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文章速递|Separation and Purification Technology|基于核晶造粒工艺强化磷资源回收及有机质同步去除;高pH催化臭氧实现钙离子与有机物的同步去除

发布日期:2024-05-21浏览量:

近日,碳污协同控制与资源化创新团队在多组分离子专性去除及有机物强化去除方面取得进展,相关成果分别以《Enhanced simultaneous phosphate recovery and organics removal by a nucletion crystallization pelleting process》、《Effect of pH on degradation and mineralization of catechol in calcium-aid ozonation: Performance, mechanism and products analysis》为题发表在环境科学与生态学科领域著名期刊Separation and Purification Technology (IF = 9.136)。金鹏康教授为论文通讯作者,博士研究生王亚东、李恪谦分别为论文第一作者,研究得到了国家自然科学基金资助。

 

题目:Effect of pH on degradation and mineralization of catechol in calcium-aid ozonation: Performance, mechanism and products analysis

期刊:Separation and Purification Technology

IF:9.136

发表时间:20245

第一作者:李恪谦 博士研究生

通讯作者:金鹏康 教授

 

亮点:

pH和钙对有机物的有效去除具有积极作用

羟基自由基与超氧自由基为主要活性氧物质

钙离子能够与有机中间产物的络合沉淀

pH催化臭氧化能够实现离子与有机物的同步去除

 

图文摘要:

 

文章简介:

基于臭氧化的高级氧化工艺(AOPs)因产生氧化能力强的活性氧(ROS)如羟基自由基(·OH)而备受关注。对于酚类化合物的降解,许多研究者已经开发了通过高重力、催化剂、可见光、电化学、微纳气泡等技术增强的催化臭氧化,在这一氧化过程中,·OH为主要活性氧物质。。然而催化剂的合成复杂且成本高,限制了其应用。在离子结晶过程中,pH决定着离子溶液的过饱和度从而影响离子的沉淀去除,钙、镁等致垢离子通常需要高pH保证其有效结晶,而同时,作为臭氧链式反应的引发剂,氢氧根离子(OH-)也能诱导臭氧分解成·OH,从而促进有机物的氧化,因此,利用高pH催化臭氧能够实现有机物的强化去除以及离子的结晶沉淀。

实验结果表明,在高pH条件下,臭氧氧化可完全降解邻苯二酚并获得良好的矿化效果(COD去除率最高可达75%)。有机物和COD的去除符合伪一级动力学模型,pH和钙浓度的增加能够加快反应速率。淬灭实验和EPR结果证实?OH?O2-自由基是有机物去除的关键。此外,DFT计算揭示了O原子是亲电攻击和自由基攻击的反应位点,,相关表征表明钙离子在高pH条件下与中间产物络合沉淀产生草酸钙沉淀,毒性分析结果表明中间产物的毒性有所降低。本研究为进一步了解邻苯二酚的降解性能和机理提供了参考,更重要的是,催化臭氧氧化作为一种环境友好的工艺,在离子与有机物同步去除方面具有广阔的应用前景。

1 有机物降解及矿化效果

2 活性氧物质甄别

3 有机物降解路径分析

 

4 沉淀产物成分分析

 

5 中间产物毒性分析

 

题目:Enhanced simultaneous phosphate recovery and organics removal by a nucleation crystallization pelleting process

期刊:Separation and Purification Technology

IF:9.136

发表时间:20245

第一作者:王亚东 博士研究生

通讯作者:金鹏康 教授

 

亮点:

构建了一种磷资源回收及有机质同步去除的核晶造粒一体化处理技术;

建立了以强化传质为核心的核晶造粒水动力学调控策略;

探明了共聚络合体在配位、重组过程中的结构转化及效能强化特性;

揭示了专用晶种强化诱导磷回收及有机质同步去除的分子水平机制。

 

图文摘要:

 

文章简介:

目前,从废水中进行磷的资源化回收具有较大的潜力。在一些实际水体如畜禽废水、厌氧上清液、垃圾填埋场渗滤液中,在磷的存在同时,往往伴随着腐植酸(HA)等溶解性有机物(DOM)的存在,这些有机物的存在不仅会在水消毒过程中形成消毒副产物从而导致水质劣化,还会在常规水处理过程中与磷竞争结合位点,最终干扰磷资源的有效回收。因此,亟需开发一种从复杂废水中同步回收磷及脱除有机质的高效水处理技术。

本研究以畜禽养殖废水为研究对象,构建了磷资源化回收及有机质同步去除的核晶造粒工艺(NCP)体系,通过向核晶造粒反应器中投加专用晶种,辅以水力调控,使专用晶种在反应器内充分流化的同时,强化专用晶种与污染物之间的传质效率,从而实现畜牧养殖废水中磷资源的高效回收及有机质的同步去除。经过对药剂投加量、上升流速、床层高度以及专用晶种粒径等参数的系统探究,确定了核晶造粒工艺最佳运行参数(图1);为进一步探究NCP工艺系统的稳定性,本研究在最佳工艺参数下连续运行反应器120小时,通过对出水水质的持续监测,发现在连续运行过程中,前期磷的回收效率始终稳定在97.5%,同时,有机质的去除率稳定在92%(图3),在运行后期,磷与有机质的去除率得到了小幅上升,这归因于专用晶种表面活性位点的改变;上述现象充分体现了NCP工艺系统在磷资源化回收及有机质同步去除过程中的稳定性。此外,在连续运行过程中,专用晶种逐渐长大,形成了致密的共聚络合体(造粒体)。

基于对造粒体的进一步分析(FTIR、XRD、SEM-EDS、Roman),结合DFT计算,从分子水平深入剖析了磷回收与有机质同步去除的微观机制;即在专用晶种的诱导作用下,有效降低了羟基磷酸钙在晶种表面的成核能垒,促使废水中的磷主要以羟基磷酸钙的形式附着于晶种表面;与此同时,专用晶种表面的活性基团通过钙离子桥连、Π-Π堆叠以及氢键等多重作用同步捕获有机质,最终形成致密的共聚络合体从水中分离去除。

1 不同工艺条件对于NCP工艺同步除磷与有机质效能分析

2 NCP工艺运行稳定性评估

3 造粒体表观形貌分析

 

4 造粒体成分解析

 

5 有机物去除机制剖析

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