超声处理有机废水的现状与进展

从超声降解有机废水的机理入手,对当前单频和多频(二维正交和三维)超声以及超声技术与其他技术联用降解污水的原理、影响因素和效果和国内外研究现状进行了总结和回顾,同时对该技术在处理有机废水方面的研究趋势进行了展望。     

某兽药抗生素废水的荧光水质指纹特征

以某兽药抗生素废水为例,研究了基于三维荧光光谱的水质指纹(简称水纹)技术用于揭示废水有机成分性质的可行性。该废水具有4个典型水纹峰,峰的激发波长/发射波长分别为225/345,275/345,325/405和405/470 nm,编号A,B,C和D,各峰强度关系B>A>C>D。其中A峰和B峰的荧光强度较高,分别为(0.64±0.21)和(0.99±0.30) R.U,线性相关系数为0.95,且发射波长相同,很可能是同一种物质产生的。各水纹峰强度与COD都有明显的正相关性,线性相关系数R2达到0.66～0.70。C峰对应的有机物部分降解或降解速率较低,而其余3个水纹峰对应的有机物可以被较好降解。出水中新出现的荧光峰260/425 nm可能是废水微生物处理过程中新生成的腐殖质。上述研究表明,该兽药抗生素制药废水具有独特的水纹特征,水质指纹鉴别技术可以作为水体中识别该废水存在的新方法,水纹信息还可以反映废水有机物总量和有机成分的性质,对难降解废水的处理设计和运行均有一定价值。     

TiO2光催化降解废水中的甲硝唑

以低浓度甲硝唑为模型污染物,研究TiO2光催化降解甲硝唑废水.以5.0mL 60tmol/L的甲硝唑溶液为降解目标,考察了Cu2+浓度、溶液pH值、光照时间、TiO2用量等对甲硝唑降解率的影响.实验表明,当初始浓度为60μμmol/L的甲硝唑溶液、500mg/L H2O2溶液、225μmol/L的Cu2+溶液均取5.0mL参加反应,用硫酸调节pH约为3.0,当TiO2用量为4.12mg、光照反应时间为75min时,平均降解效果可达91.87％.     

固定化光合细菌处理焦化废水中难降解有机物成分的鉴定

采用固定化光合细菌及间歇式反应器工艺处理焦化废水，经GC—MS分析结果表明，该方法能够降解焦化废水中主要难降解的萘、喹啉、吡啶、吲哚类有机物，为焦化废水中难降解有机物的去除提供了有效的方法。     

TiO2/5A光催化降解水中CN-的催化活性

采用溶胶-凝胶-浸渍法制备TiO2/5A型催化剂,以其对水样中CN-降解率的大小来评价催化剂的光催化活性,并与P25型纳米TiO2催化效果作比较,从而探讨5A型分子筛负载纳米TiO2的百分含量、催化剂加入量、水样的pH值及CN-初始浓度对TiO2/5A光催化降解水中CN-催化活性的影响.结果表明:5A型分子筛负载纳米TiO2的量为20％、加入量为1.5g/L、pH=10、CN-初始浓度为50mg/L,反应时间为3h时,降解率达88.64％,且优于P25型纳米TiO2的降解效果.     

臭氧在SnO2表面吸附的红外光谱研究

以SnO2催化臭氧化降解高浓度糖蜜酒精废水为探针反应,研究SnO2催化臭氧化降解糖蜜酒精废水的活性,并采用红外光谱研究臭氧在SnO2及金属氧化物改性的SnO2催化剂表面的吸附行为。结果表明:由纯氧源制得的O3在SnO2表面吸附的红外光谱上的1 027和1 055 cm-1及2 099和2 122 cm-1处存在两处明显的吸收双峰,而空气制备的O3在SnO2表面与CO及CO2等存在竞争吸附,使得O3的吸附减少,催化臭氧化降解糖蜜废水的降解率下降。催化剂助剂对SnO2催化臭氧化降解糖蜜酒精废水有较大的影响。采用Fe2O3,NiO,CuO,ZnO,MgO,SrO及BaO等金属氧化物为助剂改性的SnO2在2 236和2 213 cm-1,1628和1 599 cm-1出现强度相似的吸收峰,但是几种催化剂对CO2和CO的吸附差别较大,过渡金属改性的SnO2在1 580~1 070 cm-1处出现较宽的吸收峰,碱土金属氧化物改性的SnO2催化剂在1 580~1 070 cm-1之间,出现了1 298和1 274 cm-1两个新的峰,从而引起了不同助剂催化臭氧化的活性差别,碱土金属改性的SnO2对糖蜜酒精废水的催化臭氧化脱色效果明显优于过渡金属改性的SnO2,其中BaO改性的SnO2催化剂的活性最好。     

聚-α-甲基苯乙烯热降解产物研究

 降解芯轴技术是制备激光惯性约束聚变靶丸的重要技术之一。采用热分析技术研究了聚-α-甲基苯乙烯（PAMS）热降解温度,采用裂解色谱-质谱联用技术分析了PAMS的热降解产物。研究表明：PAMS降解温度范围为260～320 ℃,在此温度下PAMS降解产物主要是α-甲基苯乙烯单体,另外还有微量四氢呋喃溶剂残留及α-甲基苯乙烯二聚体。因主链上季碳原子的存在,PAMS的热降解过程以端基裂解的解聚反应为主,单体产率超过99%。     

聚-α-甲基苯乙烯热降解产物研究

降解芯轴技术是制备激光惯性约束聚变靶丸的重要技术之一。采用热分析技术研究了聚-α-甲基苯乙烯（PAMS）热降解温度,采用裂解色谱-质谱联用技术分析了PAMS的热降解产物。研究表明：PAMS降解温度范围为260～320 ℃,在此温度下PAMS降解产物主要是α-甲基苯乙烯单体,另外还有微量四氢呋喃溶剂残留及α-甲基苯乙烯二聚体。因主链上季碳原子的存在,PAMS的热降解过程以端基裂解的解聚反应为主,单体产率超过99%。     

气液滑动弧等离子体降解高浓度有机废水的研究

采用气液滑动弧放电非平衡等离子体进行降解高浓度苯酚模拟废水(初始浓度为872 mg／L)的研究。实验研究表明:由于液滴的存在改变了电极间的介电常数和局部电场,气液滑动弧放电的电压波形比纯气流滑动弧放电更加不规则,起弧电压更低;采用氧气作为载气能提高苯酚的降解效果,最后TOC值为44 mg／L;增大气液混合比,相应的加强了废水的雾化效果,增大水气接触表面积,进而提高了苯酚的降解效果;在尾气中检测到CO2的存在,最高浓度达到35357 mg/m3。     

基于FTIR分析猪场废水有机物分解过程中组成结构变化

猪场废水排放的环境污染问题日益受到重视,研究废水中有机物的组成结构变化将可为制订合理的污染防治措施提供科学依据。本研究通过设置不同规模化猪场废水的室内培养试验,在培养过程中定期采样,采用抽滤、冷冻干燥等方法获得可溶性有机物(DOM)固体样品;运用FTIR光谱仪采集样品的红外谱图,研究废水中DOM组成结构在有机分解过程中的变化。结果表明,不同猪场来源的废水中DOM具有类似的组成结构,且主要由蛋白质、脂质类、腐殖酸、多糖类和酚类等有机物组成。随着培养天数的增加,与脂质类、蛋白质和酚类等相关的官能团含量逐渐降低并趋于稳定,而与腐殖酸和多糖类相关的官能团显著增加直至平稳。与初始样品相比,培养20天后样品中DOM组成结构以腐殖酸和多糖类为主,表明DOM的腐殖化程度有所提高。此外,与纤维素分子内氢键缔合的羟基(OH)相比,纤维素分子间氢键缔合的羟基降解速率相对更快,而以前者对微生物的降解更为敏感。废水中DOM以酚羟基C—O的降解速率更快,随后是芳香族COOH、糖类C—O和酰胺羰基CO,而糖类C—O倾向于优先被微生物所利用。综上所述,废水中不同的DOM组成结构在有机降解过程中的变化存在一定差异。     

活性污泥中抗性细菌筛选及拉曼光谱检测

抗生素制药废水是污水处理中比较难处理的废水。抗生素与微生物作用的机理研究对于解决抗生素废水处理问题具有重要意义。拉曼光谱作为一种对样品无损,非侵入型,并且对水不敏感的检测手段,已越来越多地用于生物、医学的研究。从普通污水处理反应器的活性污泥里通过涂布法和平板划线法分离得到了4株对头孢他啶具有抗性的菌株,研究了其对头孢他啶的降解效果,降解率最高达45.44%。采用16S rRNA基因测序进行菌种鉴定,得到这些菌种分别属于气单胞菌属,芽孢杆菌属和红球菌属。对筛选出的细菌进行不同条件下拉曼光谱测定,探讨了细菌拉曼光谱的测试条件,结果显示CaF₂是测定生物样品拉曼光谱时效果最好的基底。通过拉曼光谱技术和主成分分析法对菌种进行了差异分析,提取了三个主成分,累积荷载达到83.9%。其中,第一主成分主要包括 748,1 003和1 126 cm-1等比较明显的峰位,第二主成分包括1 661和1 448 cm-1,第三主成分只有855 cm-1。本研究利用拉曼光谱对活性污泥筛选的抗性菌株进行生物大分子的差异表征,通过拉曼光谱对抗性菌种进行了较好的区分,与基因测序的结果相吻合,证明了拉曼光谱用于抗生素废水生物处理作用机理研究的可行性及优越性。     

分子量对PAMS热降解等温活化能的影响

聚α-甲基苯乙烯(PAMS)是制备激光惯性约束聚变(ICF)用靶丸的重要芯轴材料之一。采用快速热解气相色谱-质谱法(Py-GC-MS)和热重分析技术(TG/DTG)分析了不同分子量PAMS的热降解产物和热降解温度,并通过Arrhenius方程计算了不同分子量PAMS的等温热降解活化能。结果表明：分子量对PAMS热降解产物的影响可忽略不计,其热降解产物均为α甲基苯乙烯单体,且产率均接近100%;热降解温度随PAMS分子量的增加而降低,其热降解温度介于240~450 ℃之间;在相同降解率下,随分子量的减小,PAMS的热降解活化能增加,且PAMS的热降解活化能随着热降解率的增加而增加。     

R134a光热协同分解的实验研究

具有高温室效应值的制冷剂面临淘汰,废弃制冷剂需要进行销毁处理。然而目前常用的销毁技术存在高能耗、产物有害等问题,因此需要寻找更为节能环保的降解技术。本文提出了一种新的制冷剂光热协同催化的降解方案,并对代表性制冷剂R134a进行了实验研究,探究了催化剂、温度、光强、反应组分等不同条件对降解反应的影响,并对其降解机理进行了推测。在本文实验条件下,R134a矿化率基本达到100%。     

SPME-GC-MS快速分析炼油厂废水中痕量VOCs

采用固相微萃取 -气相色谱 -质谱联用 (SPME- GC- MS)对炼油厂废水中痕量挥发性有机化合物(VOCs)进行了定性分析 ,简化了预处理过程 ,总分析时间为 1h左右。对比处理前后的废水样品的 MS定性结果 ,为废水处理工艺的评价以及有机物降解机理提供了依据。     

160kHz超声协同臭氧蔬果药残降解仪的设计与乙酰甲胺磷降解实验*

针对现有超声协同臭氧降解农药的研究多集中在20kHz至50kHz的频段内,而效果一直不够理想,以及目前民用的超声协同臭氧蔬果药残降解装置较少的问题,设计了一种160kHz超声协同臭氧蔬果药残降解仪。超声波发生器采用SG3525芯片驱动半桥式功率放大电路,并运用小范围扫频技术。臭氧发生器使用市场上量产的小型臭氧机。本文利用该降解仪进行了乙酰甲胺磷农药降解实验,对160kHz超声波协同臭氧的农药降解效果进行了初步研究,结果表明仪器对降解乙酰甲胺磷有效。     

SPME-GC-MS快速分析炼油厂废水中痕量VOCs

采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用(SPME-GC-MS)对炼油厂废水中痕量挥发性有机化合物(VOCs)进行了定性分析,简化了预处理过程,总分析时间为1h左右.对比处理前后的废水样品的MS定性结果,为废水处理工艺的评价以及有机物降解机理提供了依据.     

超声在废水处理中的应用

超声波处理废水是一项新兴的废水处理技术,具有操作简单方便、降解速度快等优点,在处理毒性高、难降解的有机废水应用表现出广阔的前景。     

热重分析技术研究聚-α-甲基苯乙烯降解温度

采用热重分析技术研究了4种聚-α-甲基苯乙烯原料和其它微球壳层材料的热降解温度。研究表明,聚-α-甲基苯乙烯原料主要失重温度范围为220～340℃,等离子体辉光放电涂层材料的降解温度为350～450℃。升温速率在20℃/min和30℃/min时,降解温度基本相同,升温速率不影响降解的温度范围,低于20℃/min时,随着升温速率升高,降解温度升高。     

热重分析技术研究聚-α-甲基苯乙烯降解温度

采用热重分析技术研究了4种聚-α-甲基苯乙烯原料和其它微球壳层材料的热降解温度。研究表明,聚-α-甲基苯乙烯原料主要失重温度范围为220～340 ℃,等离子体辉光放电涂层材料的降解温度为350～450 ℃。升温速率在20 ℃/min和30 ℃/min时,降解温度基本相同,升温速率不影响降解的温度范围,低于20 ℃/min时,随着升温速率升高,降解温度升高。     

基于紫外LED阵列光催化降解抗生素的研究

抗生素的大量使用对生态环境造成巨大的影响,光催化技术具有操作简单且无二次污染等特点被广泛应用于污染物的降解。在光催化降解抗生素过程中,光源对其降解效率至关重要,与传统的汞灯催化光源相比,紫外LED技术具有更高的能源效率及更低的功耗,使光催化工艺发生了巨大的变化。首先建立基于紫外LED阵列的光催化平台,采用光栅光谱仪和紫外照度计对LED阵列光源光谱特性及装置内光场分布进行测量分析。结果显示紫外LED光源波长介于265～295 nm之间,其主波长为275 nm,由于光场叠加效果,光照强度随着装置径向位置距离的增大而明显增大,装置轴向位置光照强度分布较为均匀;其次通过三维超景深显微镜、UV-Vis光谱测量技术对P25型光催化剂的粒子结构进行表征分析,同时使用半导体求导公式对TiO₂粉末进行禁带分析,结果显示TiO₂为球形,由于空气中相对湿度过大,水在TiO₂微粒表面的润湿性加强了微粒间的粘附力,因此有团聚现象产生,其禁带宽度为3.1 eV;最后以紫外LED阵列和高压汞灯为催化光源,P25型TiO₂为催化剂分别对甲基橙、磺胺类抗生素进行光催化降解,使用紫外-可见光分光光度计测量降解过程中的吸收光谱曲线,进而对抗生素降解率进行分析。结果表明,甲基橙和磺胺二甲嘧啶在紫外LED阵列为光源条件下均能够被降解,分别经过160和240 min的催化降解过程后,降解率分别达到70%和36%,符合一级动力学方程,经计算LED阵列光源与汞灯对甲基橙的降解动力学常数分别为-0.007 5和-0.113 5 min-1,对磺胺二甲嘧啶的降解动力学常数分别为-0.001 9和-0.019 4 min-1。因此对甲基橙和磺胺二甲嘧啶进行降解时,汞灯降解速率高于紫外LED阵列;由于紫外LED阵列和汞灯系统在催化降解污染物过程中功率和其与反应器中轴线距离不同,对两种光源的抗生素降解效率建立评价方法,即对紫外LED和汞灯以单位功率为标准进行距离降解效率分析,对于甲基橙,汞灯在单位功率下的距离降解效率高于紫外LED,但对于抗生素,紫外LED阵列的距离降解效率明显高于汞灯。依据以上各类光谱分析和应用结果,紫外LED阵列是一种有竞争力的光催化应用替代光源,此技术的广泛应用为抗生素的降解提供新途径。