炭砂双层滤料浮滤池工艺处理藻污染水库水的试验研究

目前水库水源藻污染日益严重,传统沉淀固液分离工艺难以满足净水要求。以鹊山引黄水库高藻原水为研究对象,开发了炭砂双层滤料浮滤池,考察了浮滤池工艺运行特性及运行效果。试验表明,絮凝剂选用聚合氯化铝铁(PAFC),在投药量4.0 mg·L-1(以Al3+计),回流比8%,溶气压力0.4 MPa时,运行效果较优。炭层所含生物量约占滤料层总生物量的97.4%(最高值50.2 nmol P·g-1),是砂滤层(3.0 nmol P·g-1)的16.7倍,污染物的去除主要发生在活性炭层。试验期间,浮滤池工艺对颗粒物、蓝绿藻、浊度、CODMn、NPOC、UV254、氨氮的去除率分别达到96.48%、92.40%、92.56%、57.41%、51.60%、52.50%、75.67%,嗅味由4级降为0级,出水土臭素、二甲基异冰片含量均小于检出限,一氯二溴甲烷、三氯甲烷前体物的去除率分别达到55.1%和60%,表明浮滤池工艺对常规指标、藻类、嗅味物质、消毒副产物前体物去除效果显著。     

表面重构石英砂滤料的制备及微生物附着行为

基于普通石英砂滤料表面光滑、比表面积小、微生物难以附着等缺陷,以BOE（buffered oxide etch）腐蚀液对普通石英砂滤料进行化学蚀刻处理,以改善石英砂的表面形貌,促进微生物在石英砂滤料表面附着。扫描电镜分析结果表明,经改性得到的表面重构石英砂形貌发生明显变化,整体呈沟槽形貌;因素分析试验结果表明,在腐蚀液浓度为15%（质量）、HF与NH₄F的质量比为1∶1、反应温度为55℃、反应时间为45 min的条件下,所得改性石英砂表面的沟槽较多且宽度多介于1.0～5.0 μm之间,表面生物量由改性前的9.3 nmol P·g^-1提高到改性后的15.7 nmol P·g^-1;红外光谱分析结果显示,改性石英砂表面部分Si-O转变为Si-OH,有机物特征峰的消失反映了石英砂表面有机物的进一步去除;石英砂的比表面积由改性前的0.427 m²·g^-1提高至改性后的1.475 m²·g^-1;对COD_Cr的平均去除率由改性前的41.9%提高到改性后的51.6%。因此,表面重构石英砂具有较好的微生物亲和性,更适宜微生物的附着。     

基于强化去除水厂嗅味物质的炭砂滤池升级改造

以兰溪某水厂沉淀水为原水进行炭砂滤池升级改造中试研究,考察炭砂滤池对有机物的去除效果,探究炭砂滤池的反冲洗方式、炭砂比例和活性炭耐久性。结果表明,炭砂滤柱的最佳反冲洗方式为17 L/（s·m2）气冲2 min+停顿1 min+10 L/（s·m2）水冲8 min,最佳炭砂层厚度为800 mm和600 mm。1#滤柱浑浊度平均去除率为88.61%,耗氧量平均去除率是砂滤池的近3倍,氨氮和NO2--N的峰值分别为0.25 mg/L和0.083 mg/L,2-甲基异莰醇和土臭素去除率高达92.21%和95.39%。活性炭上层碘值和亚甲蓝值下降幅度仅为2.03%和4.95%,反冲洗前后生物量分别为187.0 nmol P/g和98.2 nmol P/g。以上结果表明,炭砂滤池对包括嗅味物质在内的有机物具有良好的去除能力,是活性炭物理吸附和微生物共同作用的结果,预期有较长的使用寿命,但需关注无曝气条件下潜在的NO2--N积累风险。     

紫外/过氧化氢（UV/H2O2）高级氧化工艺在饮用水处理中的应用

通过砂滤池出水后接UV/H2O2高级氧化中试试验设备并投加特征污染物,考察了UV,UV+颗粒活性炭(GAC),UV/H2O2,UV/H2O2+GAC工艺对阿特拉津、嗅味物质及消毒副产物生成量的去除效果,发现UV/H2O2+GAC工艺对土臭素去除效果最好,去除率高达95%以上;对MIB和阿特拉津的去除效果比较接近,去除率在70%以上;UV/H2O2能有效去除消毒副产物前体物、减少消毒副产物的生成。     

上向流轻质滤料滤池组合工艺对难沉淀河水的处理效能

为解决偏远山区河水经混凝后形成的絮体难沉淀、后续石英砂滤池易堵塞的问题，采用两级上向流轻质滤料滤池取代传统石英砂滤池，构建“混凝+轻质滤料滤池（一级过滤）+轻质滤料滤池（二级过滤）+次氯酸钠消毒”组合工艺。试验结果表明，组合工艺能够有效处理难沉淀的河水，对浊度、色度、COD、氨氮、叶绿素a的平均去除率分别为99.9%、81.3%、52.1%、100%和100%，浊度出水为0.04 NTU、色度为5度、COD为2.12 mg/L、氨氮为0 mg/L、叶绿素a为0 mg/L。其中，轻质滤料滤池对浊度、色度、COD和叶绿素a的去除发挥主要作用，次氯酸钠对氨氮的去除发挥主要作用。     

曝气生物滤池-超滤组合工艺处理高氨氮高有机物原水的效果

以重庆某水库水为对象,考察了曝气生物滤池-超滤组合工艺对高氨氮、高有机物原水中污染物的去除效果。结果表明:试验装置运行期间,进水COD_Mn平均值为7 mg/L,出水COD_Mn平均值为3.5 mg/L,COD_Mn平均去除率为50.0%;进水氨氮平均值为0.65 mg/L,出水氨氮平均值为0.12 mg/L,氨氮平均去除率为81.5%。组合工艺对COD_Mn和氨氮的平均去除率较曝气生物滤池分别提高了26.9%和11.4%,较常规絮凝-沉淀工艺分别提高了20.0%和58.5%,原水经曝气生物滤池-超滤组合工艺处理后,其氨氮、COD_Mn均满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中的相关要求。     

深度处理垃圾渗滤液反渗透浓缩液试验研究

为了确定高级氧化与生化处理组合工艺对垃圾渗滤液反渗透浓缩液的处理效果及优化运行参数,以辽宁省某垃圾填埋场浓缩液为原水,采用混凝/电化学氧化/曝气生物滤池(BAF)组合工艺进行深度处理。组合工艺在每个环节进行因素控制后,选用最优条件的运行方式进行连续流试验,考察了混凝剂种类和投加量、pH值、助凝剂投加量、电流密度、极板间距对COD、UV₂₅₄和氨氮去除效果的影响。结果显示：考虑COD、UV₂₅₄以及氨氮的去除效果,聚合硫酸铁去除效果优于聚合氯化铝和三氯化铁,增加电流密度有助于强化有机物污染的去除效率。得到总体运行优化参数为：在聚合硫酸铁投加量为2 200 mg·L^-1,电流密度为10 A,极板间距为3 cm,BAF的水力停留时间为12 h。优化条件运行时,COD平均去除率为90%,UV₂₅₄平均去除率为91%,氨氮的平均去除率为98%。     

减压反应蒸馏去除热镀锌FeCl2污泥中的Cl-

由于Cl^-对植物的生长具有很高的“氯毒害”,而热镀锌FeCl₂污泥中Cl^-的含量极高,因此不能直接作为一般废物最终处置。采用减压反应蒸馏去除FeCl₂污泥中的Cl^-,由于FeCl₂水解生成的HCl被减压蒸馏带出、Fe（OH）₂在空气曝气作用下氧化成Fe（OH）₃,经过滤干燥后形成水合氧化铁（Fe₂O₃·nH₂O）。实验中首先在自制的减压反应蒸馏装置中进行3因素4水平正交实验研究,随后做单因素优化实验研究。减压反应蒸馏去除FeCl₂溶液中Cl^-的优选工艺条件：FeCl₂浓度为1.50 mol/L、加热温度为75 ℃、反应蒸馏时间为120 min,系统真空度控制在0.06 MPa,Cl^-的去除率达85.5%。将优选的工艺条件应用于热镀锌FeCl₂污泥中Cl^-的去除,其去除率可达84.0%。     

粉煤灰源C-S-H吸附U(Ⅵ)性能及机理

以粉煤灰铝回收过程的脱硅液为原料,通过控制钙硅摩尔比的常规沉淀法制备得到大比表面积介孔C-S-H（401 m²·g^-1）,系统研究了初始浓度、投加量、pH和离子强度对C-S-H吸附U（Ⅵ）过程的影响,以及吸附的热动力学特征,并评价了C-S-H去除实际含铀废水中毒性金属的性能。结果表明,通过控制合成条件实现了低品质硅钙渣向高附加值吸附材料的转变。0.75 g·L^-1 C-S-H在pH 2仍具有较高的平衡吸附容量（q_e=67.9 mg·g^-1）,在富含CO₃^2-的碱性溶液中UO₂（H₂O）₅²⁺转变为UO₂（CO₃）₃^4-不利于带负电的C-S-H表面吸附U（Ⅵ）。当C-S-H投加量升高至2～5 g·L^-1,材料对U（Ⅵ）的吸附去除效率即能维持在相对较高水平（C[U（Ⅵ）]_initial=500 mg·L^-1,去除率88.3%～93.5%）,吸附可在数小时内达到平衡,符合拟二级动力学模型和两阶段Weber-Morris方程模型,吸附等温线符合Langmuir模型,吸附机理主要为离子交换（84.6%）和表面络合。材料对含铀废水中的U、Zn、Hg、Mn和Cd均表现出良好的吸附去除性能,因而C-S-H可成为在废水毒性金属去除方面极具应用前景的材料。     

常温下接种回流污泥实现BAF一体化自养脱氮工艺

为实现高氨氮废水的高效低耗稳定去除,在常温条件下,对曝气生物滤池（BAF）中实现与稳定短程硝化-厌氧氨氧化自养脱氮工艺进行了研究。研究结果表明：常温条件下,BAF接种二沉池回流污泥,采用闷曝-连续运行结合的接种挂膜方式,可成功实现短程硝化-厌氧氨氧化一体化自养脱氮。闷曝阶段使种泥活性恢复,而连续流运行过程中游离氨（FA）浓度高,可抑制亚硝酸盐氧化菌（NOB）,实现BAF中亚硝酸盐累积;通过调整BAF回流方式,降低回流液中NO₂^--N,防止NOB生长,并通过厌氧氨氧化（Anammox）滤池出水回流方式,接种微量Anammox菌,运行80 d可实现短程硝化-厌氧氨氧化,140 d后系统运行稳定,总氮（TN）去除率达76.62%。生物滤池有利于短程硝化-厌氧氨氧化工艺的实现与稳定,生物膜中不同厚度存在好氧缺氧环境,利于氨氧化菌（AOB）和Anammox菌共存;滤料的过滤作用有效地防止了Anammox菌流失,使其在系统中不断累积生长。不仅如此,AOB和Anammox菌均为自养菌且生长缓慢,避免了生物滤池的频繁反冲洗,简化了生物滤池的运行。气水比是BAF中一体化运行的关键参数,本研究中最佳的气水比为12：1,氨氮去除负荷达到0.91 kg N·m^-3·d^-1,氨氮和TN去除率分别可达96.86%和85.47%。     

内聚甲醇固定化硫酸盐还原菌小球去除硫酸盐和铬

Cr~(6+)和SO_4~(2-)对生态环境构成严重威胁,制备内聚甲醇为营养源的固定化硫酸盐还原菌小球处理初始Cr~(6+)浓度为100 mg·L-1和初始SO_4~(2-)浓度为200 mg·L-1的废水,探讨内聚甲醇固定化硫酸盐还原菌小球处理含Cr~(6+)和SO_4~(2-)的效果。结果表明,内聚甲醇为营养源的固定化硫酸盐还原菌小球对废水中Cr~(6+)和SO_4~(2-)具有较好的去除效果,对Cr~(6+)和SO_4~(2-)的最大去除量分别达到301.20μg·g-1和1 284.89μg·g-1。SEM分析表明,硫酸盐还原和吸附在其中发挥了重要作用,Cr~(6+)和SO_4~(2-)去除率最高达99.40%和97.49%。内聚甲醇的固定化硫酸盐还原菌小球是一种良好的处理含Cr~(6+)和SO_4~(2-)废水的新型生物吸附剂。     

石英砂滤料表面干法改性制备疏水性除油滤料

采用钛酸酯偶联剂DN101对石英砂滤料进行表面干法改性,增强滤料的亲油疏水性。通过单因素实验研究改性时间、DN101浓度以及改性温度对改性效果的影响,并以亲油亲水比LHR作为评判改性效果的标准。结果表明,反应时间为70 min、DN101用量为1.2%、反应温度为60℃时,DN101干法改性石英砂效果最好,LHR值由未改性时的1.25提高到最大值11.1;改性石英砂对15.61 mg·L^-1含油废水的吸附容量由未改性时的0.17 mg·g^-1增大到0.25 mg·g^-1;对17.3 mg·L^-1含油废水的过滤去除率由未改性时的72.6%提高到97.8%。扫描电镜、电子能谱和红外光谱分析结果表明,DN101以化学键的方式与石英砂表面官能团结合,对石英砂形成了均匀稳定的包覆层。     

Al2O3/ACF复合电极材料的制备及性能表征

以H₃PO₄预处理后的活性炭纤维(ACF)毡为原料,采用浸渍煅烧法制备Al₂O₃/ACF复合电极材料;通过扫描电镜(SEM)、比表面积及孔径分析仪(BET)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)对负载Al₂O₃前后活性炭纤维的微观结构与电化学性能进行表征,利用自制的电吸附装置对NaCl模拟废水进行电吸附性能测试。结果表明,采用浸渍煅烧法成功制备了Al₂O₃/ACF复合电极材料,Al₂O₃/ACF复合体表面及孔道中有絮状或颗粒状的Al₂O₃存在,比表面积从1244.37 m²·g^-1降为974.59 m²·g^-1;同时,Al元素含量为1.06%,Al₂O₃以无晶相无定形态存在于纤维表面;Al₂O₃/ACF表面形成一些Al O键的官能团,其比电容比ACF提高76.5%。负载Al₂O₃后的ACF电极材料电吸附性能增强,除盐效率较ACF原样电极提升了2.3倍,且电极具有可再生性。Al₂O₃/ACF复合材料可以作为电极材料用于去除废水中的无机盐离子。     

高导电三明治状MnO2/CNTs/MnO2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO₂具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO₂仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO₂/CNTs/MnO₂复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO₂提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO₂生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO₂发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO₂之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能：在0.1 A·g^-1的电流密度下,能够获得428.8 F·g^-1的可逆比电容,并在5 A·g^-1的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g^-1循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

Self-assembled MoS2/C nanoflowers with expanded interlayer spacing as a high-performance anode for sodium ion batteries

Two-dimensional (2D) MoS₂ nanomaterials have been extensively studied due to their special structure and high theoretical capacity, but it is still a huge challenge to improve its cycle stability and achieve superior fast charge and discharge performance. Herein, a facile one-step hydrothermal method is proposed to synthetize an ordered and self-assembled MoS₂ nanoflower (MoS₂/C NF) with expanded interlayer spacing via embedding a carbon layer into the interlayer. The carbon layer in the MoS₂ interlayer can speed the transfer of electrons, while the nanoflower structure promotes the ions transport and improves the structural stability during the charging/discharging process. Therefore, MoS₂/C NF electrode exhibits exceptional rate performance (318.2 and 302.3 mA·h·g^-1 at 5.0 and 10.0 A·g^-1, respectively) and extraordinary cycle durability (98.8% retention after 300 cycles at a current density of 1.0 A·g^-1). This work provides a simple and feasible method for constructing high-performance anode composites for sodium ion batteries with excellent cycle durability and fast charge/discharge ability.     

Protein-derived nitrogen and sulfur co-doped carbon for efficient adsorptive removal of heavy metals

A nitrogen and sulfur co-doped carbon has been synthesized employing egg white as a sustainable protein-rich precursor. According to CHNS elemental analysis, N, S and O heteroatoms accounted for mass fractions of 3.66%, 2.28% and 19.29% respectively, and the types of surface functionalities were further characterized by FT-IR and XPS measurements. Although the carbon possessed a smaller surface area (815 m²·g^-1) compared to a commercial activated carbon (1100 m²·g^-1), its adsorption capacity towards Co²⁺ reached 320.3 mg·g^-1, which was over 8 times higher compared to the limited 34.0 mg·g^-1 over the activate carbon. Furthermore, the carbon was found to be an efficient adsorbent towards a series of metal ions including VO²⁺, Cr³⁺, Ni²⁺, Cu²⁺ and Cd²⁺. Combined with its environmental merits, the protein derived carbon may be a promising candidate for heavy metal pollution control.     

活化过硫酸盐修复苯胺污染地下水及其环境风险

采用砂柱实验对模拟苯胺（AN）污染地下水进行连续处理,研究了碱（NaOH）活化、铁（Fe²⁺）活化和过氧化氢（H₂O₂）活化三种过硫酸盐（PS）活化方式对AN的去除效果及环境风险。结果表明,H₂O₂活化PS处理对AN去除效果最好,4天内AN累计去除率达到了60%。当H₂O₂浓度递减注射时,4天内AN累计去除率达到了83%,克服了恒定浓度注射时的氧化剂浪费问题。各处理的总有机碳（TOC）矿化率远小于AN去除率,表明大量AN不完全降解。GC/MS分析表明,降解产物主要有对苯醌、偶氮苯和直链烷烃。碱活化显著提升了体系pH,其他反应体系均为中性,反应后pH均下降。H₂O₂活化PS处理的氧化还原电位稳定保持较高水平。处理后的水质急性毒性均高于处理前,主要源于过硫酸钠分解后残留的硫酸盐,使修复后地下水饱和带形成高盐区。因此,采用活化PS原位注射修复时,需对二次污染风险进行严格地评估和防控。     

Lithium Storage Performance of Hollow and Core/Shell TiO2 Microspheres Containing Carbon☆

TiO2 microspheres containing carbon have been synthesized viaa one-pot hydrothermal process using CTAB as the mesoporous template and nanoparticle stabilizer and Ti(SO4)2 and sucrose as titanium and ca...     

石墨烯/δ-MnO2复合材料的制备及其超级电容器性能

采用螯合法制备了RGO/δ-MnO₂复合材料,并用X射线粉末衍射（XRD）、低压氮气吸附脱附（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱（EDS）、热重（TGA）对其结构和物相进行表征。采用循环伏安测试（CV）、恒电流充放电（GCD）以及循环测试对所制材料电化学储能进行测试。结果表明RGO/δ-MnO₂复合材料比纯石墨烯和纯δ-MnO₂具有更优异的电化学性能。当电流密度为1 A·g^-1时,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容可达322.6 F·g^-1,比纯δ-MnO₂电极材料高234.2 F·g^-1,比纯石墨烯高212.1 F·g^-1。当电流密度放大10倍后,RGO/δ-MnO₂复合材料的比电容保留率为79.1%。在1000次恒流充放电测试后,比电容为252 F·g^-1（99.6%）,说明该方法制备的RGO/δ-MnO₂复合材料是一种有应用前景的超级电容器电极材料。