分子筛脱硅对其结构与吸附氨氮性能的影响

为提高分子筛吸附氨氮的能力,采用碱蚀法对4种不同硅铝比ZSM5型分子筛进行脱硅处理,对比了脱硅前后吸附氨氮性能的差异;结合X射线衍射、扫描电镜等分析手段观察了其孔隙与晶体结构、表面形貌的变化,同时借助X射线荧光光谱、傅里叶红外光谱等表征手段分析了其内部元素组成与骨架基团的变化;考察了分子筛脱硅处理对改善其吸附氨氮性能的影响机制.结果表明,分子筛经脱硅后氨氮吸附量大幅提高,硅铝比越大吸附氨氮性能改善越显著,其中,硅铝比最小的ZSM5-27型分子筛脱硅后的氨氮平衡吸附量由5.81mg/g上升至10.44mg/g,上升幅度亦达79.7%;碱蚀脱硅处理有效降低了ZSM5型分子筛的硅铝比,分子筛硅铝比越大降低越显著.分子筛脱硅后,其介孔比表面积与比孔容增加、孔径分布变得宽泛;晶体结构仍保持完整、晶粒形态变得更加清晰规整;离子交换容量增加、硅/铝氧四面体结构单元作用增强.碱蚀法对ZSM5型分子筛具有骨架脱硅补铝、疏通孔道等多重作用,脱硅后分子筛活性位点增加、氨离子扩散阻力下降,吸附性能得到改善.     

天然沸石合成A型分子筛的吸附与再生特性

针对污水厂尾水深度脱氮问题,以某地产天然沸石为原料,采用水热合成法制备了纯度较高、晶型规整、大小均一、吸附量大的A型分子筛.系统考察了其对氨氮的吸附及再生特性,并结合Zeta电位、FTIR以及XRD对其氨氮吸附与再生机理进行了分析.结果表明：准一级和准二级反应动力学均能较好地反映A型分子筛吸附氨氮过程,等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,对氨氮的最大饱和吸附量为41.68mg/g;吸附饱和的分子筛再生利用方法简便易行,经2mol/L NaCl溶液解吸后能够恢复其吸附能力,5次吸附-解吸再生率均在95%以上;其吸附与再生过程均为Na⁺与NH₄⁺的离子交换反应,吸附与再生互为可逆过程.该方法为污水厂深度脱氮提供了一条经济可行的新思路.     

3DBER系统功能强化与协同作用机制研究

针对污水厂二级生物处理出水C/N低且可生化性差、深度脱氮需外加碳源等问题,结合污水资源化对二级处理出水深度去除TN、TP和微污染物的技术需求,通过改变传统三维电极生物膜工艺（3DBER）的填料组成,构建了强化反硝化脱氮、并具备同步除磷、除微污染物（以邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸（2-乙基已基）酯（DEHP）为例,用PAEs表示）功能的3DBER多功能复合反硝化系统,探讨了3DBER工艺强化脱氮同步实现除磷、除微污染物复合功能的技术途径,并从工艺性能、微生物种群分布等角度,深入解析了实现复合功能的技术方法与微观作用机制.结果表明,硫/铁复合功能填料是实现低C/N二级生物处理出水深度脱氮、除磷、除微污染物的关键因素,多功能复合反硝化系统脱氮效率比传统3DBER工艺平均提高20%左右,TP去除率可达80%,PAEs去除率在90%以上.化学计量学和分子生物学技术的分析表明,复合系统脱氮、除磷过程中在微生物生态、电子供体补偿和酸碱度平衡等方面存在协同促进作用.其中,脱氮功能来自异养与多种自养反硝化共同作用,除磷的关键是海绵铁的持续腐蚀,PAEs的去除过程则是吸附、电化学氧化与生物降解协同作用的结果.     

天然沸石定向合成A型分子筛及其脱氮性能

针对污水厂尾水深度脱氨问题,以河南巩义的天然沸石为起始原料,采用常压水热合成方法,选用4种不同的工艺方案合成A型分子筛,并对合成产物的吸附氨氮性能及其纯度、晶体结构、形貌特征、孔隙率等材料结构特征进行分析与表征,探讨天然沸石制备高效脱氨分子筛的合成方法.结果表明：与直接碱溶法制备硅源相比,碱熔融活化法对沸石原料硅的利用率较高,硅源纯化合成方案产物的氨氮吸附性能显著得到改善,平衡吸附量达20mg/g以上;其晶体形貌规整有序、杂质含量低、孔道通畅,有利于吸附扩散与传质过程.综合考虑硅源制备能耗、物耗及合成产物吸附性能,天然沸石合成A型分子筛适宜的工艺方案为碱溶纯化合成法.     

天然沸石结构对合成分子筛吸附脱氮性能影响

针对污水厂尾水深度脱氨问题,从国内几个典型的天然沸石矿床中选取了4种天然沸石（记为A、B、C、D）,运用直接碱溶-水热晶化合成工艺制备分子筛,测定了各自的氨氮吸附性能;并采用XRF、XRD等表征方法,对比分析了4种天然沸石在元素组成及矿物含量方面的差异,结合4种合成产物的晶体结构、元素组成、表面形貌分析结果,探讨了天然沸石材料特性对合成产物吸附性能的影响.结果表明：与沸石原料相比,4种合成产物的氨氮吸附性能均得到明显提升,其中C和A沸石合成产物的氨氮吸附量较高,均达到15mg/g以上;合成产物的氨氮吸附性能与沸石原料的碱溶性硅溶出量有正相关关系;碱溶性硅主要来自于天然沸石原料中的方石英、斜发沸石、丝光沸石、透长石等矿物组分,而结构稳定的石英不易被碱溶活化利用.合成产物为含有不同类型分子筛及其它矿物成分的混合物,碱溶性硅溶出量高的C和A沸石均合成了A型、X型分子筛,氨氮吸附性能较好;而B和D沸石合成产物主要为孔径小于铵根离子粒径的方钠石分子筛,其氨氮吸附性能较差.因此,利用天然沸石合成分子筛用于污水脱氨时,应尽量选择石英矿物含量少、碱溶性矿物占比高的沸石原料.     

磷酸铵镁结晶-沉淀反应器构建与流态模拟

构建了套筒式机械搅拌磷酸铵镁结晶-斜板强化沉淀反应器用于处理高浓度氮磷废水,并回收磷酸铵镁晶体.考察了搅拌转速、水力停留时间以及颗粒碰撞总次数（GT值）对运行效果的影响,并利用计算流体动力学软件（Fluent18.1）对反应器流态进行了数值模拟,分析了反应器结构设计的合理性,为磷酸铵镁结晶-沉淀反应器设计及运行提供技术参考.结果表明,反应器在转速为250r/min、水力停留时间为0.375h、平均GT值范围在14000~20000之间时,氨氮的平均回收率为76.00%以上,磷的平均回收率为97.00%以上,晶体的平均粒径达到20.515μm,出水浊度一直稳定在2NTU以下.扫描电镜以及X射线衍射分析表明,沉淀物为纯净的磷酸铵镁.反应器内不同区域的水力分级明显：混合反应结晶区流态为湍流区,缓冲区和磷酸铵镁收集区流态为过渡区,固液分离区流态为层流区.反应器的流态特征表明,在适宜的运行参数下该反应器的结构设计满足晶体形成、生长与固液分离的水力需求.     

磁性Mg/Al-LDHs制备条件对其吸附除磷性能的影响

为提高粉末状水滑石吸附剂的工程应用性,采用共沉淀法制备了磁性Mg/Al水滑石(Layered Double Hydroxides,LDHs).结合XRD、FTIR、SEM及VSM等材料表征结果,考察了制备条件(磁基质投加量、金属物质的量比和层间阴离子)对其吸附除磷性能、磁学性能及结构特征的影响.结果表明,在Fe_3O_4与Mg~(2+)物质的量比为0.02、Mg/Al物质的量比为2∶1和层间阴离子为Cl~-/OH~-的条件下制备出的磁性Mg/Al-LDHs对TP吸附性能最好,平衡吸附量可达49.60 mg·g~(-1);比饱和磁化强度为2.78 emu·g~(-1),能够实现吸附剂的快速高效磁分离回收.层间阴离子种类对水滑石焙烧前后吸附除磷性能有一定的影响:经高温焙烧后,层间含有CO■的水滑石吸磷能力虽有所提高,但仍低于无CO■型LDHs.因此,在水滑石制备过程中避免使用碳酸盐作为共沉碱原料,这样无需焙烧即可获得较高吸磷能力的吸附剂.