用微生物将化学能转化为电能,并实现重金属的去除与还原回收。本研究构建了一种双室MFC用于处理含Cu²⁺的重金属废水,以探究不同初始浓度及阴极电极材料下MFC的产电性能和Cu²⁺的去除效果。结果表明,当阴极电极材料为不锈钢且阴极中Cu²⁺的初始浓度由10 mg/L增大至200 mg/L时,Cu²⁺的去除率由85.37%增大至98.16%(120 h),最大输出电压和功率密度分别为257 mV和36.75 mW/m2。当阴极电极材料为石墨板、钛片时,Cu²⁺的去除率分别为99.02%、98.27%,此时的最大输出电压和功率密度分别是不锈钢的1.45倍、1.18倍和1.71倍1.28倍。对阴极上附着的产物进行扫描电镜分析,Cu²⁺在阴极发生了还原反应,生成了单质铜。本研究可以为实现MFC高效回收重金属提供理论依据,对利用MFC解决环境污染和能源短缺问题有重要意义。