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团队在强化混凝去除污染物方面的两项研究工作在Separation and Purification Technology发表
发布者: 金鹏康 | 2022-07-13 | 119

近日,污水处理与资源化创新团队在电凝聚-臭氧耦合工艺强化有机物、氨氮去除和强化混凝去除磷酸盐等方面的研究取得新进展,相关研究成果在工程技术领域著名期刊Separation and Purification Technology (IF=9.136)连续刊出。金鹏康教授为论文通讯作者,博士研究生杨超、宗宇凯分别为论文第一作者,研究得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划项目的资助。

复合阳极减少电凝聚-臭氧耦合工艺铁泥产量和缓解电极钝化的同时强化有机物与氨氮去除

题目:Enhanced removal of organics and ammonia by a composite anode in the electrochemically assisted ozonation (EAO) processes with reduced sludge and alleviated passivation

刊名:Separation and Purification Technology

发表时间:2022年6月

通讯作者:金鹏康 教授

第一作者:杨超 博士研究生

文章创新点

• 通过插入形稳阳极(DSA)管中的磁铁棒将铁粉固定在DSA管表面,形成复合阳极(CA);

• CA电化学辅助臭氧(E-HOC)对有机物和氨氮的去除效果由于Fe和DSA;

• 多途径生成的•OH和活性氯(RCS)强化了EAO对有机物和氨氮的去除;

• 与传统Fe电极相比,CA电极的铁泥产量更少,电极钝化程度更轻。

图文摘要

文章简介

社会经济的快速发展导致有机物和氨氮共存的污染水体广泛存在,但单一的物化处理工艺通常难以实现有机物和氨氮的同步去除。针对有机物强化去除,课题组基于臭氧混凝互促增效机制提出了电絮凝-臭氧耦合反应体系(E-HOC),将臭氧氧化与电絮凝在同一个体系内同时作用。然而,混凝剂与氨氮的结合能力弱,臭氧与氨氮的反应速率慢,•OH等活性氧通常将氨氮非选择性地氧化为硝态氮,导致工艺对氨氮的去除效果有限。电化学氧化Cl-生成的活性氯通常可将氨氮转化为氮气去除,有效降低废水的总氮含量。本文基于课题组前期研究,将电化学氧化中常用的形稳阳极与电絮凝用的铁粉形成复合阳极(CA),强化活性氯的生成,并与臭氧在一个体系内同时作用,形成复合式电凝聚-臭氧耦合反应体系(CA-E-HOC)。结果表明,与常规E-HOC相比,CA-E-HOC对有机物和氨氮的去除率分别提高了9.46%和72.61%,污泥产量降低了68.99~76.64%,反应后复合电极铁粉的表面氧化程度降低显著低于常规铁电极。除臭氧混凝互促增效机制外,CA-E-HOC工艺主要从以下三方面强化了E-HOC中有机物和氨氮的去除。首先,CA-E-HOC种活性氯的产量是常规E-HOC的4到5倍,废水中的氨氮主要通过“折点氯化”的原理去除;另一方面产生的活性氯可与臭氧相互作用,提高体系•OH的产量,强化有机物的去除;再次,废水中起•OH“淬灭”作用的Cl-被活化,进一步强化了有机物的去除。研究为高有机、高氨氮废水的处理提供了新的技术思路。

图 1 复合电极设计示意图

图 2 草酸(a, b)和氨氮(c, d)去除与降解动力学对比

图 3 淬灭剂对CA-E-HOC去除OA(a, c)和NH4+-N(b, d)的影响以及不同反应体系活性物种对比(e, f)

图 4 吸附铁粉对DSA电化学性能的影响(a, b);复合电极与铁电极总铁和溶解性铁产量对比(e, f)

珊瑚礁状絮体对磷酸盐的强化去除:混凝效果与机理

题目:Enhanced phosphate removal by coral reef-like flocs: Coagulation performance and mechanisms

刊名:Separation and Purification Technology

发表时间:2022年7月

通讯作者:金鹏康 教授

第一作者:宗宇凯

文章创新点

• 相比传统混凝(CC),连续投加混凝(CDC)对磷酸盐去除率更高

• CDC工艺在有机物和各种离子的存在下具有稳定的除磷效果

• CDC工艺反应初期的“低pH值、低Al3+浓度”环境有利于Al3+和PO43-的共沉淀作用形成不溶性AlPO4

• 珊瑚礁状絮体对不溶性AlPO4和溶解性磷酸根的吸附能力更强

图文摘要

文章简介

为了加强对水环境的保护,一些环境敏感地区如黄河流域、太湖流域的城市污水处理厂总磷排放标准日益严格(由一级A的0.5mg/L下降至0.3mg/L),这对污水处理过程提出了更高的要求。混凝作为一项应用广泛、高效经济的水处理技术,在污水的深度处理中仍然发挥着重要作用。基于课题组前期对小分子有机物强化混凝的研究,本文探明了连续投加混凝(CDC)工艺对于磷酸盐的去除特性与机理。结果表明,相比传统混凝(CC)工艺,CDC工艺对磷酸盐去除效果更好。为了满足0.3mg/L的排放标准,CDC工艺所需的混凝剂投量(2mg/L)仅为CC工艺(4mg/L)的一半。同时CDC工艺在投量为4mg/L时可达到极低的总磷浓度(0.035mg/L)。CDC工艺在初始pH为6或5时效果更好,同时在有机物和各种离子的存在下具有稳定的除磷效果。CDC工艺从以下两个方面强化了磷酸盐去除:首先,CDC工艺反应初期的“低pH值、低Al3+浓度”环境有利于Al3+和PO43-的共沉淀作用形成不溶性AlPO4,进而有利于后续的吸附去除。其次,在混凝剂连续投加过程中所形成的珊瑚礁状絮体拥有更高的电荷(2.3mV)和更大的比表面积(264.11m2/g)。其对不溶性AlPO4和溶解性磷酸根强化的吸附能力促进了磷酸盐的去除。本研究对连续投加混凝剂诱导形成的珊瑚礁状絮体强化去除磷酸盐进行了深入探索,为污废水深度处理过程中溶解性污染物的强化去除提供了新的见解。

图 1 连续投加混凝(CDC)对磷酸盐去除效果:(a)二级出水;(b)模拟配水

图 2 阳离子(a)、阴离子(b)和有机物(c)对连续投加混凝(CDC)的影响

图 3 传统混凝(CC)和连续投加混凝(CDC)中污染物去除动力学和铝形态变化特性:(a)CC;(b)CDC-pH7;(c)CDC-pH6;(d)CDC-pH5;

图 4 传统混凝(CC)和连续投加混凝(CDC)絮体的XPS图谱:(a)Al 2p;(b)P 2p

原文信息

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.121536

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.121690