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微生物燃料电池工作原理及产电性能提升策略

环境工程技术学报 2024年第2期14卷 699-709页

作者：蒋进元张月何绪文谭伟宋浩洋石冬妮赵洪兵中国环境科学研究院环境污染控制工程技术研究中心中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院四川省广元生态环境监测中心站

微生物燃料电池(MFC)是一种解决其他能源在环境方面不足的新技术,目前低能量输出是MFC实际应用的关键瓶颈。基于MFC工作原理,提出微生物活性差、电子迁移阻力、质子传输阻力及阴极还原反应缓慢是MFC能量输出的限制因素,并从以下5个方面... 详细信息

微生物燃料电池(MFC)是一种解决其他能源在环境方面不足的新技术,目前低能量输出是MFC实际应用的关键瓶颈。基于MFC工作原理,提出微生物活性差、电子迁移阻力、质子传输阻力及阴极还原反应缓慢是MFC能量输出的限制因素,并从以下5个方面综述了提升MFC产电性能策略:调节pH和选择最佳盐度,加强微生物代谢活性;改性阳极材料,降低电子迁移阻力;增强电解液电导率、优化隔膜材料及缩短电极间距减小质子传输阻力;制备高效阴极催化剂和选择优异电子受体加快阴极还原反应速率;改进MFC反应器构型,提高整体产电性能。未来,可在合成新型阴极催化剂、降低膜污染、优化微生物生长环境、制备优异的电极材料和改进MFC反应器配置5个方面开展重点研究。

关键词：微生物燃料电池(MFC) 产电性能输出功率微生物活性策略

黄河流域典型煤矿矿井水协同除浊除氟药剂的制备及应用

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环境工程技术学报 2024年第1期14卷 248-257页

作者：李强章丽萍姚瑞涵赵晓曦崔行健陈加乐何绪文马泽钰国能神东煤炭集团有限责任公司中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院

黄河流域是我国煤炭潜力最大的区域,矿井水涌水量大但资源利用率不高,尤其在干旱和半干旱的高氟地区,矿井水中氟离子超标已成为制约提高矿井水资源利用率的主要因素之一。采用正交试验筛选出高效除氟药剂的5种组分[聚合氯化铝(PAC)、聚... 详细信息

黄河流域是我国煤炭潜力最大的区域,矿井水涌水量大但资源利用率不高,尤其在干旱和半干旱的高氟地区,矿井水中氟离子超标已成为制约提高矿井水资源利用率的主要因素之一。采用正交试验筛选出高效除氟药剂的5种组分[聚合氯化铝(PAC)、聚合硅酸铝、硝酸镁、聚合氯化铁、羧甲基淀粉钠],采用单因素试验探讨了不同制备条件和反应条件对除氟效果的影响,并通过X射线能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征探讨了除氟机理。结果表明:在金属总量M/Si、Al/Mg、Al/Fe的摩尔比分别为43、40、40条件下研制的除氟药剂,均可将含氟废水中氟离子浓度由20mg/L降至1.0 mg/L以下,达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类中氟化物浓度限值要求(1.0 mg/L);当除氟药剂投加量为1.25 g/L,初始p H为2~12,悬浮物浓度为100~2000 mg/L,聚丙烯酰胺(PAM)投加量为0.4 mg/L时,处理后上清液剩余氟离子浓度均可控制在1.0 mg/L以下,氟离子去除率达95%以上;除氟药剂中Al、Si元素起到重要的除氟作用,主要通过形成Al—F—Al等金属络合物沉淀被去除;将除氟药剂应用于黄河流域某煤矿含氟矿井水的处理,在除氟药剂投加量为400 mg/L、PAM投加量为0.2 mg/L时,氟离子浓度从5.6 mg/L降至0.85 mg/L,并协同将矿井水浊度从500 NTU降至4.59 NTU,吨水处理药剂成本为1.602元。该除氟药剂在黄河流域含氟矿井水处理中具有较好的应用潜力。

关键词：除氟药剂铝盐硅盐含氟矿井水除氟机理协同除浊除氟

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矿井水直接超滤试验研究

工业用水与废水 2024年第1期55卷 49-53,75页

作者：李福勤梁桢王瑾王世奕何绪文代其彬田莉河北工程大学能源与环境工程学院河北邯郸056038 河北省水污染控制与水生态修复技术创新中心河北邯郸056038 污水处理及资源化利用河北省工程研究中心河北邯郸056038 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 冀中能源峰峰集团有限责任公司河北邯郸056001

为了解决矿井水处理现有工艺流程长、出水水质不稳定等问题,优化矿井水处理工艺,以河北某矿井水为研究对象,采用直接超滤短流程工艺进行试验研究,探究反洗时长、反洗周期、工作压力等工艺参数对超滤的影响,并筛选膜污染清洗药剂。结果表... 详细信息

为了解决矿井水处理现有工艺流程长、出水水质不稳定等问题,优化矿井水处理工艺,以河北某矿井水为研究对象,采用直接超滤短流程工艺进行试验研究,探究反洗时长、反洗周期、工作压力等工艺参数对超滤的影响,并筛选膜污染清洗药剂。结果表明:最佳工艺参数为反洗时长120 s,反洗周期60 min,跨膜压差0.25 MPa,在此条件下经过300 min试验测试,膜通量为136 L/(m^(2)·h),维持在初始膜通量的91%,出水浊度稳定在0.05 NTU以下;膜污染最佳清洗药剂为0.2%HCl,对污染前后及酸洗碱洗后的膜片进行SEM和EDS测试分析,结果表明造成酸洗碱洗效果差异的主要因素为矿井水中的硬度离子和铝离子。

关键词：直接超滤矿井水悬浮物膜比通量膜污染

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煤矿矿井水资源化利用技术创新

煤炭科学技术 2023年第1期51卷 523-530页

作者：何绪文王绍州张学伟李福勤中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 河北工程大学能源与环境工程学院河北邯郸056038

国家对煤矿矿井水资源化利用高度重视,排放标准的不断提高和智慧矿山概念的不断深化,给矿井水处理技术提出了新的挑战。通过对矿井水地面处理技术与井下多级过滤处理技术的分析和比较,在总结了现有技术存在问题的基础上,提出了聚瓷膜超... 详细信息

国家对煤矿矿井水资源化利用高度重视,排放标准的不断提高和智慧矿山概念的不断深化,给矿井水处理技术提出了新的挑战。通过对矿井水地面处理技术与井下多级过滤处理技术的分析和比较,在总结了现有技术存在问题的基础上,提出了聚瓷膜超滤高效处理矿井水新技术。新技术相比于传统处理技术的多流程而言,因处理过程无需加药,可省去整个加药系统,故处理过程仅包括高压预处理与常压过滤处理2个主要单元,解决了矿井水传统处理方法必须加混凝剂的难题,可真正做到矿井水处理全过程无人值守,符合智慧矿山的要求。新技术具有流程短、占地小、无需加药、出水水质稳定、可自动运行等特点,同时还可实现模块化、智能化,可适用于不同场景下含高悬浮物矿井水的直接过滤,或作为矿井水苦咸水的预处理单元,其中特别适合用于矿井水的井下处理就地复用。其核心组件聚瓷膜更是具有强度高、通量大、超亲水疏油、耐受悬浮物(SS)质量浓度可达10 000 mg/L等优势。通过实验室试验和矿井水地面处理改造工程案例可知,在进水SS质量浓度为0~10 000 mg/L,聚瓷膜直滤后出水SS均能稳定达到1 mg/L以下,浊度稳定达到1 NTU以下,该技术在煤矿矿井水资源化利用方面有明显优势,可为将来的大规模工程化推广应用提供技术参考。

关键词：矿井水悬浮物聚瓷膜资源化利用煤矿

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高盐矿井水浓缩液双极膜电渗析试验研究

煤炭科学技术 2023年第11期51卷 248-254页

作者：李福勤薛甜丽高珊珊豆硕超何绪文河北工程大学能源与环境工程学院河北邯郸056038 河北省水污染控制与水生态修复技术创新中心河北邯郸056038 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

基于高盐矿井水的零排放和资源化利用,采用BP-A-C-BP三隔室构型的双极膜电渗析处理高盐矿井水浓缩液。以河北某矿高盐矿井水为原水,经过预处理+RO+脱碳+浓水RO+ED浓缩,最终浓缩液TDS质量浓度达到93040 mg/L,进行双极膜电渗析试验,探究... 详细信息

基于高盐矿井水的零排放和资源化利用,采用BP-A-C-BP三隔室构型的双极膜电渗析处理高盐矿井水浓缩液。以河北某矿高盐矿井水为原水,经过预处理+RO+脱碳+浓水RO+ED浓缩,最终浓缩液TDS质量浓度达到93040 mg/L,进行双极膜电渗析试验,探究了电流密度、循环流量以及极室电解质浓度对于双极膜电渗析产酸碱效果的影响。结果表明:电流密度10~40 mA/cm^(2),随着电流密度的增大,操作电压升高,电流效率和产能逐渐减小,能耗逐渐增加,最佳电流密度为30 mA/cm^(2);循环流量10~30 L/h,随着循环流量的增大,电流效率和产能上升、能耗降低,进一步提高循环流量至40 L/h时反而增加能耗,降低产能,最佳循环流量为30 L/h;极室电解质浓度不宜过低、过高,容易增加能耗,浓度适中时的双极膜电渗析的水解离效果最好,最佳极室电解质浓度为2%。初始盐室浓缩液4 L、酸室和碱室分别为去离子水1.5 L、极室2%硫酸钠溶液2 L,电流密度为30 mA/cm^(2),极室循环流量为60 L/h,其他各室循环流量为30 L/h,运行120 min时,酸、碱浓度分别为6.91%、5.38%,达到试验预期目标,电流效率、产能及能耗分别为74.21%、1.49 kg/(m^(2)·h)、1.66 kWh/kg。经双极膜电渗析工艺产生的酸碱液可用于高盐矿井水零排放工艺以及煤炭下游产业链中,实现了浓缩液的非相变资源化,避免出现杂盐难处理的问题,同时也提高了废水的经济价值。

关键词：矿井水处理高盐矿井水双极膜电渗析浓缩液水解离矿井水资源化

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煤气发生站洗冷废水治理研究

环境污染与防治 1996年第5期18卷 5-7,4页

作者：何绪文中国矿业大学北京研究生部北京100083

研究了以活性炭作为吸附剂处理煤气发生站废水工艺,并摸索出一整套的工艺参数.实验结果表明,采用活性炭吸附工艺使出水水质得到明显改观,硫化物、氰化物和挥发酚的去除效率均达90%以上,对CODcr、氨氮的去除也收到了明显的效果.

关键词：废水处理活性炭吸附污染物煤气发生站

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微藻处理城市污水反渗透浓水的条件优化

环境工程学报 2023年第4期17卷 1365-1376页

作者：夏瑜常杰李沅珈王沛申欣宇胡怡然何绪文中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

城市污水回用是缓解水资源危机的有效措施。反渗透工艺是生产优质再生水的重要方法,但在实际应用过程中,25%~50%的城市污水会转化成反渗透浓水(ROC)。ROC的总氮(TN)、总磷(TP)和硬度离子(Ca2+、Mg2+)质量浓度等指标较高。利用微藻去除... 详细信息

城市污水回用是缓解水资源危机的有效措施。反渗透工艺是生产优质再生水的重要方法,但在实际应用过程中,25%~50%的城市污水会转化成反渗透浓水(ROC)。ROC的总氮(TN)、总磷(TP)和硬度离子(Ca2+、Mg2+)质量浓度等指标较高。利用微藻去除氮、磷和Ca2+、Mg2+是城市污水ROC处理的有效途径之一,且可实现资源回收,但目前对其应用条件的优化研究仍较少。利用微藻Scenedesmus sp. FACHB-1 574处理城市污水ROC,在不同总溶解性固体(TDS)质量浓度(1.35 g·L^(-1)和2.70 g·L^(-1))、光暗时间比(12 h/12 h、16 h/8 h、20 h/4 h、24 h/0 h)、光强(25μmol·m^(-2)·s^(-1)、50μmol·m^(-2)·s^(-1)、100μmol·m^(-2)·s^(-1))和氮磷质量比(107:1、14:1、7:1)的条件下,研究了微藻对污水的处理效果及其生长状况。结果表明,Scenedesmus sp. FACHB-1 574可适应城市污水ROC中TDS质量浓度为2.70 g·L^(-1)的条件;对TN的去除速率随光照时间和光强的增加而增大;氮磷质量比为14:1时微藻对TN的去除速率及微藻生物量等性能均得以强化。在最优处理条件下(光暗时间比20 h/4 h,光强100μmol·m^(-2)·s^(-1),氮磷质量比14:1)处理10 d后,微藻对城市污水ROC中TN和TP去除率分别为92.83%和99.68%,藻密度、质量浓度(干重)、脂质含量分别为23.62×10^(6)cells·mL^(-1)、1.10 g·L^(-1)、34.55%。随着微藻的生长,在无CO_(2)的条件下,废水的pH值从7.5升高到10.7,并可去除52.7%的Ca^(2+)和33.9%的Mg^(2+)。本研究可为微藻在城市污水处理及资源化工艺中的应用提供参考。

关键词：反渗透浓水微藻总溶解性固体光暗时间比光强氮磷质量比 Ca2+ Mg2+

UBAF-复极性三维电极法深度处理焦化废水

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煤炭学报 2010年第5期35卷 820-824页

作者：张春晖何绪文王皓张鑫中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 北京神州瑞霖环保科技有限公司北京100081

采用以焦粉为滤料的UBAF反应器对经过二级生化处理后的焦化废水进行深度处理,出水中COD和NH3-N含量分别为99.3～122.3mg/L和43.3～52.1mg/L,去除率分别为36.7%～48.6%和21.5%～34.8%。在极板间距为1cm,电解时间为120min,电解电压为15V... 详细信息

采用以焦粉为滤料的UBAF反应器对经过二级生化处理后的焦化废水进行深度处理,出水中COD和NH3-N含量分别为99.3～122.3mg/L和43.3～52.1mg/L,去除率分别为36.7%～48.6%和21.5%～34.8%。在极板间距为1cm,电解时间为120min,电解电压为15V的最佳条件下,采用UBAF-复极性三维电极反应器对经过二级生化处理后的焦化废水进行深度处理,出水中COD和NH3-N含量分别为31.3和13.7mg/L,去除率分别为83.3%和79.4%,COD和氨氮指标低于《钢铁工业水污染物排放标准》GB13456-1992中的焦化一级排放标准。

关键词：焦化废水 UBAF 复极性三维电极深度处理

钢渣-灰岩人工湿地脱除粪便污水高氮素的实验研究

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环境工程学报 2012年第1期6卷 104-108页

作者：黄玲何绪文华北科技学院环境工程系北京101601 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

构建小试系统研究了钢渣-灰岩垂直潜流人工湿地对粪便污水中高浓度氮素的降解效果。同时比较分析了填料填铺方式和表层填料对钢渣-灰岩垂直潜流湿地降解粪便污水氮素效能的影响。结果表明:当原水氨氮在42.72～272.60 mg/L,总氮在107.40... 详细信息

构建小试系统研究了钢渣-灰岩垂直潜流人工湿地对粪便污水中高浓度氮素的降解效果。同时比较分析了填料填铺方式和表层填料对钢渣-灰岩垂直潜流湿地降解粪便污水氮素效能的影响。结果表明:当原水氨氮在42.72～272.60 mg/L,总氮在107.40～689.35 mg/L内,钢渣-灰岩垂直潜流人工湿地出水氨氮和总氮浓度可分别达到13.57 mg/L和62.83 mg/L;从长期效果来看,大级配差的正反粒径混合填铺的填料结构更有利于钢渣-灰岩人工湿地保持氮素降解效能;表层的基质材料选择要充分考虑渗透性和复氧能力;钢渣不但对氨氮有吸附作用,而且为氨氮的挥发和硝化/反硝化作用创造有利环境;灰岩在钢渣协助下溶出钙离子以利于氨氮的阳离子交换,同时为铁自养反硝化菌和脱硫杆菌的自养反硝化作用提供碳源。

关键词：人工湿地垂直潜流氮钢渣灰岩