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专题会场四:污水资源再生利用技术研讨会暨水处理与回用专业委员会成立大会
发表时间: 2016-11-06 14:46:59 作者:本站编辑 来源: 本站原创

1 报告题目:当前印染废水治理之关键问题

报告人:薛罡

单位:东华大学

主要内容:

我国纺织工业废水排放量及 COD 排放量在全国分别排第 3 位和第 4 位,占比分别为 14%和 11%。我国纺织工业生产链印染环节占废水及污染排放量的 80%以上。印染环节使用难降解的化学染料、助剂等,造成对印染废水处理难度的增加,目前,随着排放标准的升级,企业回用率的不断提升,增加了废水治理投资成本,与印染行业存在“低利润率”的特征相矛盾。

目前纺织印染废水治理存在的问题主要有纺织印染废水排放提标和纺织印染企业废水处理回用率的提升。针对纺织印染废水排放提标,处理难点在于偶氮燃料中存在的苯胺、涤纶生产催化剂中存在的锑、毛染整固色剂中存在的六价铬,多种物质共存使得去除污染物成为较为复杂的工程问题。针对存在的问题,提出了基于零价铁的催化类芬顿氧化反应,残余微量苯胺、六价铬、锑拟通过曝气生物滤池生物富集、吸附去除。同时应用于中海油高浓度海上采油废水处理示范工程、中海油高浓度海上采油废水处理示范工程、浙江巨化集团高浓度有机氯氟化工废水处理生产示范等工程中,提高了去除率,降低了去除成本。

纺织印染企业废水处理回用率的提升,受限于行业低利润率的限制,进一步提高回用率需突破深度处理回用成本偏高的障碍,提出“分质回用”是降低成本、提高回用率的重要途径。针对漂洗、深染色、印花、染色等工艺应做好充分调研,做好“水平衡”。通过分析染整生产工艺,得出蒸发脱盐为实现“零排放”的关键环节。

纺织印染工业园废水治理存在的问题主要有集中处理厂生化除碳问题、集中处理厂生化脱氮问题和集中处理厂深度处理除碳脱氮问题。问题一提出生物簇生技术的解决方案。并应用于无锡某印染废水集中处理厂(40000 m3/d)中试研究,在中试装置及工程设施生化出水达到 COD≤60.0mg/L 的基本相当的水平下,中试装置与工程设施相比:后续聚铁絮凝剂投量降低 28.5%,污泥产量降低 34.0%。针对问题二提出了补充优质碳源和生物促生提高硝化反硝化菌数量、活性。针对问题三提出使用零价铁催化类芬顿深度处理方法进行除碳脱氮,并应用于萧山临江污水处理厂(30m3/d),去除率高达 70%左右,处理成本为 1.0~1.2 元/m3。

提出印染污泥治理的系统观:取之于废水处理,用之于废水处理,实现内循环污泥减量及资源化。从 “系统工程”角度,实现“废水处理、污泥减量、资源化”的一并解决之目标,符合我国印染行业现实情况的方法。未来将朝着“资源循环、能源自给”型纺织印染工业园废水处理的方向发展。


2 报告题目:微生物胞外聚合物(EPS)在废水生物处理过程中的作用机制探讨

报告人:盛国平

单位:中国科学技术大学

主要内容:

调控微生物表面特性及性能方面起着重要作用的微生物胞外多聚物(EPS)。是微生物表面包含的一层高分子物质。

EPS 是从微生物中经过 EPS 提取,经高速离心分离及纯化冻干后得到。成分主要有蛋白、多糖和腐殖质。由于 EPS 的絮凝性,使 EPS 在微生物聚集中起重要作用。

研究 EPS 与污染物的相互作用,经过三维荧光淬灭滴定得出 EPS 对铜离子有很强的络合能力。使用等温滴定微量热的方法研究 EPS 与 Cu 相互作用的热力学特性,得出 EPS 构型改变引起熵增、 EPS 与金属离子的静电作用引起放热以及 EPS 构型熵增是结合的主要驱动力。

以 AgNPs 形成为例研究 EPS 的氧化还原性,通过 UV-Vis、TEM-EDS 和 XPS等多种表征手段,证明了微生物 EPS 可以将 Ag+还原形成 AgNPs。同时研究各因子的影响作用,研究光照对 EPS 还原 Ag+的促进作用,得出紫外光和可见光都能加速 EPS 还原 Ag+形成 AgNPs,紫外光催化加速 EPS 还原 Ag+的效率比可见光高;研究 pH 和溶解氧对 EPS 还原 Ag+的影响得出弱碱性条件下,随着 pH的升高,EPS 还原 Ag+会加快,水中的溶解氧会氧化生成的 AgNPs 重新释放出Ag+,减弱 EPS 对 Ag+的还原;研究光照加速 EPS 还原 Ag+的机理,得出可见光照射下,生成的 AgNPs 由于 SPR 效应,会自催化加速 EPS 还原 Ag+,紫外光照下,EPS 可能被激发生成一些强还原性的中间体加速 Ag+还原,EPS 不仅可以吸附重金属离子,也可以还原某些重金属离子并影响其在水体中的迁移转化;

研究 EPS 与磺胺的相互作用,通过三维荧光淬灭滴定及平衡因子解析,得出ΔG 为负时,能量上有利,可以形成稳定复合物,Δ S 为正时典型的疏水作用力,Δ H 为负时水分子间氢键的形成,熵变项绝对值较大时驱动力以疏水作用为主。

研究 EPS 对磺胺类抗生素迁移去除的作用机制,得出 EPS 能够有效富集水相中的 SMZ,EPS 主要通过蛋白色氨酸的疏水作用结合 SMZ,EPS 蛋白组分二级结构发生显著变化,肽链伸展引起结构膨胀,分子疏松。

研究 EBPR 运行周期中 EPS 成分和含量变化,得出 EPS 总量在周期过程中呈动态变化趋势,EPS(主要是多糖)在厌氧后半段可能发了水解。EPS 对 EBPR过程中磷的去除具有重要的作用,总结了 EPS 作用之后的 EBPR 代谢模型。

经过分析 EPS 成分与特性,研究 EPS 与污染物(重金属、有机污染物、无机污染物)之间的相互作用,得出 EPS 在污水处理中起重要作用。


3 报告题目:新型尾气增氧人工湿地系统及其功能强化机制研究

报告人:张建(范金林代)

单位:山东大学科学技术研究员

主要内容:

针对目前水资源短缺和水资源污染制约各国的经济和社会发展的全球性问题,水污染综合防治一直被国家政府和环保部门所重视。环保部发布的《2015中国环境状况公报》显示,全国 967 个国控地表水监测断面(点位)中,约 35.3%水质低于Ⅲ类,水环境污染问题依然严峻。

我国城镇污水处理能力 2010-2015 期间增长了 45.6%,达到 1.82 亿吨/天,且大多采用二级/三级生物脱氮工艺。生物脱氮工艺中以高能耗(主要源自曝气)为代价实现污染物的削减和减排,曝气成本可占污水处理工艺运行成本的 30‐60%。

目前污水生物处理存在的三个问题:一出水水质高于环境质量标准、资源能源浪费严重、气态二次污染(臭气,GHG,微生物气溶胶)。

人工湿地具有投资与运行费用低、管理方便、景观美化、水生态存储、温室气体减排等优势,目前,已被广泛于城市污水厂尾水、污染河水等水质深度净化领域,在流域污染治理中具有突出的技术优势和广阔的应用前景。

由于工艺结构的限制,传统人工湿地基质长期处于淹水状态(缺、厌氧环境),溶解氧供应不足导致脱氮效率较差。如何改善人工湿地内部的溶解氧环境,提高湿地的氮去除效果成为研究重点。

本课题拟将尾气收集后用于人工湿地复氧,既可实现废气的二次利用,强化人工湿地对污染物的去除效果;同时,通过湿地基质的作用,去除尾气中的异味和微生物气溶胶,减少温室气体的释放;具有积极的理论和现实意义。

设计新型尾气增氧人工湿地,介绍了新型尾气增氧人工湿地水质净化效果,尾气增氧人工湿地总氮去除率比空白湿地提高了 58.52%,但是空气增氧人工湿地总氮去除率比空白湿地降低了 55.78%。与空气增氧人工湿地相比,尾气增氧系统出水中硝氮浓度明显偏低。因为尾气含氧率(16.6 %)低于空气(21%),同样曝气量条件下系统中厌氧/缺氧微环境更为丰富,有利于反硝化脱氮,提高了系统的总氮去除率。新型尾气增氧人工湿地对尾气中常见臭气气体 NH3 和 H2S 的去除率分别为52.2±2.3% 和 78.1±3.0%。人工湿地曝气,虽可提高氮的去除,但同时也增加了 N2O 释放。与空气增氧相比,尾气增氧人工湿地具有较高的 TN 去除效果和较低的 N2O 释放,具有明显优势。

尾气对人工湿地植物生长的影响,植物移栽之后,株高稳步增长,生长状况良好。曝气人工湿地的植物的生长状况显著好于空白湿地,但是曝空气和曝尾气的湿地植物外观差异不明显。

新型尾气增氧人工湿地微生物作用机制,得出除了氮循环相关菌之外,人工湿地中全菌的数量也遵循顺序:尾气增氧组>空气增氧组>空白组。尾气增氧人工湿地较高的微生物丰度,可能是尾气反应器的细菌引进了人工湿地。具体的群落结构分析正在进行。提高多样性和丰度。


4 报告题目:京郊养猪废水磷回收潜力分析与技术研究

报告人:张涛

单位:中国农业大学 资源与环境学院

主要内容:

2010 年我国水体污染物磷排放量来源畜禽养殖业占 57%,而畜禽养殖中磷利用率较低,提出了养殖废水磷回收技术的瓶颈问题为磷估算、磷转化和磷固定。针对存在的问题提出物质流分析法、高级氧化技术和结晶吸附技术的解决方法。提出养猪废水磷回收潜力分析与技术研究内容。

磷回收潜力估算,分析北京市养猪废水磷排放量及其预测,得出 1980~2014年北京市养猪废水磷排放量呈现出波动式增长的趋势,Logistic 模型预测表明2030 年的磷排放量将达 21,481 吨。通过处理条件的变化对磷回收效率的影响以及养猪废水不同处理对水体磷浓度的影响研究中得出,2030 年任由养猪废水排放,水体磷浓度将高达 10.3mg/L,单一的处理技术可以在一定程度上控制磷的排放,结晶法的磷去除率最高可达 90%,水体磷浓度仅能降至 0.87mg/L。耦合技术可以显著提高磷回收效果,磷回收率最高可达 99%,水体磷浓度可降至0.17mg/L。通过治理成本估算,得出对于薄利的养猪行业而言,养猪废水磷回收成本较高,需要政府资助。

养猪废水磷形态转化研究(水热法),得出 HT+H2O2 和 HT+HCl+H2O2处的释磷效果最好,H2O2对磷的增溶有明显的促进作用,HCl 和 H2O2 保证了 PO43-的大量稳定存在,不会被沉淀固定;养猪废水磷形态转化研究(超声法)得出酸性条件下,超声/双氧水联用可以显著提高养猪废水中难溶态磷的释放以及有机磷向无机磷的转化。养猪废水磷固定研究(结晶法),采用鸟粪石结晶固磷工艺优化研究,采用响应面优化法对养猪废水鸟粪石结晶工艺进行了优化设计,以磷回收率作为响应值,以 Mg/P 摩尔比、反应 pH 以及搅拌速率作为条件,根据中心复合设计(centralcomposite design, CCD)原理,利用 Design-experiment 软件进行响应面优化设计。得出 pH 为 10.5,Mg/P 为 1.6,转速为 150rpm 时,磷回收率最高可达 85%;养猪废水磷固定研究(吸附法),进行载羟基氧化铁生物炭吸附磷素研究,吸附饱和后生物炭连续浸提分析得出吸附饱和后的载羟基氧化铁生物炭在碱性环境磷释放效果最好,吸附饱和后生物炭间隙浸提分析得出载羟基氧化铁生物炭的 5次间歇浸提的磷平均释放量为磷最大吸附量的 1.9%,表明用于磷吸附后的载羟基氧化铁生物炭仍可作为一种养分资源回用。

研究表明,通过工程技术的嵌入,实现养分资源的高效循环。


5 报告题目:海南省废水处理和回用现状及展望

报告人:杨飞

单位:海南大学 环境与植物保护学院

主要内容:

海南省部分城市污水处理厂,出水以近海排放为主,另外就近排入河流,仅三亚、万宁、琼中个别中水回用。海南省 21 家典型污水处理厂主要采用的工艺为 A/A/O/、氧化沟、MSBR、曝气生物滤池、BC/O、CASS、高负荷生物滤池。

海南岛污水处理中存在的问题为低 COD 负荷的影响,多种原因造成MLVSS/MLSS 比值严重偏低,处理效率降低,能耗增高,污泥产量大等不利影响;海水入侵造成盐度升高,生物系统无法正常运行;出水回用率过低,大部分直接排海。

2007 年,中国科学院水生生物研究所研发的复合垂直流人工湿地技术在文昌市文教镇成功应用。湿地示范工程占地 1200m2,投资近 38 万元,日处理生活污水 500m3;主要污染物去除率:COD-81.6%、BOD-85.5%、氨氮 65.8%、悬浮物 98.8%、总磷 90.1%。出水水质可达一级排放标准;每吨污水处理费用不到0.1 元,比一般污水处理厂低 6 倍以上。澄迈达拉村人工湿地系统(250 m3/d,运行 5 年(mg/L))处理污水在岛发展和问题。2007-2012 年,海南省已建人工湿地污水处理项目 59 个,日处理生活污水达 29085 吨。主要存在问题为资金投入不足,配套经费缺乏。后期运行管理机制不完善。很多人工湿地建成后,缺少长期运行管理,污水处理效果明显下降,甚至对周边环境造成污染。屯昌县茂昌肉牛和蚯蚓养殖场处理系统存在中水回用的不利因素,中水回用管网建设,地形不利,能耗考虑,输送地考虑;地表水标准和排放标准之争;用于土地灌溉时的盐分累积问题;潜在的水传播病原体问题;水中微污染物/新兴污染物的潜在危害。而中水回用在海南的优点,补充地下水,有利于岛屿地下淡水层免受海水入侵的影响,保持岛屿淡水资源的长治久安;因雨水多,径流短,盐碱化负面影响相对得到缓解;维持河道的日常水量,保证生态安全;减少人为近海污染和潜在的生态危害;增强水资源的合理利用和调配。

2015 年,海口东西湖出现翻泥现象,几乎每年都有死鱼现象。海口市中心城区的河湖水系由于流动性差导致水质恶化问题长期为市民所诟病,为此政府于2011 年 6 月正式启动了中心城区水网动力工程,在河口路南渡江附近建造两组提水泵站,一组提取南渡江水送至美舍河,然后在东风桥泵站经中转后送往东湖;另一组提水后送至五公祠,再通过顶管送入红城湖。最后两边的水都通过龙昆沟流向大海。这样可把死水变成活水流动起来,达到改善水环境的目的。

但南渡江在河口路段已近入海口,江水受到海水潮汐的影响会成为咸水,因而送出去的水经常是咸水,对原有水环境和生态环境会造成不可忽视的影响。至今东西湖和红城湖水质仍不够理想,死鱼现象时有发生。因此,我们以东西湖为重点,对水网动力工程带来的水和生态环境变化进行了调查和评价。2011 年 6月水网动力工程运行前后,分析东西湖的主要水质参数变化,氮磷含量依然超标严重,只有 COD 略有改善。湖水仍然属于劣 V 类地表水,未达到预期的改善目标。

以三沙市永兴岛为例分析南海诸岛的情况,得出污水处理系统不够完善;绿化及蔬菜就地供应困难,水是限制因素;2016.10.1 千吨海水淡化工程开始送水,成本近 50 元/m3;废水处理和回用需要加强-学习新加坡模式。淡化废水的成本有显著优势。


6 报告题目:基于水生植物滤床工艺的养殖废水深度处理研究

报告人:刘超翔

单位:中国科学院城市环境研究所

主要内容:

养殖污染物排放成为我国农业面源污染的主要来源,导致湖泊、水库的富营养化,污染土壤和地下水。2010 年《全国第一次污染源普查告》,畜禽养殖业排放的 COD 达到 1268.26 万吨,占全国 COD 排放总量的 41.9%;氮和磷排放量为 102.48 万吨和 16.04 万吨,分别占全国氮和磷排放总量的 21.7%和 37.9%。

规模化养猪场排放的废物(水)主要包括尿、部分粪和圈舍冲洗水。具有固液混杂、氮磷含量高、碳氮磷比例失调等特点,而且排放时间相对集中,冲击负荷强、处理难度大。畜禽养殖污染对土壤环境和农产品质量安全构成威胁。畜禽饲料添加剂中的抗生素、激素、重金属等物质,随着粪肥还田,长期过量累积,威胁食品安全。我国每年生产抗生素约 21 万吨,其中有 10 万吨用于畜禽养殖业。大部分的抗生素进入动物体内很少被机体吸收利用,约 30-90%以原药或其代谢产物通过尿液或粪便的形式排泄进入环境。进入环境中的抗生素易在水体和土壤中迁移和富集,产生各种耐药性细菌和抗性基因,造成环境污染,直接或者间接影响水生生态系统和人类的健康发展。

畜禽养殖污染已严重阻碍了畜禽养殖业的可持续发展,甚至出现某些城市出台“禁养”的极端措施。提出使用 APFB 系统处理畜禽养殖废水,该工艺实现了物理过滤与生物处理相结合;去除氮磷等有机物的同时可产出经济植物,节省基建费和管理费,并且管理简单;实现污水处理与生态景观建设的结合。

研究 APFB 系统去除氮磷控制策略及影响因素、APFB 系统对抗生素去除效果及富集特性以及 APFB 系统中抗生素抗性基因分布特征。考察水力负荷、栽培水位对 APFB 系统处理效果的影响。得出在一定范围内,滤床的水力负荷增加其去除负荷也随之增加,但超过一定水力负荷后,去除负荷开始下降;高水位形成的短流削弱了根系对磷素的截留作用,而且较高水深不利于非溶解性磷沉降至滤床底部;同时,高水位降低了水体与根系微生物的接触机率,致使氮素的去除效果也降低,最佳栽培水位控制在 10 cm 左右。

研究 APFB 系统对抗生素去除效果及富集特性得出,收割频率对抗生素去除效果影响不大;植物根系周围的水溶液与根系内部的抗生素浓度差所形成的动态平衡;不同植物的根系内部组成成分,植物根系的亲脂性,亲脂性的有机物比水溶性的有机物更容易被植物吸收;三种抗生素在植物组织中的分布不同,在根部的累积量均高于茎和叶片;空心菜对不同抗生素吸收量不同,对 CIP 的吸收量远大于 SM2 和 OTC;抗生素浓度大于 50 μg·L-1 后,茎叶中的 OTC 与 SM2 含量远低于根部,浓度过高抗生素不易从根部向上运输至茎叶中,不易通过收割植物的放置将抗生素转移出系统。

研究 APFB 系统中抗生素抗性基因分布特征得出,抗性基因发生转移导致系统内抗性基因所占的比例增高,运行一定时间后抗性基因相对浓度减少是因为包括水生植物滤床系统在内的生物处理技术对抗性基因有一定的去除效果。


7 报告题目:再生水吸入暴露健康风险因子研究

报告人:陆韻

单位:清华大学 环境学院

主要内容:

再生水的城市杂用。再生水已经被较广泛地在城市中使用,其使用过程中造成人体健康风险的主要暴露途径为吸入暴露。

再生水中的内毒素的风险容易被忽视,内毒素来自革兰氏阴性菌的细胞壁,主要成分是脂多糖(LPS)。再生水水中总内毒素含量3~19700EU/mL。

谷物,棉花,养殖场等粉尘急性暴露可引发类似流感症状的有机粉尘毒症(ODTS)。随后的实验证明,这些病症的主要诱因是这些粉尘中含有内毒素。长期内毒素暴露还可引起发烧,头疼,鼻喉炎,胸闷,咳嗽,呼吸短促,呼吸困难,急性气管炎等。可加重哮喘和气管炎等疾病。

内毒素诱导炎症反应的机理。反应受到感染背景和基因背景的影响。假设由于再生水中有较多的细菌及其附属物如内毒素,这些物质进入肺部后会引起炎症反应,为不同于化学污染物和病原微生物的另一种健康风险。确定研究目标,建立暴露模型;确定灵敏的检测终点;确定主要风险因子和急性暴露剂量-效应关系;推算阈值评估风险。

建立吸入暴露模型,实验设定的给药速率与水雾浓度间呈现两阶段的线性关系。选择给药速率控制在第一阶段。使用 2mLPBS 生理缓冲液进行肺灌洗 8 次,肺灌洗液通过离心分为细胞和溶液两部分分别检测。筛选检测终点为七种细胞因子和三种肺分泌蛋白(Muc5AC,SpA, and SpD).其中,只有两种 Th2 型细胞因子有显著性变化;取血白细胞和肺灌洗液白细胞,其中白细胞总数没有显著性变化;肺灌洗液中多形核(PMN)细胞占总白细胞数的比例显著增加。

按照粒径分组分鉴定各组分的炎症诱导能力,微生物和大分子组分可以诱导炎症反应,小分子(<10KD) 不能诱导炎症;11 种不同再生水的炎症诱导能力与水质指标的相关性;标准内毒素、典型革兰氏阴性菌与真实水样的相关性;多粘菌素 B 亲和层析最终证明游离内毒素是主要的炎症诱导因子。

再生水急性暴露健康阈值。利用 BMDS 软件拟合剂量-效应曲线并计算得出阈值为:185EU/kg。文献报道,人急性吸入标准内毒素的效应阈值为 71EU/kg。在吸入暴露中,人比小鼠更敏感。

实际再生水中内毒素水平分布。文献中 75%的再生水内毒素水平有健康风险。证明了风险的普遍性;膜处理工艺能显著控制内毒素,混凝、过滤、吸附等工艺均不能有效去除内毒素。

再生水急性吸入暴露能引起强烈的肺部炎症反应,肺灌洗液中的多型核细胞比例是最灵敏的检测终点。

小分子组分(<10kDa)没有炎症诱导能力,游离内毒素是再生水中主要的吸入暴露风险因子。

已有再生水内毒素水平差异大,整体浓度分布偏高,吸入暴露风险较普遍,需要制定合理的水质标准。


8 报告题目:人工湿地富铁基质的铁异化还原特性

报告人:种云霄

单位:华南农业大学 资源环境学院

主要内容:

异化铁还原对人工湿地污染物去除具有重大意义。一方面可以促进污水三大污染物去除,另一方面可以扩散沉积铁氧化物。提出调控铁的迁移转化强化污染物去除的新型人工湿地技术。

研究红壤中铁氧化物异化还原影响因素和污水有机负荷和 Fe(Ⅱ)溶出速率的关系。采用序批式静置反应系统进行实验研究,其中铁基质为砖红壤: Fe60-70mg/kg;有机物溶液为葡萄糖/乙酸钠/淀粉;反应液为 0.5g/L 磷酸氢二钠、0.5g/L 磷酸二氢钠、1g/L 氯化铵溶液、水稻土接种菌液,共 45mL;促进剂为蒽醌二磺酸钠,质量比为 1/20000 和 1/200000;温度为 20℃、25℃和 30℃。采用连续性反应系统进行实验研究,在研究有机负荷对亚铁溶出的影响时人工废水COD 为 150、500 mg/L;水力负荷:0.3、0.6、0.9m3/ m 2/d;土柱直径为 16cm,高 40cm,填充砖红壤,每隔 10cm 处设置取样口,间隙水和基质取样。

研究有机物电子供体、促进剂浓度、植物碎屑为电子供体、温度对砖红壤异化还原特性的影响,并模拟土柱系统中砖红壤铁含量变化、砖红壤模拟土柱系统间隙水的亚铁浓度变化以及土柱系统砖红壤表面电镜形态观察。得出以下结论。

(1)淀粉 、葡萄糖和乙酸均能使砖红壤铁被大量还原,淀粉作用下亚铁溶出速率最快、溶出量最多,其次是葡萄糖和乙酸。

(2)促进剂蒽醌二磺酸钠大幅地促进淀粉对砖红壤中铁氧化物的还原,促进效果随促进剂投加量增加而增强。

(3)植物碎屑能够能使砖红壤铁被大量还原,添加量越高还原量越大;

(4)温度会影响砖红壤中三价铁的异化还原,30℃条件下反应速率最快,其次是 25℃,20℃的体系亚铁离子产生速率极为缓慢 。

(5)砖红壤基质中的铁溶出速率随有机负荷增加而升高,两者线性正相关

(6)与污水最先接触的基质中铁最先被还原,有机负荷较低时部分还原生成的亚铁不易随污水迁移溶出。

(7)铁还原导致基质铁含量下降且颗粒表面发生变化。


9 报告题目:导电微滤膜制备及其在水处理中的应用

报告人:李秀芬

单位: 江南大学

主要内容:

MBR 反应系统在水处理过程中的优点为出水水质好、容积负荷高、污泥产率低,同时存在膜污染问题、膜材料成本高以及曝气能耗高的缺点。MFC 反应系统优点为可以处理有机无机废水、产生清洁的电能、几乎无二次污染,存在出水不达标、电能较难利用以及装置成本较高等问题。将 MBR 和 MFC 结合用于污水处理,可在改善出水水质的同时输出电能。

为减少装置占地面积,将膜和阴极一体化,制备耦合 MFC-MBR 反应器的膜阴极,兼具导电与过滤功能。长期运行后,这些具备双重功能膜阴极的稳定性和耐用性不足,比如修饰一些导电材料易脱落,其过滤和导电性能难以保持,且存在废水中总氮的去除效果不佳等问题。

本研究提出,在常规铸膜液中加入具有良好导电性的石墨烯纳米片,刮制在不锈钢网和聚酯无纺布上,利用相转化法,制备具有导电性的石墨烯平板微滤膜(Graphene flat membrane,G-FM),其过滤性能与普通 PVDF 微滤膜相似,平均孔径为 0.09μm。将所得导电 G-FM 膜阴极安装于单室空气阴极 MFC 反应器中,兼作微滤膜和阴极,处理模拟生活污水。

研究 G-FM 膜阴极的表面性质,导电 G-FM 膜阴极呈现膜的非对称结构,由于加入石墨烯,其结构发生改变,指状大孔变得更致密;导电 G-FM 膜阴极中氧元素含量达 4.08%,可能来自石墨烯纳米片,氧化还原法制备的石墨烯因氧化还原不彻底可能残留一部分亲水的含氧集团,如羟基、羧基和 C-O 键。导电 G-FM膜阴极的孔隙率和纯水通量均小于市售 PVDF 平板膜。

研究 G-FM 膜阴极的电化学活性,发现明显的氧化还原峰,G-FM 膜阴极与Pt/C 一样,具有导电性,原因是膜活性层中的石墨烯-石墨烯、石墨烯-不锈钢网之间建立了导电通路;导电 G-FM 膜阴极的峰电流密度小于 Pt/C,说明前者导电性比后者弱。Pt/C 阴极的起始电势高于 G-FM 膜阴极起始电势,表明其催化能力更强;Pt/C 阴极的电流密度、电子转移数目明显大于 G-FM 膜阴极,交换电流密度较大、电子转移数目越大,说明催化效率越高。

通过单电极极化曲线和原位循环伏安扫描图分析 MFC-MBR 耦合反应器的电化学性质。得出 G-FM 膜阴极的性能较为稳定。研究 MFC-MBR 耦合反应器对污染物的去除特性,得出 G-FMclosed 反应器的污水处理效果最好,耦合了MFC-MBR 反应过程,提高污水处理效果。恒通量运行 26 个周期,未进行膜的化学清洗,G-FMclosed 反应器的膜污染最轻。

综上得出,在铸膜液中加入石墨烯纳米片并刮制在不锈钢网和聚酯无纺布上,通过相转化法制备得到导电 G-FM 膜阴极,将其应用于 MFC-MBR 耦合反应器中,兼作微滤膜和阴极,处理模拟生活污水,效果如下:

COD、氨氮、和 TN 的去除率分别达 96.6%、95.8%和 94.7%,并同步输出221mV 的电压。

导电 G-FM 膜阴极的亲水性增加,同时氧气还原产生的过氧化氢结合与污泥之间存在的静电斥力,均有助于减轻膜污染。

导电 G-FM 膜阴极的应用可将 MBR 和 MFC 有机结合在一起,结构简单,易操作,占地面积小,可在高效处理污水的同时输出电能。


10 报告题目:沼渣沼液肥料化利用技术示范推广

报告人:李吉进

单位: 北京市农林科学院植物营养与资源研究所

主要内容:

近十年沼气工程建设取得迅猛发展,由于沼渣沼液粘稠、不易分离,大部分沼渣沼液没有进行资源化利用,其随意排放增加了农村面源污染风险。沼渣沼液含有较高的氮磷钾等大量元素外,一般还都含有铁锰铜锌钙等微量元素,另外还含有氨基酸、生长素、赤霉素等多类复杂的生物活性物质。沼渣沼液资源化利用是根本出路。

因此,提出了本研究成果的主要技术内容,研发并建立沼液滴灌工程,制定滴灌施肥的技术规程,研究不同来源沼肥的供肥特性,利用土壤物理化学和生物学指标监测沼肥施用后的土壤环境效应和液滴灌施肥技术培训与示范。实施途径及措施包括技术集成与园区生产相结合、科研院所与生产合作社相结合、试验示范与大面积推广相结合和研究效益、经济效益与生态社会效益相结合的原则。

实施后,取得一定的成果。按照沼液的流动顺序自主设计的主体工程分为沼液过滤池部分,过滤、配比主体控制系统和沼液灌溉施三个部分。过渡池过滤为二级过滤 20 目和 60 目,叠片式过滤三级过滤 120 目,采用高压微泡曝气清洗过滤网(创新)防堵塞,曝气进行除臭并增加水中氧气浓度(创新) ;沼液灌溉施肥,与水配比混合后,通过专用施肥管道输送至每一个大棚温室,根据不同的作物需求,选择滴灌或者管灌方式进行灌溉施肥,通过视频监控系统对作物长势进行动态监测。

沼液滴灌技术实现升级换代,达到外形美观、操作自动化智能化、养分配比精准化、灌溉施肥面积规模化。使用移动式沼液滴灌设备。沼液滴灌肥水自动配比工艺创新:根据作物营养需求,通过自动检测溶液电导率,实现沼液与灌溉水自动配比,提高了养分和水分利用率。

对沼液和水配比的精确性和稳定性进行了检验,试验证实,在经过设定比例为 1:4 进行沼液与水混合后,混合液还原值与原液相比,电导率及养分均差异较小,显示出了本工程配比的精确性;配比还原后的养分与原液相比,养分含量约低 3-10%,这可能是本工程过滤太严格所致;对沼液配比后不同时间段取样养分变化,得出在不同时间点的取样中,养分与电导率均保持了同一水平,显示出本工程过滤和配比具有较高的稳定性。

沼肥的供肥特性研究表明,使用沼肥后 ,蔬菜长势良好;与单施化肥相比,施用渣液后,油菜的硝酸盐含量显著降低;与化肥相比,沼渣与沼液配施可保持较高的 Vc 含量;番茄产量随着施氮量的增加而呈线性不断升高,但当沼肥施用量增加到一定程度时,番茄产量基本不再变化,而呈现平台反应,但收获后土壤氮素残留一直增加;与其他有机肥相比,沼渣的土壤重金属污染风险最小;沼渣相比有机肥和化肥能更为显著的抑制对作物生长不利的植食性线虫,线虫区系分析显示出施用沼渣后的土壤质量最优,其次是有机肥的,而对照和化肥处理的土壤处于胁迫状态。

对于沼液滴灌技术培训,举办了 6 期培训班;项目组与农业技术人员一起深入田间地头指导农户和相关园区。同时加大宣传力度,连续三年获得院“基地建设奖”(三连冠),沼液滴灌技术获得大北农科技奖,农民日报、科技日报、北京电视台、中央电视台对沼液滴灌项目进行了报道。


11 报告题目:多功能超顺磁性纳米材料的制备及应用

报告人:肖玲

单位: 武汉大学资源与环境科学学院

主要内容:

多功能超顺磁性纳米材料是近年来引人关注的新型功能材料,磁共振、多模式成像、磁疗、磁分离、靶向运输和磁开关中都有应用。具有高选择性及吸附容量的超顺磁性吸附材料的制备方法有两步法、原位共沉淀一步法和原位还原一步法;磁性纳米粒子种类有磁性壳聚糖纳米粒子、高分

子-高分子复合磁性纳米粒子、高分子-无机复合磁性纳米粒子和磁性壳聚糖衍生物纳米粒子。一步法制备的磁性壳聚糖具有清晰的核壳结构,粒子的平均粒径约为 7-12nm,在颜色较深的内核外有一层均匀、厚度约为 1-2nm 的外壳。

选择性吸附阴离子染料,吸附剂为 0.15 g L-1;pH 为 4.0;温度为 303K;振荡速度为 200 rpm;橙黄 G 与孔雀石绿质量比 1:1 混合,20mg L-1,选择吸附系数(Cu(II)/Zn(II)):纯壳聚糖为 1.98,印迹吸附剂为 7.18,氧化石墨/壳聚糖磁性复合吸附剂,壳聚糖/氧化石墨质量比为 200:1 时吸附剂吸附效果最好,吸附剂对活性艳红吸附的最佳 pH 值为 2,其饱和吸附量为 715mg/g,达吸附平衡速度快,对活性艳红的吸附在15min 内达平衡;壳聚糖/γ-Fe2O3/MWCNTs 复合吸附剂,聚糖/ γ-Fe2O3/MWCNTs 质量比为 4:1:3,吸附剂对甲基兰吸附的最佳 pH值为 3-6,其饱和吸附量为 31.52mg/g,比不加 MWCNTs 提高 2.2 倍;氧化石墨/壳聚糖染料配体磁性复合吸附剂,吸附剂对亚甲基蓝吸附的最佳 pH 值为 9,其饱和吸附量为 420mg/g,pH=5 时,吸附剂对蛋白质的吸附量最大,饱和吸附量为 700mg/g;HCS/PVA/γ-Fe2O3,对甲基橙的吸附性能要远远优于 WCS/PVA/γ-Fe2O3,在 pH=5 时,HCS/PVA/γ-Fe2O3 复合吸附剂对甲基橙的饱和吸附量为800.6mg/g,对 Cr(Ⅵ)具有很好的去除效果,饱和吸附量为 184.6mg/g,在底物浓度为 10mg/L,吸附剂剂量为 0.2g/L 时,吸附剂对 Cr(Ⅵ)的去除率接近 100%;Fe3O4/CS/PAA,在 pH=10-11 时对镍五乙烯六胺络合物的饱和吸附容量为42.3mg/g,在 pH 为 5 时对镍离子的饱和吸附容量为 136.7mg/g,吸附剂用量为2g/L,镍络合物的初始浓度小于 10mg/L 时,吸附处理后的溶液中残留镍浓度可到 0.05mg/L,小于 0.1mg/L,可以达到国家排放标准;Fe3O4/CS/PEI,吸附剂用量 0.16g/L,pH 为 4 条件下,甲基橙的初始浓度在 100mg/L 以内时,去除率都能达到 96%以上。初始浓度增加到 200mg/L 时,吸附剂的最大吸附容量为 725mg/g。

具有可视化检测性能的超顺磁性材料的制备与应用主要介绍了CS-Fe3O4@ZnS:Mn、CS-Fe3O4@ZnS:Mn/ZnS、CMCH-Fe3O4@ZnS:Mn、磁性壳聚糖/CdSe 复合粒子和 CS-Fe3O4@CdSeS 复合粒子。具有光催化氧化性能的超顺磁性材料的制备与应用介绍了 Cu2O/CS-Fe3O4。


12 报告题目:低浓度有色工业污水深度处理技术

报告人:延卫

单位: 西安交通大学

主要内容:

为响应《水污染防治行动计划》中的相关规定,进行有色工业污水的治理研究,根据《纺织染整工业水污染排放标准》(GB4287-2012)的规定,出水 COD浓度应≤60mg/L。目前我国对于废水处理的方法主要有吸附法、膜过滤、高级氧化等技术,其中,吸附法被认为是一种高效低成本的方法。吸附法中最核心的是吸附剂的选择,目前被广泛使用的树脂、天然矿物、固体废弃物、活性炭、生物质等成本高、平衡时间长、再生困难、再生费用高。研发一种新型的吸附剂加强对有色工业废水的处理。这种新型吸附剂 PPy 环境友好、纳米级、比表面积大、吸附性能好。能够在酸碱溶液中,实现离子的快速可逆的掺杂和脱掺杂。而 PPy 与 TiO2 之间存在较强的作用力,制备 PPy/TiO2,并对其进行表征研究,同时研究各影响因子的作用。研究预处理液 pH 的影响时,结果表明低 pH,有利于 ARG 的吸附,高 pH,有利于 MB 的吸附;吸附 ARG的吸附剂先用 0.1M 的 HCl 处理,吸附 MB 的吸附剂先用 0.1M 的 NaOH 处理;研究吸附用量的影响,结果表明最佳的吸附剂投加量为 2g/L;研究离子强度的影响,结果表明削弱了染料与吸附剂之间的静电作用,与染料分子产生竞争吸附 ,引起高分子吸附剂的收缩,削弱了染料分子之间的静电斥力作用,使染料分子尺寸变小。

吸附平衡实验得出吸附平衡时间短,可在 20 min 左右达到吸附平衡;动力学分析得出膜扩散不是唯一的影响因素,吸附过程涉及有化学吸附;吸附等温模型表明吸附属于单分子层吸附,吸附剂吸附能力存在最大容量。

咯态吸附剂吸附容量大于活性炭,吸附平衡时间短。可重复使用 100 次以上,吸附性能仍保持在 80%以上,适用于发酵废水、化工废水等工业废水的处理。将咯态吸附剂应用到工程实践中,用于吸附处理装置(日处理 500 吨废水),气浮池出水 COD 在 111~146mg/L 之间时,吸附出水稳定在 60mg/L 以下,平均值为46.3mg/L。结果表明,气浮池出水 SS 在 30~70mg/L,吸附出水 SS 稳定在 10mg/L,远低于排放标准 20mg/L。气浮池出水色度在 50~60 倍之间时,吸附出水色度稳定在 10 以下。气浮池出水 TP 在 TP 为 0.05~0.14 mg/L,吸附出水 TP 在

0.024~0.06mg/L,去除效果显著。第三方检测数据表明吸附出水 COD 为35.3~49.5mg/L,远低于标准值 60mg/L,吸附出水 TP 在0.052~0.074mg/L,吸附出水色度在 1~2。

咯态吸附剂吸附性能优异,对芳香化合物、TP、TN、Sb 具有明显的吸附能力;通过适当的再生技术可以使其重复使用 100 次以上且性能无明显减弱;吸附剂的使用成本低廉,吨水处理成本比活性炭低 20~40%;系列吸附剂可以根据需求吸附水中有机物、无机物、重金属离子等。


13 报告题目:功能化石墨烯泡沫吸附材料的制备及其在污水处理中的应用

报告人:杨胜韬

单位: 西南民族大学 化学与环境保护工程学院

主要内容:

污水处理流程主要包括一级处理、二级处理和三级处理,其中三级处理中包括活吸附工艺,而吸附剂的选择是吸附工艺的核心。

氧化石墨烯具有极大的外表面积,氧含量极高,且容易制备。研究表明,铜离子引起氧化石墨烯折叠。氧化石墨烯吸附铜离子和甲烯蓝,但存在一定的缺点,比如分散性过高,难以分离,实际应用中容易过度堆叠导致吸附能力下降,吸附作用力特别强,循环再生困难。石墨烯泡沫自组装形成三维多孔结构;宏观尺寸,易分离;堆叠程度可控,多孔结构较为稳定;还原程度可控,可吸附各类污染物。

氧化石墨烯泡沫吸附剂主要有氧化石墨烯-壳聚糖泡沫(Mater. Res. Express2014, 1, 015601; Nanosci. Nanotechnol. Lett. 2013, 5, 372-376; J. Environ. Chem.Eng. 2013, 1, 1044-1050)、氧化石墨烯-二氧化钛泡沫(J. Nanopart. Res. 2015, 17,16; Nanosci. Nanotechnol. Lett. 2014, 6, 1018-1023)、氧化石墨烯-四氧化三铁泡沫(J. Nanopart. Res. 2015, 17, 16; Nanosci. Nanotechnol. Lett.  2014 , 6, 1018-1023)。

还原石墨烯泡沫吸附剂主要有还原石墨烯泡沫(葡萄糖)(Appl. Surf. Sci.2016, 362, 56-62.)、还原石墨烯泡沫、还原石墨烯泡沫(水合肼)(Sci. Chin.Technol. Sci. (《中国科学 E 技术》英文版 c) 2016, 59, 709-713.)、硫掺杂石墨烯泡沫(J. Hazard. Mater.2015,286, 449-456)、研究主要有还原石墨烯泡沫吸附染料(RSC Adv. 2016, submitted.)、还原石墨烯泡沫吸附油污)(Mater. Res. Express 2016, accepted)。还原石墨烯泡沫吸附油污,结果表明十二烷可以通过挤压、挥发的方式从石墨烯泡沫中除去;十二烷可以通过燃烧除去,石墨烯泡沫导热良好不会被烧毁。

氧化石墨烯泡沫,适合于带正电污染物,掺杂其他纳米颗粒大幅改善性能。还原石墨烯泡沫,适合疏水污染物,掺杂硫可用于吸附重金属。影响其效果的关键因素为含氧量、褶皱、高分子掺杂对力学性能的改善以及实际污水样品等。


14 报告题目:基于烟气蒸发脱硫废水零排放技术

报告人:刘其彬

单位: 盛发环保科技(厦门)有限公司

主要内容:

一、脱硫废水烟气余热零排放工艺-WHUS 系统

公司自主研发的基于烟气蒸发的脱硫废水零排放系统——WHUS 系统,主要由预处理单元(双碱法预处理系统)、减量单元(双膜法淡化减量系统)和固化单元(高效节能废水蒸发结晶器)三部分组成。

二、双碱法预处理系统

通过向反应箱中投加石灰乳、碳酸钠和液碱等药剂去除水中的硬度离子、悬浮物等,减小其沉淀时间;

加入 5%的新型无机多孔助凝剂 SF-CZ-01,絮凝后溶液中包含的络合物、沉淀物、以及 SS 的细小矾花积聚成的大颗粒物被输送至固液分离器,实现固液分离。板框压滤机产生污泥含固率高达 50% ~ 60%,大于常规的 40~50%。少于“三联箱”产生污泥量。

三、双膜法淡化减量系统

预处理系统的出水在出水箱收集,用盐酸调整 pH 至中性,输送至微滤系统。预处理及微滤系统可有效去除水中的固体微粒杂质,降低除盐模块负荷、延长反渗透膜的使用寿命。微滤出水进入反渗透系统,系统产水淡水 60%以上回收利用,40%的浓水进入烟道蒸发结晶。

四、双碱法预处理系统

通过向反应箱中投加石灰乳、碳酸钠和液碱等药剂去除水中的硬度离子、悬浮物等,减小其沉淀时间;

加入 5%的新型无机多孔助凝剂 SF-CZ-01,絮凝后溶液中包含的络合物、沉淀物、以及 SS 的细小矾花积聚成的大颗粒物被输送至固液分离器,实现固液分离。

板框压滤机产生污泥含固率高达 50% ~ 60%,大于常规的 40~50%。少于“三联箱”产生污泥量。

五、双膜法淡化减量系统

预处理系统的出水在出水箱收集,用盐酸调整 pH 至中性,输送至微滤系统。预处理及微滤系统可有效去除水中的固体微粒杂质,降低除盐模块负荷、延长反渗透膜的使用寿命。微滤出水进入反渗透系统,系统产水淡水 60%以上回收利用,40%的浓水进入烟道蒸发结晶。

六、烟气余热蒸发结晶零排放系统

反渗透浓水进入烟道蒸发器系统,采用雾化喷嘴将其雾化,喷入电除尘器和空预器之间的烟道蒸发器,利用烟道内的高温余热烟气将雾化后的浓水蒸发为水蒸汽,蒸气随除尘后的烟气进入脱硫塔,在脱硫塔的喷淋冷却作用下,水分凝结进入脱硫塔的浆液循环系统;蒸发结晶物随灰尘一起进入电除尘器随灰外排公司建立全尺寸喷雾干燥数学模型,实现了对尾部烟气蒸发运行工况的数值模拟,为低成本脱硫废水零排放技术奠定理论基础;烟道蒸发试验平台、预处理试验平台、膜减量试验平台的建立为不同电厂不同水质的脱硫废水实现零排放提供了 技术支撑;CFD 模拟与烟道蒸发试验结果吻合,结论:入口烟气温度 300℃,出口为 120 摄氏度时,雾化粒径在 100um 以内,可在 1S 内完全蒸发,蒸发 1m3废水需要 10000Nm3 的烟气量,烟气蒸发主要产物为氯化钠、硫酸钠,氯化物挥发物对设备腐蚀影响微小。


15 报告题目:生物聚合硫酸铁絮凝剂去除硫酸废水中的氟和氯性能研究

报告人:喻文超

单位: 东华理工大学

主要内容:

含氟、氯硫酸废水传统处理法主要有化学沉淀法、絮凝沉淀法、离子交换法、萃取法、碱洗法和焙烧法等。其中,化学沉淀法工艺简单,氟氯去除率高,但价格昂贵,易造成二次污染,絮凝沉淀法净化效果好,但絮凝剂价格较高,且絮凝剂的使用会在硫酸锌溶液中引入新的杂质;离子交换法流程短、操作简单、运营成本低,但树脂的再生过程耗水量大,再生后液处理难度较大;萃取法成本低、操作简单、效率高,但萃取剂、稀释剂等有机物易被夹带进入电解液,造成电流效率下降,电耗上升;碱洗法投资较小,氟氮脱除效果较好,但水量消耗大,且废水处理工艺较为复杂;焙烧法应用较为广泛,脱除效果较好,但水量消耗大,且废水处理工艺较为复杂。生物聚合硫酸铁絮凝法无毒、高效、无二次污染,可自然降解,满足冶炼废水中去除多种离子要求。

生物聚合硫酸铁絮凝剂(自制):以 9K 培养基为原料,对野外自取的氧化亚铁硫杆菌进行一系列的富集、优化,得到具有高氧化率可工业应用的菌种(Fe2+氧化率 90%)。再以 FeSO4·7H2O 为原料,驯化菌种为诱导,经过一系列氧化-水解-聚合反应制备出高性能液态生物聚合硫酸铁絮凝剂,Fe3+的浓度为 30g/L。

制备生物聚合硫酸铁絮凝剂后,进行生物聚合硫酸铁絮凝剂处理氟、氯废水性能研究。研究生物聚合硫酸铁絮凝剂处理氟离子单因素实验,絮凝剂除氟正交实验因素水平结果表明,影响作用为 pH 值>初始浓度>絮凝剂投加量>反应时间>反应温度。生物聚合硫酸铁絮凝剂在投加量为3.3%,pH 值为 4.8,反应时间为 5 min,室温条件下,废水中 F−浓度从 60mg/L 降为 0.186 mg/L,去除率达到 99.69%,废水中残余 F−浓度低于国家《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466—2010)规定的 10mg/L 限值。

生物聚合硫酸铁絮凝剂在投加量为 17%,pH 值为 1.6,反应时间为 15 min,室温条件下,废水中 Cl−浓度从 1000mg/L 降为 402.35 mg/L,去除率达到 59.77%,废水中残余 Cl−浓度接近于《工业用水水质》(GB/T 19923—2005)回用标准限值。


16 报告题目:新型类芬顿催化技术在难降解废水处理中的应用

报告人:龙明策

单位: 上海交通大学 环境科学与工程学院

主要内容:

污废水处理与回用中的有机污染物主要有可生化降解有机污染物(BOD5),难降解有机污染物持久性有机污染物 POPs (Persistent Organic Pollutants) 和新生污染物抗生素。

水中难降解有毒有机污染物的强化转化与脱毒原理与技术:以难降解有毒有机污染物的转化和脱毒为目标,通过活化氧气、双氧水和过硫酸盐等传统廉价氧化剂,强化降解去除水中有毒有机污染物,开展新型功能材料、新技术的研究,揭示污染物转化和活性物质生成规律,建立水污染控制新工艺。

光催化环境净化技术可以利用多组分耦合协同增效的思路,增强光吸收、促进光生载流子迁移,提高光量子效率(异质结增效),在水处理的应用方面可以从基本原理分析催化剂实际应用中面临的失活问题,并提出相应的表面修饰增效维稳策略。但在水处理方面还有距离。芬顿反应是经典的水处理技术,在这个基础上通过他添加络合物或者能量场等,发展了强化的芬顿反应或者类 Fenton 反应技术。然而尽管均相芬顿反应在难降解污废水处理上有一些实用的工程案例,但是存在一定的局限性。例如 pH要求低,涉及复杂的调酸和调碱操作,H2O2 利用率不高、产生难处理的铁泥沉淀等问题。

以介孔分子筛为载体,gama 氧化铁为核,表面壳层是负载铁的介孔分子筛,这个催化剂具有很好的磁分离性能和催化活性与稳定性。在介孔分子筛的体系中引入铝,在降解苯酚过程中,TOC 去除提高 50%。这种含铝的硅骨架结构可以调控表面酸性、这里可以看到 Zeta 电位明显降低;铝的存在还能增加活性金属的电荷密度,可以看到 XPS 的电子结合能变低,并且在较高金属含量下稳定分子筛结构;因为铝离子大小在这几种离子中最接近硅。这些作用均能促进双氧水的吸附和活化。由于层状粘土结构的膨润土具有天然的硅铝骨架结构,以膨润土为基底,引入磁性 gama 氧化铁。通过沉淀和焙烧制备了一种磁性膨润土的非均相催化材料。这点在透射电镜上可以很显然。制备的最优样品,催化活性较高,35min 去除 99%的苯酚,溶出的铁非常低,小于 0.1mg/L,说明主要是非均相过程,而且稳定性良好。催化降解苯酚的,35min 可以去除 99%的苯酚,60.3%的TOC,消耗 37.1%的 H2O2。说明这个材料的催化效率相对较高。

以氧化石墨烯为原料,原位氧化制备了负载四氧化三铁的还原氧化石墨烯,这个材料具有很好的超顺磁性能。我们发现这个材料在吸附罗丹明方面表现优异,具有高吸附容量和超快的吸附速率,在 5min 基本达到平衡,吸附容量达到432.91mg/gC,是活性碳的 3.7 倍,但是活性碳的吸附慢很多。同时以氧化石墨烯为原料,原位氧化制备了负载四氧化三铁的还原氧化石墨烯,这个材料具有很好的磁性和吸附罗丹明的性能。

含钴碳气凝胶是采用有机凝胶碳化的途径,而在制备过程中引入钴离子作为聚合催化剂,石墨烯作为结构调节剂,我们得到结构完整的气凝胶,通过后氧化处理,可以提高 BET 比表面积,亲水性和降低 Co 的溶出。最终钴留在碳气凝胶骨架中,主要是一种表面覆盖钴氧化物的金属钴的结构。反应活化能较低(38.2KJ/mol,通常报道的活化能在 60 左右),说明碳钴之间的相互作用可能有利于界面间电子转移促进 PMS 的活化。通过添加自由基捕获剂,可以看出,羟基自由及和硫酸根自由基均参与了苯酚降解反应。

以粘土和碳为基础的非均相类芬顿水处理技术有重要应用前景;进一步拓宽适用 pH 值、提高催化剂稳定性,降低技术成本;能量场的协同作用,同时带来的反应设备和处理能力下降的问题。


17 报告题目:陶瓷平板膜于工业废水处理中的应用

报告人:张文杰

单位: 桂林理工大学

主要内容:

陶瓷平板膜特点是透水性能高;通过反冲洗,提高透水性;节约能量,膜清洗曝气量削减 50%;耐久性,使用寿命长,pH・温度变化、耐药性强;容易维护管理,自动反冲洗易管理;不污染环境,陶瓷膜不污染环境。

陶瓷平板膜为外进内出型平膜,材质为铝材质,标准孔径为0.1μm(0.06μm),尺寸和重量为 W250×H1000×D5mm 和 2kg,过水量为 40m3/(m2

・d):25℃, 100kPa,颗粒去除率为≥95% for 0.1μm,温度为 5~80℃,pH 为 2~12。应用于高浓度食品废水处理,选择企业以牛皮为原料,采用酸水解法制备提取胶原蛋白,废水产生量约为 500 m3/d。处理后出水水质执行《城市污水再生利用-城市杂用水水质》(GB /T18920-2002)的要求。

该工程实际投资 147.92 万元,废水处理成本约为 2-3 元/m3。处理水用于厂区绿化用水,每吨自来水按 3.15 元计(根据《关于调整广西电价有关问题的通知》(桂价格(2011)181 号)文件的非居民用水价格),则与废水处理成本基本持平。

厂区废水处理工艺经改造后可完全处理当前水量,出水水质可达到《城市污水再生利用-城市杂用水水质》(GB /T18920-2002)标准,完全可作为厂区绿化用水。

CMBR 工艺运行稳定,出水水质好,处理之后的污水如能用于中水回用,可有效降低企业污水处理成本,适合在其它企业推广应用。

高浓度采油废水处理,应用于企业废水产生量约为 2-10 m3/d,废水 pH 为6.5~9.1,温度为 18.3!22.4℃,COD 为 20000~76000mg/L,TN 为 1200~2736mg/L,TP 为 15~34.2mg/L,油类为 600~2200mg/L。

采用 SBR+CMBR 组合工艺处理高浓度油气田废水是完全可行的,废水经处理后,出水水质可达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级标准所要求的值。工艺运行稳定,出水水质好,处理之后的污水可就近排放至下水管网。

SBR+CMBR 组合工艺可通过强化生物处理方式使出水水质达到《城市污水再生利用-城市杂用水水质》(GB /T18920-2002)标准,完全可作为厂区绿化用水。


18 报告题目:城市污水处理的可持续性意义

报告人:韦朝海

单位: 华南理工大学

主要内容:

2015 年统计,我国城镇生活污水排放量约为 500 亿吨。城镇生活污水中 COD排放量为 890 万吨;氨氮排放量为 150 万吨。目前城镇污水处理厂共 5364 座,设计处理能力达到 1.7 亿吨/日,全年共处理污水 450 亿吨。

当前我国城镇污水处理厂污染物排放标准考察 41 项指标:基本控制项目 12项,其中 COD 限值为 50 mg/L,氨氮为 5 mg/L,总氮为 15 mg/L,总磷为 0.5 mg/L。目前使用的工艺主要有活性污泥法、生物膜法、氧化沟、BAF 曝气生物滤池、A/O、A2/O、ABF、MBR、SBR、CASS、CAST 等。其中 A2/O、A/O、氧化沟、CASS 分别占比 21.42% 、8.58%1、6.95%、11.99%。减排掩盖下的多(毒)排,拐点移动的经济问题,技术进步的环境问题,改善环境的技术问题,改变了污染物的生态分配,从地球化学循环方面影响生态结构,人群社会结构,造成干旱、洪涝、费耗、管网远距离等问题。

城镇污水处理技术在检测技术、标准和处理工艺方面不断进步发展,同时也引发专家学者的思考,水质学、工艺学与能量学三者之间的关系,浓度趋零的关键限制因素,多目标和多解的存在。物质流、能量流、电子流是否可以归一。

溶液性质-微生物-工艺-浓度趋零中提出,残余污染物/化学物质、外泄物/暴露物,三相间物质流/能量流/电子流;资源化、能源化的可能途径,物质属性与分类;环境容量与健康阈值之间的关系,基准与标准的合理性;污染物浓度趋零、能量最小化、生态安全支持的可持续原则。资源化-零能耗-零成本中提出,基于物质流(CNPS)、能量流开发精准曝气、回流、短程脱氮及系统优化技术,在处理过程中降低动力及原材料的消耗。稀相中如何浓缩、提取磷酸盐;如何高效低成本去除污水中的杂质获得洁净的水;如何实现生物质的能量转化;如何高效利用场地的光照与余动力资源。

城市水处理的可持续意义,可以实现生态安全、社会稳定、气候调节、文明进步、城市清洁、能量载体、资源利用、文化演变;体现出科学、技术、工程、艺术的结合;引导人类认识自然,一种享受、心灵升华、生态觉悟、文化基地、景观基地、启发新的思想、地球物质循环转运站;资源回收、能源转化、全过程环境无害化(友好)的技术密集、高度集成的系统,彰显科学技术、社会文化与可持续发展的功能;从功能构建到追求和谐,两种态度:逃离环境受迫(无奈),进入资源享受(有趣);深入理解自然资源,公平分配环境资源,法律建设与个体自律;集科学、技术、工程、艺术、教育等领域于一体,扮演着多种角色如原材料工厂、城市碳汇聚及转化的枢纽、文明程度的指南针、城市生态保护站、气候调节的使者、社会稳定的强心剂。

提出未来发展与思考,利用天然的力量处理污水,微生物,生物,动物,植物,他们的共同规律:将多组分分子、离子、原子进行自组装,合成污泥菌胶团,合成后生动物,动物增殖,植物增长,关键是生命周期的调控;大自然的力量很重要,值得借鉴;宏观的水循环:大海 4000 年,地下水几年,中国河流 30 天,城市约 5-7 天,人体 4 小时。流水不腐,海洋的正渗透作用,生物/植物毛细作用,太阳蒸腾作用,月球引力作用;求证碳排放:CO2 用 CaO 吸收,但 CaO 从CaCO3 来,好氧过程产生 CO2,厌氧过程产生甲烷,燃烧后还是 CO2 ,总量不变,来源于地下碳源物质(矿石、煤炭、石油、天然气),必须通过碳汇、吸收、循环回到地下去,实现平衡。这个循环建立不起来,永远是个问题。地球化学循环如此重要,由于过程漫长、耗资,研究者缺乏耐心;新思维的需要;多学科的交叉;新工艺的挖掘:微生物多样性、物质转化多路径;新理论/新工艺/新技术/新应用/新发展;可持续:适应社会、适应生态、适应地球、永续循环。


19 报告题目:青岛市水资源与再生水利用

报告人:毕学军

单位: 青岛理工大学

主要内容:

水资源和能源是影响城市可持续发展的重要制约因素,两者之间同时还存在着不可割裂的紧密联系。能源生产需要大量的水资源,而水的生产,特别是非常规水。资源(例如外调水、海水淡化等)也需要消耗大量的能源。随着水质要求的提高以及非常规水源的开发和利用,城市水系统的能耗可能会出现激增,增加城市的温室气体排放。但是,城市水系统的能耗问题往往被低估甚至忽略。

青岛市城市水系统不可避免面临能耗强度和碳排放的增长趋势,在水源规划中纳入碳核算和能源管理,降低城市水系统碳足迹,是低碳可持续发展的必然选择。

青岛市是我国北方沿海严重缺水城市之一,其水资源禀赋具有水资源时间分布不均(年际年内变化大)。水资源连丰、连枯明显。为了缓解地下水超采带来的各种环境问题,青岛市降低了地下水开发利用强度,地下水在总供水量的比例由 2005 年的 50%下降到 2011 年的 36%;截至 2011年,青岛约有 45%供水来自本地地表水资源,但其开发潜力已非常有限;对外调水的依存度约 15%;非常规水资源(再生水、淡化海水等)迅速发展。

再生水利用可以根据出水用途分为一般市政杂用水(深度处理)和高品质的纯水(新生水)。供水保障率高、应对气候变化风险能力强。

青岛市是全国最早开展再生水利用的城市之一。早在 2003 年就发布实施了《青岛市城市再生水利用管理办法》和《青岛市再生水利用规划》。

目前青岛市在再生水利用方面主要有两种模式:一是以城市污水处理厂的排放水为原水的集中再生水工程项目,截至 2012 年,青岛市有 3 座污水处理厂建设了以常规处理工艺为主,膜处理工艺为辅的再生水深度处理工程设施,并铺设再生水主干管道 187 公里,集中再生水供水能力达到 5.5 万 m3/日。二是以企业单位或居民小区内部自产污水为原水的分散式再生水工程项目,目前共有分散式再生水利用设施 70 余座,处理总能力 10.8 万 m3/日。

2016 年,青岛市再生水利用率已达到 33%。预计 2020 年再生水利用率达到50%。再生水主要用于工业冷却、生产工艺、绿地浇灌、市政清洁、河道景观、居民冲厕、基建施工、水源热泵等方面。

青岛市用水需求和水资源供给缺口将随着社会经济发展持续上升;开发非常规水资源(包括外调水、污水再生利用、海水淡化)是解决青岛用水需求的必然选择,水源之间的配置直接影响城市水系统的能耗与碳排放;再生水在非常规水资源中最具能耗、碳排放与成本优势。发展再生水,利用非常规水资源补充本地水资源的不足,将是青岛保障水源安全,建设低碳城市的最佳选择。