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Ti/PbO2阳极对剩余污泥的电化学减量过程研究

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Ti/PbO2阳极对剩余污泥的电化学减量过程研究

作者：路思佳西安理工大学

学位级别：硕士

活性污泥是污水处理过程中的必然产物,具有产量大、脱水难、处理费用高等特点。随着我国城镇污水的处理能力快速提高,污泥的产量也进一步急剧增加,而污泥的无害化处理和处置水平难以适应当前污泥快速增长的形势,因此,污泥的处理处置成... 详细信息

活性污泥是污水处理过程中的必然产物,具有产量大、脱水难、处理费用高等特点。随着我国城镇污水的处理能力快速提高,污泥的产量也进一步急剧增加,而污泥的无害化处理和处置水平难以适应当前污泥快速增长的形势,因此,污泥的处理处置成为目前污水处理厂应对的主要问题。为减轻污泥后续处置的压力就必须对污泥进行减量化处理,传统的污泥减量方式有生物法、物化法以及联合处理的方法等,但这些方法都分别存在稳定性差、能耗高、工艺复杂等缺点。近年来,电力行业的快速发展使电能成本大大降低,极大的推动了电化学技术的发展,电化学技术因其具有高效清洁、无二次添加污染、无土建等优势在污泥处理行业得到学者的广泛关注。本文采用电化学技术分别对污泥减量化处理,污泥溶胞机制,阳极修饰改性以及修饰改性后电极对污泥的减量处理几部分进行探究,具体如下:(1)Ti/PbO阳极的制备、表征以及对剩余污泥的减量化处理效果采用热分解法、电沉积法制备Ti/PbO阳极,通过对制备出电极电化学性能、催化性能等进行表征分析,结果表明,制备出的Ti/PbO阳极涂层紧实、致密、排列规整。120 min内对ARG色度去除率可达95.78%,具有较高的催化活性。同时电极具有良好的稳定性,其强化寿命可达70 h。将制备出的Ti/PbO阳极用于污泥的减量化处理,以混合液悬浮物固体浓度(MLSS)、混合液挥发性悬浮物固体浓度(MLVSS)、毛细吸水时间(CST)为指标,来衡量电化学过程中电压、时间对污泥处理效果的影响。并通过检测电化学处理前后污泥上清液中溶解性有机碳(DOC)、氮(N)、磷(P)、DNA、粒径变化规律,以及使用液相色谱-有机碳联用检测仪(LC-OCD)、电子扫描显微镜(SEM)分别对污泥上清液分子量分布规律和电化学处理前后污泥微观形态的变化进行检测,来进一步阐述电化学处理污泥的机理。实验结果表明,电化学技术对污泥有明显的溶胞效果,以减量效果与能耗大小为衡量指标,综合分析,当电压为20 V,处理时间为120 min时,电化学对污泥具有较好的处理效率,此条件下污泥MLSS去除率为33.4%,MLVSS去除率为35.8%,同时CST提高33%。(2)电化学对污泥的溶胞机制Ti/PbO阳极降解有机污染物主要包括直接氧化过程中电子的得失和间接氧化过程中产生具有强氧化性的各类活性物质,通过循环伏安曲线、自由基屏蔽、添加氯离子(Cl-)等方式探究在电化学处理污泥过程中起溶胞作用的是哪种氧化途径。实验结果表明,羟基自由基(·OH)是电化学处理污泥过程中起溶胞作用的主要活性物质,当溶液中含有一定浓度的硫酸根离子(SO42-)和Cl-时,可显著增强电化学处理污泥的溶胞效果,而直接氧化过程和间接氧化过程中产生的臭氧(O3)对电化学溶胞过程无明显促进作用。(3)Ti/PbO阳极的修饰改性及其对污泥减量化处理效果通过RGO、ACF对Ti/PbO阳极表面进行修饰改性,可以提高电极电化学性能。实验结果表明,当RGO与ACF的掺杂浓度分别为0.05 g/L、0.1 g/L时,电极·OH产率最高,同时析氧过电位、表面电荷传输速率、寿命都有所增强。将PbO-RGO(0.05)电极与PbO-ACF(0.1)电极用于剩余活性污泥的减量化处理研究,实验结果显示,污泥经PbO-RGO(0.05)电极与PbO-ACF(0.1)处理后,污泥MLSS、MLVSS、CST以及溶胞效率都有明显的提高作用,表明·OH产率的提高可以显著增强Ti/PbO电极对污泥的处理效果。

关键词：剩余污泥电化学减量溶胞电极改性

电化学对循环冷却水系统碳钢的结垢与腐蚀影响

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化工进展 2023年第4期42卷 2142-2150页

作者：路思佳李晓良赵会艳田志娟郑兴西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 中国石油化工股份有限公司洛阳分公司河南洛阳471012

为探究电化学对循环冷却水系统碳钢材料结垢和腐蚀的影响,构建了以Ti/RuO_(2)阳极和Ti网阴极为核心的电化学处理系统,将其分别与旋转腐蚀速率仪和循环冷却水动态模拟系统进行联用。首先通过除垢效果和电流效率对电化学系统进行参数优化... 详细信息

为探究电化学对循环冷却水系统碳钢材料结垢和腐蚀的影响,构建了以Ti/RuO_(2)阳极和Ti网阴极为核心的电化学处理系统,将其分别与旋转腐蚀速率仪和循环冷却水动态模拟系统进行联用。首先通过除垢效果和电流效率对电化学系统进行参数优化,实验结果显示,15V电压、120min处理时间为最优电化学处理参数。电化学联用旋转腐蚀速率仪实验结果显示,对于不同硬度的水质,电化学嵌入后均可降低碳钢表面垢沉积速率。XRD和SEM分析表明,碳钢表面水垢晶型以方解石为主转化为以文石为主。但当水质为软水时,电化学嵌入可明显加剧碳钢腐蚀速率;而当电化学嵌入硬水与高硬水水质时,挂片表面可形成均匀、致密的Fe3O4层,碳钢腐蚀速率由0.60mm/a、0.54mm/a分别降至0.47mm/a、0.32mm/a。电化学联用循环冷却水动态模拟装置实验结果显示,嵌入电化学模块后,循环冷却水模拟系统的污垢热阻均显著降低。经数据分析,当水质为软水时,嵌入电化学系统后碳钢腐蚀速率增大,而当水质为高硬水时,碳钢腐蚀速率分别由0.12mm/a、0.15mm/a降至0.10mm/a、0.13mm/a。表明电化学嵌入可显著降低系统水垢沉积速率,但水质硬度较低时,会带来腐蚀加剧风险。本研究为后续电化学技术的安全推广提供了参考依据。

关键词：电化学循环冷却水垢沉积腐蚀 Fe_(3)O_(4)层

活性碳纤维修饰PbO_(2)电极的制备及其对阿莫西林的降解解毒研究

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环境科学学报 2021年第10期41卷 3985-3992页

作者：李晓良路思佳郑兴杨鹤云西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西710048

采用电沉积法将活性碳纤维(ACF)修饰于PbO_(2)阳极表面,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电化学工作站等对其进行表征分析与优选.并以优选电极对典型抗生素阿莫西林(AMX)进行电催化降解,同时探究AMX在电催化过程中的降解效果与毒... 详细信息

采用电沉积法将活性碳纤维(ACF)修饰于PbO_(2)阳极表面,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电化学工作站等对其进行表征分析与优选.并以优选电极对典型抗生素阿莫西林(AMX)进行电催化降解,同时探究AMX在电催化过程中的降解效果与毒性演变规律.结果表明,ACF以"镶嵌"的方式被修饰于电极表层,且修饰后的电极析氧过电位、电荷传输速率、产·OH速率、稳定性等均有所提高.电催化降解结果显示,经120 min电催化处理,AMX去除率和矿化率分别达到70.69%、58.61%.基因毒理学测试结果表明,AMX毒性水平随电催化降解时间延长呈逐渐下降趋势,转录效应指数TELItotal数值由最初的1.96降至1.72.同时AMX经电催化处理后氧化应激、膜应激与一般应激表达均由强烈转为温和.

关键词：活性碳纤维 PbO_(2)阳极阿莫西林电催化降解毒性效应

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高活性阳极制备及阿莫西林降解中的毒性效应

中国环境科学 2021年第2期41卷 727-734页

作者：李晓良王雪邱晓鹏路思佳辛凤丹郑兴西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 西安交通大学环境科学与工程系陕西西安710049

采用电流调控方式制备多催化位点的高效Ti/PbO_(2)阳极,并对其形貌、晶型、电化学性能等进行表征,以常见抗生素阿莫西林(AMX)作为目标有机物,考察了阿莫西林在电催化降解中的毒性演变过程.结果表明,随沉积电流密度梯级升高,电极表层形... 详细信息

采用电流调控方式制备多催化位点的高效Ti/PbO_(2)阳极,并对其形貌、晶型、电化学性能等进行表征,以常见抗生素阿莫西林(AMX)作为目标有机物,考察了阿莫西林在电催化降解中的毒性演变过程.结果表明,随沉积电流密度梯级升高,电极表层形貌由“四棱锥型”向“菜花状”转变,但晶相仍为β-PbO_(2),同时电极伏安电荷量提高,膜阻抗降低.毒性检测结果表明,水体中AMX浓度与斜生栅藻的藻密度呈负相关,但对其叶绿素合成表现为“低浓度促进,高浓度抑制”效果.此外,优选制备电极对AMX具有较好的降解效果,AMX水体毒性水平随电催化降解呈现先升高后降低趋势,转录效应指数TELI_(total)值由最初1.54升至2.61,并经150min的持续电催化降为1.63.经110种基因应激结果表明,AMX在电催化降解中造成的细胞氧化应激与蛋白质应激最为明显.

关键词：电流调控 Ti/PbO2阳极阿莫西林电催化降解毒性效应

穿流式电解-吸附原位耦合强化染料降解与机理分析

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水处理技术 2023年第2期49卷 81-86,97页

作者：李晓良徐浩路思佳杨歆瑀延卫郑兴西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室 710048 西安交通大学环境科学与工程系陕西西安710049

为了提高电化学氧化效率,在阴阳两极间隙填充不同类型的吸附材料,设计了一种原位集成的穿流式电解-吸附耦合反应器(EA-R),并选取了典型染料酸性红G(ARG)作为模拟污染物。结果表明,电解耦合PANI/TiO_(2)吸附对ARG模拟废水呈现较好的处理... 详细信息

为了提高电化学氧化效率,在阴阳两极间隙填充不同类型的吸附材料,设计了一种原位集成的穿流式电解-吸附耦合反应器(EA-R),并选取了典型染料酸性红G(ARG)作为模拟污染物。结果表明,电解耦合PANI/TiO_(2)吸附对ARG模拟废水呈现较好的处理效果,脱色率和COD去除率远高于单独电解处理。同时,发现电解和PANI/TiO_(2)吸附之间存在协同效应。将四种常用填料(石英砂、天然沸石、焦炭和活性炭)分别与PANI/TiO_(2)均匀混合,以降低废水穿流阻力,提高EA-R渗水能力。结果表明,四种电解-吸附模式均具有协同效应,其中填充PANI/TiO_(2)+焦炭的EA-R对废水脱色和COD去除呈现最大协同系数(Sc),分别为62.5%和61.7%,同时相比与单独电解处理单位COD能耗下降65.3%。UV-Vis、FT-IR和GC-MS分析表明,ARG在电解过程中的降解机理非常复杂,包括氧化还原、电化学聚合、相互反应等,其中ARG分子偶氮双键更易受到破坏,导致废水脱色显著。

关键词：穿流式电解-吸附耦合协同效应染料废水降解机理

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绿色电化学法对污泥处理的研究进展

绿色电化学法对污泥处理的研究进展

中国环境科学学会2019年科学技术年会——环境工程技术创新与应用分论坛

作者：路思佳李晓良郑兴西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室

随着城市污水处理效率的提高以及新建污水厂数量的增多,污泥产量也随之增加。污泥中含有多种有毒有害成分,处理不当会对环境造成严重的二次污染。近年来,电化学处理技术因具有高效低耗、绿色清洁、装置简单、操作灵活等优点,受到学者广... 详细信息

随着城市污水处理效率的提高以及新建污水厂数量的增多,污泥产量也随之增加。污泥中含有多种有毒有害成分,处理不当会对环境造成严重的二次污染。近年来,电化学处理技术因具有高效低耗、绿色清洁、装置简单、操作灵活等优点,受到学者广泛关注。本文综合介绍了电化学处理污泥的研究进展,并对电化学处理污泥的机理、污泥减量效果、污泥脱水性能以及工艺联合等方面进行综述,同时提出电化学污泥处理工艺存在的问题以及未来的发展方向。

关键词：电化学法污泥减量污泥脱水工艺联合

来源： cnki会议评论

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硫酸根自由基高级氧化技术的发展及应用

现代化工 2020年第S1期40卷 49-53页

作者：王行梁李晓良王子郑兴路思佳朱惠良邵飞西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 国家环保设备质量监督检验中心江苏宜兴214200

硫酸根自由基(SO4-·)高级氧化技术近年来发展迅速.对过硫酸盐活化方式进行了系统的总结,比较了各方式的优点与不足,阐述了该高级氧化技术在环境治理领域中的应用,并对其应用前景及发展趋势进行了展望.

关键词：高级氧化硫酸根自由基活化方式环境治理应用前景

基于穿流式的电催化氧化降解全氟化合物的研究进展

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水处理技术 2023年第12期49卷 69-75,82页

作者：朱福艳李晓良路思佳王一帆赵会艳郑兴西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 中国石油化工股份有限公司洛阳分公司河南洛阳471012

全氟化合物(PFCs)因具有强稳定性、疏水疏油性、高表面活性等而被广泛应用,其远距离迁移及高水溶性加剧了水体污染,如何高效低耗处理含氟废水已成为水处理领域亟待解决的难题。其中,电催化氧化技术因其高效清洁、易操作、自动化程度高... 详细信息

全氟化合物(PFCs)因具有强稳定性、疏水疏油性、高表面活性等而被广泛应用,其远距离迁移及高水溶性加剧了水体污染,如何高效低耗处理含氟废水已成为水处理领域亟待解决的难题。其中,电催化氧化技术因其高效清洁、易操作、自动化程度高等优势,被广泛应用于PFCs的处理。而基于穿流式的电催化膜电极发挥了滤膜、电极和催化三重作用,解决了传统电催化氧化系统中传质传荷受限、活性物种利用率低、高能耗等难题,对PFCs深度降解研究意义重大。基于此,主要介绍不同类型电极对PFCs的降解,着重针对穿流式电催化氧化系统进行介绍,包括技术发展历程、膜材料、反应器类型等,探讨其强化机制、PFCs的降解机理和电催化膜电极污染防控策略,并对该技术的未来发展趋势进行总结展望。

关键词：穿流式电催化氧化膜电极全氟化合物强化传质

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欧盟科技创新战略及其对中欧科技合作的影响

中国科技论坛 2024年第1期 158-167页

作者：路蒙佳北京国际科技合作中心(北京港澳台科技合作中心) 北京100080

2021年,欧盟开始实施第九期框架计划,即“地平线欧洲”计划。本文介绍了“地平线欧洲”计划反映出的欧盟科技创新未来关键战略方向和对外科技合作原则,从高科技产品贸易、合作论文发表、科研项目合作等多个维度分析中国与欧盟的科技合... 详细信息

2021年,欧盟开始实施第九期框架计划,即“地平线欧洲”计划。本文介绍了“地平线欧洲”计划反映出的欧盟科技创新未来关键战略方向和对外科技合作原则,从高科技产品贸易、合作论文发表、科研项目合作等多个维度分析中国与欧盟的科技合作现状与重点合作领域,探讨欧盟科技创新战略变化对中欧科技合作的可能影响,并对新的国际形势下如何推进未来中欧科技合作提出对策建议。

关键词：欧盟地平线欧洲科技创新战略中欧科技合作