广东工业大学孙水裕教授团队CEJ：采用催化臭氧化和螯合沉淀耦合工艺在连续中试系统

广东工业大学孙水裕教授团队CEJ：采用催化臭氧化和螯合沉淀耦合工艺在连续中试系统

论文 DOI：10.1016/j.cej.2021。

图文摘要

结果介绍

近日，广东工业大学孙水玉教授课题组发表了题为“and of Ni and Cu from using and in a Pilot-scale”的研究论文（DOI: 10.1016/j.cej.2021.），探索了连续中试系统采用催化臭氧化与螯合沉淀联合工艺同时去除化学镀废水中有机镍、铜络合物的可行性，并对实际化学镀废水中有机镍、铜络合物的存在形式及降解机理进行分析。 研究人员搭建了连续中试系统装置，采用了催化臭氧分解和重金属捕获的组合工艺。 在最佳工况下，连续运行300天，出水总Ni、总Cu浓度可稳定控制。 0.1、0.3mg·L-1以下，达到《电镀污染物排放标准》（-2008年）表3水污染物特别排放限值。 同时，根据络合产物对有机Ni、Cu络合物的降解机理和潜在降解途径进行了分析和推断。

全文快速概述

针对化学镀废水中高稳定性、难降解的有机Ni、Cu络合物，建立了催化臭氧化耦合重金属捕集联合工艺，并基于该联合工艺设计并组装了连续中试系统。 本研究首次采用同步双向流气液流动模式，探索并优化了初始溶液pH、固液比、水力停留时间（HRT）等最佳工况参数。 在最佳处理条件下连续运行300天后，出水总Ni去除率达到95%，总Cu去除率达到100%，COD和TOC去除率约为50%。 进出水pH差（△pH）可作为判断反应系统中总Ni去除率的指标，有利于在实际运行和维护过程中快速调整和优化处理工艺。反应体系的稳定性。 另外，通过调查分析可知，化学镀废水中有机Ni和Cu络合物的主要存在形式分别为EDTA-Ni和CA-Cu。 其中，EDTA-Ni的降解为分级脱羧和不完全氧化，降解产物为EDA-Ni； CA-Cu一步破坏络合物并将Cu(II)释放到溶液中。

介绍

化学镀废水中含有大量的重金属离子、难熔络合剂和有害副产物。 采用复杂的物理和化学处理方法很难去除化学镀废水中持久性有机重金属络合物。 大多数去除有机重金属络合物的研究过程都使用模拟废水进行实验室静态测试。 然而，工业生产中化学镀废水的成分复杂多变。 除了难以降解的有机Ni、Cu络合物外，还有很多复杂的污染物。 基于此，本文提出了一种催化臭氧化耦合重金属捕获联合工艺，以有效去除有机Ni和Cu络合物。 为了进一步验证所提出的组合工艺的有效性、可行性和稳定性，本研究独立建立了连续中试系统（CPSS），对实际化学镀废水中的Ni和Cu污染物进行了多天的处理。

图文介绍（本文图片和说明文字的顺序较原文有部分改变）

连续中试装置示意图及其连接方法

的图1。 2021，有限公司

本研究设计建立的连续中试系统（CPSS）如图1所示，主要包括两级催化臭氧化反应器、重金属捕集池、絮凝混凝装置和沉淀池。 同步双向流气液流动模式中，单个反应器中同时存在逆流和并流两种气液流动状态。 最初，化学镀废水中的有机Ni、Cu络合物在催化臭氧化反应器中被氧化分解，分解出大分子有机Ni、Cu络合物（或释放出重金属离子）； 然后，重金属捕获剂竞争螯合重金属Ni和Cu，形成不溶性沉淀。 经过进一步絮凝、混凝、沉淀，进行固液分离，去除废水中的Ni和Cu。

中试装置连续运行300天总Ni、总Cu去除效率

中试300天的TNi(a)和TCu(b)图； (c) TCu上的EPE的水； (d) 水箱上方的 a 和 a 。 2021，有限公司

连续中试系统（CPSS）在最佳工作参数下连续运行300天，总Ni出水浓度稳定低于0.1 mgL-1（去除率高于95%）； 总铜几乎 100% 被去除。 在连续试​​验运行中发现，夏季期间总Ni和总Cu的去除率下降，这与水温的升高有关。 研究表明，水温与臭氧的传质效率和溶解度呈负相关，过高的水温不利于反应系统的运行。 根据现场施工工艺特点，每个反应池上方均增设挡板，防止化学镀废水直接暴露在阳光下，保持水温恒定，保证工艺持续稳定运行。

△pH与重金属去除率的关系

图3（a）EPE最终的pH值及其300天的（△pH），（b）△pH。 2021，有限公司

实验表明，虽然进水和出水的pH值不同，但进水和出水的pH差（ΔpH）都会在一定范围内（1.4-2.6）。 △pH可以反映总Ni去除率，两者呈正相关。 当△pH大于1.7时，出水总Ni浓度小于0.1 mgL-1。 然而，总Cu的去除率很难从△pH的变化规律中反映出来。 进一步研究发现，有机Ni配合物在氧化、络合反应过程中会产生小分子酸等酸性产物，这可能是反应体系pH值下降的主要原因。 在此基础上，可以通过ΔpH观察有机Ni配合物的络合破坏程度以及出水的总Ni浓度。 因此，△pH可以作为评价总Ni去除率的指标/参数之一，有利于实际运行中快速调整和优化处理工艺，保持反应体系的稳定性。

反应体系中活性物质的识别

(EDTA-Ni和CA-Cu)中的·OH (a)和·O2-(b)图； 主要为 EDTA-Ni 和 CA-Cu：TNi(c) 和 TCu(d) 的其中之一。 2021，有限公司

结合EPR分析可以看出，催化臭氧化反应体系中存在羟基自由基(•OH)和超氧自由基(•O2-)两种活性物种。 进一步的猝灭实验表明·OH是该体系中的主要活性物质。 同时，结合EPR和淬火实验表明，与有机Cu配合物相比，有机Ni配合物需要更多的氧化活性物质来破坏配合物。

EDTA-Ni 和 CA-Cu 的中间体和潜在降解途径

图5是EDTA-Ni和CA-Cu的以及重金属的； Tm/z：质量比值。 2021，有限公司

结合化学镀工艺考察和UPLC-MS分析可知，化学镀废水中的有机Ni和Cu络合物为乙二胺四乙酸-Ni(EDTA-Ni)和柠檬酸-Cu(CA-铜）。 其中，EDTA-Ni的降解产物有8种，而CA-Cu的降解产物只有两种。 EDTA-Ni经催化臭氧化破坏络合物后，未完全矿化，释放出Ni(II)，其主要产物为EDA-Ni； 而CA-Cu在第一步中被氧化释放出Cu(II)。 可以看出，化学镀废水中Cu比Ni更容易去除。

概括

本文根据化学镀废水的特点，建立了催化臭氧分解与重金属捕获的组合工艺，用于同时高效去除废水中难降解的有机Ni和Cu络合物。 同时，通过自主设计组装的连续中试装置，经过300天的连续测试，出水中总Ni、总Cu均稳定达到排放标准，证明了该组合工艺的有效性、可行性和稳定性。去除Ni、Cu污染物。 为进一步产业化提供了宝贵的数据支撑和理论支撑。 本研究通过污染物降解产物和活性物种鉴定实验，阐明了催化臭氧化耦合重金属捕获反应体系中EDTA-Ni和CA-Cu的潜在降解途径和去除机制。

关于作者

第一作者：管志杰，广东工业大学环境科学与工程学院博士生，师从孙水玉教授。 研究方向主要为工业废水污染控制化学、高级氧化技术及其在污水、固废处理和资源化利用中的应用。 目前以第一作者或共同作者在Of The Total、Of、Of、Of等期刊发表SCI论文多篇。 电子邮件：

通讯作者: 孙水玉，博士，二级教授，博士生导师，国务院政府专家特殊津贴获得者。 现任广东环保工程职业学院院长； 广东工业大学导师； 广东省重金属污染防治与环境保护职业教育重点实验室主任； 广东省教育厅“资源综合利用与清洁生产”科学研究重点实验室主任； 广东省高等学校环境科学与工程本科专业教学指导委员会委员； 全国环境保护职业教育产业指导委员会委员。 主要从事固体废物污染控制、处理处置和综合利用新技术以及传统行业水污染控制的化学和生物原理研究。 主持国家重点研发计划专项子项目、国家自然科学基金项目、国家“九五”重点科技攻关项目。 包括专题在内的纵向和横向科研项目120项。 在国内外刊物发表学术论文220余篇，专着3部。 研究成果获国家科技进步一等奖1项，省部级科技进步奖6项，国家发明专利9项。 电子邮件：

通讯作者: 梁家琳，香港浸会大学博士后。 主要研究领域为固体废物处理与资源化利用、水污染控制技术。 重点研究化学调理和调理工艺对有机固废深度脱水的可行性及后续无害化资源化利用评价，以及高级氧化技术及其在污水中的应用。 目前以第一或通讯作者在Water、of等环境期刊发表SCI论文10余篇。 邮箱：.hk

注意：所有的重用都来自 . 2021，有限公司

参考文献：Ni和Cu在中试规模中的使用和使用，，2021年，428：。 DOI：10.1016/j.cej.2021。

文章链接：

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