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0.17mg·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。     

水处理滤料表面润湿性及表面自由能与其亲油亲水性关系的研究

本实验首先利用钛酸酯DN-101和铝酸酯DL-411对石英砂滤料进行改性,然后选择未改性石英砂、DN-101改性石英砂和DL-411改性石英砂滤料作为研究对象来研究其润湿性和表面自由能同亲油亲水性之间的关系;同时以正己烷和去离子水作为探针液。用毛细重力法对水相去离子水及油相环己烷进行润湿,来探究各种滤料的亲油亲水性。结果表明未改性石英砂亲油亲水比(LHR)仅为0.823,亲油性较差,DN-101改性石英砂亲油亲水比(LHR)高达46.58,具有较强的亲油性,而DL-411改性石英砂亲油亲水比(LHR)为4.95,表现出一定的亲油性。并且通过XPS图谱分析了各滤料表面化学成分,结果表明DN-101改性石英砂表面自由能较弱,对油相有较好的润湿,表现出较好的亲油性,而未改性石英砂表面自由能较强,亲油性较差。DL-411改性石英砂趋于两者之间。     

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。     

改性滤料对油田污水除油效果的影响研究

对核桃壳滤料表面进行活性改性,并将其用于含聚含油污水的处理。结果表明,当滤料填充高度为350 mm时,较未改性滤料,其除油率可提高25%~28%,反冲洗除油效果提高91%;当滤料填充高度提高到1 450 mm时,较未改性滤料,其除油率可提高34%。在过滤-反冲洗3个循环中,改性滤料较未改性滤料的反洗除油效果由44.8%提高到66.9%。改性滤料截留油污后容易被反冲洗除去而再生。相比于未改性滤料,过滤处理相同量的含油污水其寿命延长2倍以上。     

月桂酸改性生物质材料处理乳化油的机理

油污染对环境、生物和经济产生了不利的影响。目前,诸多研究均希望得到一种有效、简单且价廉的除油方法。为了提高对含乳化油废水的处理效果,以玉米芯和花生壳为原料,采用月桂酸对其进行改性,并且利用扫描电镜、比表面积测试和红外光谱等测试手段研究生物质材料的改性和处理含乳化油废水的机理。研究发现,月桂酸改性是利用月桂酸上含有的羧基和生物质材料的纤维素、半纤维素和木质素上含有的羟基发生的酯化反应,形成的酯基链接月桂酸本身的烷基链,增强了亲油疏水性,同时也有造孔的作用即进一步增大微孔和提高孔隙率,由于改性材料是通过亲油性烷基链和微孔吸附油粒子,因此这两者的共同作用提高了材料的吸油能力。利用石油醚萃取水中油分,采用紫外分光光度法测定水中的油浓度。这种方法能够更加直接地看出含乳化油废水的处理程度,也更加贴近实际工程概况。研究表明,原始玉米芯和花生壳对含乳化油废水的油吸附容量分别是6.86 mg·g^-1和5.21 mg·g^-1,经月桂酸改性后,其吸附容量有了较大提高,分别达到了10.79 mg·g^-1和7.44 mg·g^-1。因此,当处理含乳化油废水时,利用月桂酸改性玉米芯和花生壳不仅能高效率除油,而且基于以废治废,是一项相当环保的措施     

ABS树脂废水胶乳浓度对破乳的影响

以ABS树脂接枝聚合工段废水为研究对象,聚合氯化铝（PAC）为破乳剂,考察了胶乳浓度对破乳效果的影响。结果表明,不同胶乳浓度下均存在优化的药剂投加量区间,投加量过小或过大均会造成破乳效果不佳。随着胶乳COD浓度由13012 mg·L^-1下降至192 mg·L^-1,单位胶乳COD的优化药剂投加量由6.1~10.8 mg·g^-1增加至7.7~13.8 mg·g^-1,区间向右移动,最佳COD去除率由99.30%下降至91.24%。稀释前后最优单位胶乳COD的药剂投加量提高了40%左右。PAC对ABS树脂废水胶乳的破乳机理以吸附-电性中和为主,随着PAC投加量的增加,胶粒Zeta电位逐渐升高,Zeta电位在-23~13 mV范围内,胶乳可有效破乳。     

水稻秸秆蒸汽爆破-酯化改性制备吸油材料

以水稻秸秆为原料进行蒸汽爆破-酯化改性制备溢油吸附材料。未改性水稻秸秆有一定的吸油能力,其饱和吸油倍率、吸水倍率分别为5.66 g·g^-1,7.59 g·g^-1。通过对水稻秸秆进行蒸汽爆破-酯化改性后,发现其亲油疏水性能得到显著改善。对酯化反应的影响因素进行系统考察,得到优化的改性条件为反应温度为80℃,催化剂对甲基苯磺酸酐浓度为0.75%,反应时间为6 h。改性后水稻秸秆吸油倍率为8.54 g·g^-1,吸水倍率为0.10 g·g^-1。对蒸汽爆破-酯化改性前后水稻秸秆材料进行BET、XRD以及FT-IR表征,发现爆破处理后材料的孔径增大;非结晶态以及乙酰基特征峰的出现说明水稻秸秆发生酯化改性反应。     

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、COD_Mn、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。     

毛细上升法研究水处理滤料的表面热力学特性

基于Washburn方程用亲油亲水比(LHR)比较了0.9～1.2 mm无烟煤、锰砂和石英砂滤料的润湿性; 同时以正己烷、1-溴萘、甲酰胺和去离子水为探针液, 用Washburn方程和van Oss-Chaudhurry-Good(vCG)理论对滤料表面自由能成分进行了估算。实验测得无烟煤、锰砂和石英砂的LHR值依次为1.93、0.75和0.69, 说明无烟煤的亲油性较好而锰砂和石英砂表现出了亲水性; 估得无烟煤、锰砂和石英砂滤料的表面自由能非极性成分和极性成分依次为38.8、38.0、37.7 mJ·m-2和0.73、6.8、8.7 mJ·m-2,初步说明水处理滤料的表面润湿性与其表面自由能极性成分γABs之间有一定的相关性; 而后者归因于滤料的表面化学组成。     

苯酚对污水生物脱氮系统亚硝积累及污泥性能的影响

采用SBR缺氧/好氧反应工艺,研究了不同苯酚浓度对脱氮过程中亚硝积累与污泥性能的影响。结果表明,苯酚浓度在0~90 mg·L^-1变化时系统出现2次明显亚硝酸盐积累,最终稳定维持在70%±5%,低浓度(0~30 mg·L^-1)系统亚硝酸盐积累恢复是微生物改变自身结构及分泌胞外聚合物导致;高浓度(60~90 mg·L^-1)苯酚条件下亚硝积累是由于苯酚对AOB(ammonia-oxidizing bacteria,氨氮氧化细菌)和NOB(nitrite-oxidizing bacteria,亚硝酸氧化细菌)抑制作用引起的微生物种群改变形成。氨氮氧化速率和氮氧化物生成速率由10.85 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1和10.12 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1降低至2.79 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1和2.32 mg N·(g MLSS)^-1·h^-1,亚硝酸盐积累率和氮氧化物生成速率呈现负相关性,与苯酚浓度呈正相关;荧光原位杂交表明苯酚的抑制使得硝化菌群结构发生了变化,AOB 相对数量由2.80%增加为9.30%。苯酚的可降解性使得系统污泥浓度由2500 mg·L^-1左右上升至5870 mg·L^-1。当EPS(extracellular polymeric substances,胞外聚合物)总量由67.20 mg·(g VSS)^-1减少至32.10 mg·(g VSS)^-1时,SVI从165 ml·g^-1降到50 ml·g^-1。亚硝酸盐积累、丝状菌和胞外聚合物是引起活性污泥系统SVI变化的原因,其中NAR影响最大,丝状菌次之。     

处理油库污水的改性PVDF超滤膜结构与性能

在PVDF/PVP体系中添加Al₂O₃和TiO₂两种无机纳米颗粒,利用沉浸凝胶相转化法制得纳米颗粒总量不同和比例不同的改性PVDF平板超滤膜。探讨了纳米颗粒比例和总量对膜性能的影响。利用SEM、XRD对改性膜的结构进行了表征。并利用该改性膜处理典型沿海油库含油污水。结果显示:两种无机纳米颗粒的加入,明显增强了纳米改性膜的亲水性,使膜的抗污染性能得到提高;膜的韧性和强度得到改进;膜表面及膜孔的微观结构、改性膜的结晶度没有受到无机纳米颗粒的明显影响。最佳的纳米颗粒总含量为3%,两种纳米颗粒最佳质量比例为1:2。采用改性膜处理油库含油污水,稳定时出水中悬浮物含量低于0.4 mg·L^-1;石油烃类含量低于0.5 mg·L^-1;COD值在60～70 mg·L^-1之间,达到了国家污水排放标准。     

硫酸改性核桃壳处理含Cr(Ⅵ)模拟废水研究

在100 mL 8 mol·L^-1硫酸溶液中,核桃壳加入量为9 g,核桃壳颗粒度为100目,反应时间为3 h,反应温度为25 ℃的条件下制备得到硫酸改性核桃壳。硫酸改性核桃壳对Cr（Ⅵ）具有优异的吸附性能。详细探讨了硫酸改性核桃壳处理含Cr（Ⅵ）模拟废水的影响因素：废水pH值、Cr（Ⅵ）离子浓度、硫酸改性核桃壳用量、处理时间和处理温度等对Cr（Ⅵ）去除率的影响,并进一步通过正交试验及对比试验得出处理150 mL 200 mg·L^-1的含Cr（Ⅵ）模拟废水的最适宜处理工艺为：pH值为1,硫酸改性核桃壳用量为1.4 g,处理时间为2 h,处理温度为25 ℃,在此条件下,对Cr（Ⅵ）的去除率达到95.86%,Cr（Ⅵ）吸附量为20.54 mg·g^-1。     

纳米腐殖酸动态吸附废水中镉离子及其洗脱特性

在静态法研究纳米腐殖酸吸附模拟含镉废水基础上搭建考察模拟含镉废水中镉离子在吸附剂上动态吸附及洗脱特性的吸附柱实验装置,考察镉离子溶液浓度、吸附(脱附)温度、共存离子和进料流速对穿透吸附量和饱和吸附量的影响,运用Thomas模型研究了纳米腐殖酸柱吸附过程动力学机理,测定了再生后纳米腐殖酸的穿透吸附量和饱和吸附量,结果表明:初始镉离子浓度150 mg·L^-1和流速10 ml·min^-1下,其饱和吸附量分别为426.3 mg·g^-1和405.5 mg·g^-1;Thomas模型所得饱和吸附量q_em分别为364.1、436.1和441.9 mg·g^-1;洗脱峰镉离子浓度分别为3.3、12.0和22.0 g·L^-1;共存离子SO₄^2-浓度增加,纳米腐殖酸对镉离子的穿透吸附量和饱和吸附量降低;吸附和脱附均可常温工况进行。经30次吸附和再生后,穿透吸附量和饱和吸附量无明显降低。用红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDS)对纳米腐殖酸吸附再生前、后性能进行表征,结果表明:纳米腐殖酸物化性能稳定,形貌基本无变化,尺度发生一定程度减小,表面及内部的氨基、羟基等对吸附镉离子均发挥有效作用,该材料可满足重复使用。     

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。     

废弃物水稻秸秆制备催化剂强化臭氧深度处理造纸废水的效能

以农业废弃物水稻秸秆为原料制备了秸秆基活性炭负载金属Fe氧化物的臭氧催化剂,主要特征为负载Fe₃O₄,负载量14.25%,比表面积1175.1 m²·g^-1,研究其强化臭氧深度处理造纸废水的效能。结果表明,制备的秸秆基活性炭和催化剂均对造纸废水污染物具有较高的吸附性能,吸附等温线与Langmuir模型拟合相关性良好（R²>0.99）;催化剂的使用显著强化了臭氧氧化污染物的性能,最佳的运行参数是臭氧和催化剂投加量分别为0.3g·h^-1和1 g·L^-1及原水pH,处理后出水COD、BOD₅、氨氮和色度分别为46、17、5 mg·L^-1和18倍,均低于我国造纸废水污染物排放标准（GB 3544-2008）;重复20次的运行,催化剂具有良好的稳定性,金属离子溶出浓度极少,并通过自由基捕获剂和ESR测试探讨该催化臭氧氧化过程属自由基间接氧化为主导的反应机理。本研究制备的臭氧催化剂具有性能高效稳定和经济节约的特点,适用于造纸废水深度处理的工程化应用。     

In-depth investigation on the factors affecting the performance of high oil-absorption resin by response surface method

A series of high oil-absorption resins with low cross-linking degree were synthesized by suspension polymerization using stearyl methacrylate(SMA), 2-Ethylhexyl methacrylate(EHMA), and styrene(St) as monomers.Response surface methodology(RSM) with central composite design(CCD) was also applied to determine the optimal parameters that are mainly known to affect their synthesis. Thus, the effects of the monomer mass ratio(EHMA:SMA), the rigid monomer(St) dosage, the porous agent(acetone) dosage, and their pairwise interaction on the resin's oil-absorption capacity were analyzed, highlighting PSES-R_2 as the resin with the optimum performance. The pure oil-absorption rates of PSES-R2 for gasoline, diesel, and kerosene were 11.19 g·g~(-1),16.25 g·g~(-1), and 14.84 g·g~(-1), respectively, while the oil removal rates from oily wastewater were 98.82%,65.11%, and 99.63%, respectively.     

聚丙烯酸钠包覆Fe3O4磁性交联聚合物的制备及其对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能

采用溶液分散聚合和Ca²⁺表面交联制备了聚丙烯酸钠包覆Fe₃O₄的磁性交联聚合物（CPAANa@Fe₃O₄）,对其进行了XRD、FT-IR、SEM和TGA等表征。以CPAANa@Fe₃O₄为吸附剂研究了CPAANa@Fe₃O₄对水溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的静态吸附,考察了溶液pH、吸附剂投加量、金属离子初始浓度对吸附的影响。结果表明：CPAANa@Fe₃O₄在pH 2～6范围内均具有较好的吸附性能,当吸附剂投加量分别为1.0 g·L^-1和1.6 g·L^-1时对初始浓度分别为200 mg·L^-1的Pb²⁺和100 mg·L^-1的Cd²⁺的去除率达到最大,可使Pb²⁺实现达标排放（GB 8978-1996）;CPAANa@Fe₃O₄对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附动力学符合准二级模型,吸附等温线符合Langmuir模型,对Pb²⁺和Cd²⁺的最大吸附量分别为454.55 mg·g^-1和275.48 mg·g^-1。将CPAANa@Fe₃O₄用于处理实际电解矿浆废水,发现能有效吸附其中的Pb²⁺和Cd²⁺,具有潜在实用价值。