响应曲面优化烃类污染土壤热强化SVE修复工艺

采用热强化土壤气相抽提技术,优化影响烃类污染土壤处理效率的参数。在单因素实验的基础上,以通气速率、土量、水蒸气浓度为考察因素,以尾气中HC浓度达到750 mg·m~(-3)时的脱附时间为评价指标,采用Design-Expert响应曲面法,考察各影响因素的单独变量作用及交互作用对土壤中烃类组分去除速率的影响,建立二次多项式模型。单因素变量、通气速率与土量的交互项均对烃类污染物的去除速率有显著影响。模型优化结果显示,热强化SVE处理污染土壤的最佳工艺为通气速率81mL·min~(-1)、土量77mL、水蒸气浓度14%,模型预测最短脱附时间213.58min,实验验证结果的平均值是224min,测定值与预测值之间相对误差为4.88%。     

搅拌速率和时间对强化混凝去除微污染水中镍(Ⅱ)及有机物的影响

采用静态实验考察了投加高铁酸钾强化混凝的效果,通过控制不同的絮凝搅拌速率、絮凝时间及原水浊度来强化镍(Ⅱ)和有机物的去除。结果表明,絮凝搅拌速度和时间、原水浊度是影响镍(Ⅱ)和有机物的去除效果的重要因素。原水镍(Ⅱ)质量浓度为1 mg·L~(-1)、TOC为10 mg·L~(-1),在一级絮凝搅拌速率为200 r·min~(-1)、时间为2 min,二级絮凝搅拌速率为40 r·min~(-1)、时间为10 min,原水浊度为36.7 NTU时,出水剩余镍为0.018 mg·L~(-1),去除率达到98.2%,TOC去除率为58.8%,浊度去除率为73.8%。出水可满足《生活饮用水卫生标准》的要求。高铁酸钾强化混凝可作为给水厂应对镍污染的一种有效处理措施。     

基于HERA土壤分层风险评估的SVE修复方案优化

以新疆某石油炼化污染场地为研究对象,将场地土壤划分为4层,选取石油烃(C_5～C_7)为目标污染物,基于HERA (health and environmental risk assessment)软件开展土壤分层风险评估。结果表明:各土壤层的危害风险均超过可接受水平,修复目标值分别为161.20、182.58、316.75、450.24 mg·kg~(-1)。根据风险评估结果,提出场地土壤气相抽提(soil vapor extraction,SVE)修复方案,抽提井数量为20口,抽提流量为0.36 m~3·min~(-1),苯的去除量为56.71 kg·d~(-1),需要147 d将场地土壤中污染物的浓度降低到修复目标值以下。依据土壤层风险评估结果和土壤污染羽分布不同,优化了SVE抽提井井深和井筛深度设置,相对于寻常SVE修复设计,可降低修复成本,提高修复效率,预防过度修复,形成了一套基于HERA风险评估的SVE修复方案设计体系。     

生活污泥与煤混烧及热解特性

采用热重分析法,对生活污泥与煤以1∶1质量比混合的试样进行燃烧及热解实验研究,重点分析了升温速率对其热解及燃烧特性的影响,为煤泥混烧及热解技术的工业化应用提供理论支持。结果表明:煤泥混合样燃烧失重分为4个阶段,混燃过程中污泥与煤共同影响着混合试样的燃烧特性,随着升温速率从15℃·min~(-1)增加到50℃·min~(-1),其可燃性指数C增幅达60%和综合燃烧特性指数S提高了4倍多,燃烧性能得到明显提高;煤泥混合样的热解失重分为2个阶段,各阶段热解的挥发份最大析出速率(dw/dt)_(max)及挥发分析出特性指数D均随升温速率的升高而大幅增大,且试样总的挥发综合释放指数D从0.081 7×10~(-8)K~(-3)·min~(-2)增大到5.868×10~(-8)K~(-3)·min~(-2),可见升温速率越高,煤泥混合物的热解性能越好。     

载气含氧量及污染物浓度对土壤石油烃热脱附效率的影响

石油烃(TPHs)在土壤中难以降解,并具有生物毒性,异位热脱附(ESTD)在修复石油烃污染土壤方面极具应用潜力。采用实验室模拟异位热脱附装置,研究了热脱附载气含氧量及土壤石油烃污染浓度对可萃取石油烃(EPHs)中柴油段(DRO)和重油段(ORO)的5种组分去除率的影响。结果表明:在初始浓度为5 000～20 000mg·kg~(-1)时,在20 min内的脱附率均不超过50%;当初始浓度增加到40 000 mg·kg~(-1)、脱附时间为20 min时脱附率可以达到68.2%。热脱附时间为50 min时,40 000 mg·kg~(-1)污染土壤的残余浓度为407.1 mg·kg~(-1)。DOR组分相同时间的脱附率随污染浓度的升高而升高,ORO组分在50 min之内不能完全脱附,脱附率随着污染物浓度上升会出现先增大后减小的趋势。在250℃时,DRO中3个组分的去除率均随着气氛含氧量的增加而呈现明显的增长趋势。在400℃条件下,ORO中2个组分分别在含氧量为12%和15%时达到最高的去除率。本研究结果可为ESTD技术修复不同浓度的石油烃污染土壤的工程设计参数提供参考。     

生物法去除厌氧发酵所产沼气中的H_2S

对厌氧发酵所产沼气中的硫化氢(H2S)生物法去除进行了实验研究。结果表明,喷淋液流量、进气H2S浓度、反应温度、进气流量和溶解氧5个因素的较优值分别为40 mL·min~(-1)、3 000 mg·L~(-1)、31℃、120 mL·min~(-1)和0.5 mg·L~(-1)。当反应温度为31℃、溶解氧浓度为0.5 mg·L~(-1)时,通过正交实验确定的因素主次顺序分别是进气流量、喷淋液流量、进气H2S浓度,相应的最佳水平值分别为60 mL·min~(-1)、60 mL·min~(-1)和1 500 mg·L~(-1)。在最优工艺条件下,该生物系统的H2S去除率稳定,可达100%。     

非均相催化臭氧化降解水中苯酚动力学

在常温常压下对MgO催化臭氧化降解苯酚的动力学进行了详细研究,考察了MgO加量、臭氧投加量、pH值、苯酚初始浓度和反应温度对催化臭氧化降解苯酚废水的反应速率常数k的影响,分析了多相催化臭氧化的反应活化能,构建了反应动力模型。结果表明,臭氧对苯酚的催化降解遵循表观拟一级反应动力学,且反应速率常数k随着MgO加量(20~80 mg·L~(-1))的增加而增大,在MgO加量为40 mg·L~(-1)时达到0.185 7 min~(-1);随着臭氧加量(0.54~5.5 mg·min~(-1))的增加,k从0.030 49 min~(-1)增大到0.217 77 min~(-1);随着溶液初始pH(1.7~10.15)的升高,k从0.087 75 min~(-1)增加到0.205 49 min~(-1);随着初始苯酚浓度(50~400 mg·L~(-1))的增加,k从0.253 68 min~(-1)降低到0.036 82 min~(-1);随着反应温度(10~50℃)的增加,k从0.120 62 min~(-1)增加到0.466 46 min~(-1)。证明了催化臭氧化降解苯酚的表观反应速率常数分别与催化剂加量、臭氧加量、pH和反应温度成正相关,与苯酚初始浓度则成负相关。反应活化能较低(Ea=2.616 7×104J·mol~(-1)),并且动力学模型计算数值与实际数据吻合良好(平均相对误差为8.9%)。     

土壤气相抽提法去除红壤中挥发性有机污染物的影响因素研究

土壤气相抽提技术(SVE)是一种安全、经济、高效的土壤治理技术,广泛应用于不饱和土壤中挥发性有机污染物的去除.本实验以我国南方典型土壤红壤(粘性较大的土壤)为实验土样,选用最常见的挥发性有机物苯作为污染物,采用一维土柱通风模拟SVE过程,研究了通风流量、土壤含水率以及间歇操作对苯污染红壤去污过程的影响.结果表明,在各土柱垂向气相中苯浓度变化趋势一致,通风初期浓度迅速降低后进入长时间的拖尾阶段,拖尾阶段初期进行间歇操作可降低能耗达到较经济的治理效果.通风流量与土壤含水率是影响净化时间和修复效果的重要因素,两者均存在最佳值.当通风流量为600 mL/min,含水率为17.2%时本实验净化时间降低为36 h,去除率为99.9%,达到了最佳的治理效果.     

转炉钢渣中铁组分的氧化改质与磁选回收

在不同工艺参数下对转炉钢渣进行了固相氧化改质,并对改质后钢渣进行了磁选处理,分析对比了干式磁选和湿式磁选对改质钢渣的磁选效果。实验结果表明:通过氧化改质处理,能够使钢渣中无磁性铁氧化物向有磁性镁铁尖晶石发生转变,后者可通过磁选进行有效分离。原钢渣进行氧化改质的最佳加热温度和气体通入速率分别为1 100℃和7.5 L·min~(-1)。钢渣通过固相改质后,更容易获得高回收率的高品位精矿,对钢渣的磁选宜为湿式弱磁选,实验范围内磁选工艺的最佳磁感应强度为0.102 T。在加热温度1 100℃,保温时间30 min,气体通入速率7.5 L·min~(-1)的条件下,改质钢渣产率达到22%,铁品位达到62%,回收率达到64.95%。     

筒仓式堆肥反应器不同通风量对堆肥效果的影响

使用筒仓式堆肥反应器,利用含水率为70%的鸡粪作为堆肥原料,分别向堆料中通入12、6和2.4 m~3·min~(-1)3种不同的通风量,研究不同的通风量对堆肥效果的影响。研究表明,合理的通风量对于堆肥的快速发酵非常重要,通风量为12 m~3·min~(-1)时堆肥效果最佳。当通风量为6 m~3·min~(-1)和2.4 m~3·min~(-1)时,堆体的全氮含量最终都有所下降,说明其通风量不能满足堆体快速发酵对氧气的需求,所以堆体内发生了部分厌氧反应。而6 m~3·min~(-1)的通风处理全磷的增加量最大,说明此处理减少了物料中磷的损失,增加了有效磷的含量。当通风量为12 m~3·min~(-1)时,与其他2个处理相比,高温期持续时间更长,有机质降解量更大,氮磷等养分的增加量更大,种子发芽率也更高,这些都说明了通风量为12 m~3·min~(-1)时堆肥效果最佳。     

电阻加热条件优化及其对污染土壤中苯并(a)芘的去除

电阻加热(electrical resistance heating, ERH)是处置挥发性、半挥发性有机污染土壤极具应用潜力的技术之一。基于实验室模拟电阻加热和热传导加热(thermal conductive heating, TCH)小试装置,研究了土壤电阻加热的优选条件及其对土壤中苯并(a)芘(benzo(a)pyrene,BaP)去除率的影响以及土壤中BaP在电阻加热和热传导加热过程中的热脱附动力学。结果表明:土壤水分、盐分、电场强度显著影响土壤ERH升温速率与最高加热温度;在ERH最优条件为8 V·cm~(-1)的电场强度下,添加6 mL的0.1%NaCl溶液,每30 min须补水6 mL,最终BaP去除率为51.56%;在ERH过程中温度变化与电流变化基本同步,土壤水分和持温时间是去除土壤中BaP的重要影响因素;BaP在土壤中去除过程符合抛物线扩散模型,说明BaP在土壤中的去除以微孔扩散为主,去除率受加热时间影响大。本实验结果可为电阻加热技术修复BaP污染土壤提供参考。     

投加方式和通风速率对脱水污泥堆肥效果的影响

为了在降低能耗的前提下获得更高的污泥堆肥效率和提高堆肥产品质量,利用梨形筒式好氧堆肥反应器,设置2种物料投加方式和3种通风速率,研究堆肥过程中温度、含水率、总氮以及发芽指数(GI)的变化特性。结果表明,与间歇式堆肥相比,连续式堆肥可以显著提高堆体温度和堆体腐熟度,降低堆体含水率及缩短腐熟期,但氮素损失也显著增大(P0.01);连续式堆肥的处理效率是间歇式的2.11倍,能耗降低了52.60%。通风速率为1.95 L·min~(-1)的连续式堆肥,堆体维持高温时间最长,且最终温度稳定在较高温度47~48℃,堆末含水率最低,氮素损失处于三者的中间水平,腐熟期最短。综合分析,在通风速率为1.95 L·min~(-1)的连续运行方式下,梨形筒式反应器用于污泥稳定高效堆肥是可行的。     

微波修复氯丹污染土壤中氯丹降解的影响因素研究

对微波修复氯丹污染土壤进行研究,重点考察了含水率、微波辐射时间、碱浓度、活性炭添加量和土壤量对其中氯丹降解的影响。结果表明:(1)总体上,氯丹降解率随着含水率的增加而先增加后减少,随着微波辐射时间的延长而增加。当含水率为20%、微波辐射15min后,α-氯丹和γ-氯丹的降解率分别增加到65%和56%。(2)总体上,氯丹降解率随着微波辐射时间的延长而不断增加,7min后氯丹的降解过程基本趋于平衡。10mol/L氢氧化钠溶液存在条件下氯丹降解效果最好,15min时α-氯丹和γ-氯丹的降解率分别为94%和82%。(3)氢氧化钠溶液最佳摩尔浓度为10mol/L。(4)添加1.0g活性炭条件下,氯丹降解率随着微波辐射时间延长而迅速增加,15min时α-氯丹和γ-氯丹的降解率分别为98%和94%。(5)当土壤和活性炭的质量比固定为15∶1时,随着土壤量的增加,氯丹降解率明显增加。     

CeO_2-CuO/粉煤灰吸附SO_2/NO性能分析

利用室温液相浸渍法将粉煤灰制备成CeO_2-CuO/粉煤灰,提高了粉煤灰对SO_2/NO的吸附效率。采用XRF、XRD、SEM等手段对其进行表征测试,结果表明,粉煤灰的晶相结构主要为石英和莫来石,且改性后表面变得更为粗糙,孔隙增多。利用吸附反应装置优化SO_2/NO的反应条件,结果表明:在样品量为0.3 g、温度为50℃、SO_2流速为8 mL·min~(-1)、O_2流速为4 mL·min~(-1)时,CeO_2-CuO/粉煤灰对SO_2吸附效果最佳;在样品量为0.4 g、温度为70℃、NO流速为6 mL·min~(-1)、O_2流速为4 mL·min~(-1)时,对NO吸附效果最佳。共吸附会降低各自的吸附效率。利用原位FTIR分析表明:SO_2在CeO_2-CuO/粉煤灰表面主要生成硫酸盐和亚硫酸盐物种;NO则主要生成硝酸盐和亚硝酸盐物种。     

氢气压力和进水流速对氢基质生物膜反应器同步去除溴酸盐和高氯酸盐的影响

为了考察氢基质生物膜反应器(MBfR)中氢气压力和进水流速对溴酸盐(BrO_3~-)和高氯酸盐(ClO_4~-)同步去除的影响,基于短期系列实验,研究了不同氢气压力和进水流速下BrO_3~-和ClO_4~-的去除效率、去除通量、当量电子转移通量及还原反应动力学。结果表明:氢气压力从0.02 MPa提高至0.08 MPa时,BrO_3~-和ClO_4~-的去除率分别升高了12.5%和17.2%,去除通量分别升高了0.001 2 g·(m~2·d)~(-1)和0.002 g·(m~2·d)~(-1),但BrO_3~-和ClO_4~-去除率并未随氢气压力持续升高而呈线性升高趋势;当进水流速从1.0 mL·min~(-1)提高至4.0 mL·min~(-1)时,BrO_3~-和ClO_4~-的去除通量由0.005 g·(m~2·d)~(-1)和0.006 g·(m~2·d)~(-1)分别升高至0.014 g·(m~2·d)~(-1)和0.017 g·(m~2·d)~(-1),但BrO_3~-和ClO_4~-的去除率BrO_3~-和ClO_4~-的去除率明显降低;结合还原反应动力学研究,MBfR运行效能最佳的氢气压力和进水流速分别为0.04～0.06 MPa和2.0 mL·min~(-1)。生物膜当量电子转移通量分析表明,反硝化对电子供体(氢气)的竞争性抢夺比BrO_3~-和ClO_4~-还原更加激烈;还原反应动力学级数揭示了BrO_3~-和ClO_4~-还原对进水流速加快的敏感性比氢气压力变化更加强烈。为了获得更高的污染物去除效能,可以适当控制进水流速和水中共存NO_3~--N的竞争性抑制。     

臭氧预处理对剩余污泥特性及厌氧消化的影响

研究了臭氧预处理对剩余污泥特性及厌氧消化的影响,考察了臭氧投加量对污泥特性的影响,并进行了预处理后污泥厌氧消化产气的实验。结果表明,当臭氧处理时间为15 min时,污泥上清液中SCOD含量达到最高为1 006.08 mg·L~(-1),较未处理污泥提高了420.85%。污泥上清液中蛋白质和多糖含量在臭氧处理时间为10 min时达到最高。氨氮的含量在15 min时达到最大值。三维荧光结果显示随着臭氧投加量的增加污泥中的富里酸类物质有不同程度的减少,在臭氧处理时间为20 min时富里酸类物质减少量最为明显。显微镜和扫描电镜结果显示随着臭氧投加量的增加污泥中的微生物细胞结构受到了不同程度破坏。厌氧消化结果显示当臭氧处理时间为10 min时,污泥产甲烷率达到最高为318.39 m L·(g·VS)-1,较空白对照组提高了396.00%。     

臭氧催化氧化-BAF组合工艺深度处理抗生素制药废水

针对抗生素制药废水组分复杂、毒性强、难生物降解的特点,以Ce负载天然沸石作为催化剂(Ce/NZ),采用臭氧催化氧化-曝气生物滤池(BAF)组合工艺对抗生素制药废水二级生化处理出水进行深度处理。结果表明,Ce/NZ催化剂可显著改善臭氧预处理单元的处理效率,在臭氧进气浓度为50 mg·L~(-1)、臭氧进气量为600 mL·min~(-1)、催化剂用量为1 g·L~(-1)、臭氧反应时间为120 min的条件下,臭氧催化氧化预处理对抗生素制药废水的COD去除率达到43%,平均COD由220 mg·L~(-1)降至125 mg·L~(-1),BOD_5/COD由0.12升至0.28,废水的可生化性得到显著提高。臭氧预处理单元出水采用BAF进行生化处理,在进水平均COD为125 mg·L~(-1)、平均NH_4~+-N为12 mg·L~(-1)、水力停留时间为4 h、气水比为4∶1的条件下,COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为62%和64%。组合工艺处理后出水平均COD和NH_4~+-N分别为46 mg·L~(-1)和4.1 mg·L~(-1),出水水质可以稳定达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》(GB 21903-2008)。相较于单独BAF工艺,组合工艺出水COD和NH_4~+-N平均去除率分别提高了66%和15%,出水水质明显优于单独BAF工艺出水。     

超声强化淋洗修复Pb、Cd、Cu复合污染土壤

针对传统淋洗法修复土壤中重金属效率较低的问题,研究了超声强化淋洗技术以提高重金属去除率。以铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)为目标污染物,在0.05 mol·L~(-1)柠檬酸、0.05 mol·L~(-1)EDTA和0.05 mol·L~(-1)皂角苷作为淋洗剂条件下,使用传统振荡、超声强化以及超声波加振荡3种不同的作用方式,对Pb、Cd、Cu的去除率进行比较,并对3种不同淋洗方式后Pb、Cd、Cu的形态变化进行了探讨。结果表明,当使用柠檬酸和皂角苷作为淋洗剂进行振荡淋洗时,重金属洗脱效果不理想。超声对于强化柠檬酸洗脱效果并不明显,而对于强化皂角苷洗脱重金属效果明显,平均去除率提高了120.47%。当淋洗剂为EDTA时,土壤样品在传统振荡2 h作用下,对Pb、Cd、Cu的去除率依次为50.33%、76.65%和47.35%,而在超声波30 min条件下对Pb、Cd、Cu的去除率依次为82.19%、83.31%和53.89%,平均去除率高出28.60%,可显著提高重金属去除率,缩短淋洗时间。但超声波30 min加传统振荡2 h相较于单纯超声强化效果提升不明显。通过对比3种淋洗方式后土壤中的Pb、Cd、Cu形态发现,酸可提取态的重金属在超声强化作用后有明显降低,同时超声强化对于铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态也具有较好的去除能力。因此,超声强化在化学淋洗中的应用具有一定的可行性,是一种简单、极快速去除污染场地中重金属Pb、Cd、Cu的增效手段。     

臭氧高级氧化法降解生化尾水中喹啉

采用O_3、O_3/UV、O_3/H_2O_23种工艺对喹啉的去除、矿化效果,生化性提高及降解规律等方面进行了对比分析,结果表明,单独H_2O_2、单独UV不能有效地降解喹啉;单独O_3、O_3/H_2O_2对喹啉有一定的去除效果,但两者差别不大;反应时间为6 min时,喹啉去除率分别为78.7%和79%,反应30 min时,喹啉的矿化率为33.4%和38.2%;O_3/UV工艺明显优于前2种,在6 min内,喹啉基本降解完全,30 min矿化率超过90%;3种工艺的降解过程都很好地满足伪一级动力学规律,O_3/UV的表观反应速率常数(0.7204 min~(-1))大于单独O_3(0.2832 min~(-1))和O_3/H_2O_2(0.29 min~(-1))工艺的表观反应速率常数;采用O_3/UV工艺处理实际工业园区生化尾水,6 min内喹啉降解完全,30 min时,COD去除率为88%,TOC的去除率达到89%,UV254的去除率为96%,出水指标达到《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准。     

基于超声波-微波耦合效应的石油烃类污染土壤的热脱附规律与参数优化

以邻二甲苯为石油烃类污染物代表,以污染土壤质量的减少量以及冷凝液质量的增加量表征土壤污染物的平均脱附效率,研究了微波-超声波耦合热源处理石油烃类污染土壤的脱附规律。结果表明,在超声波功率恒定(800 W)情况下,增大微波功率(从200 W增到400 W),能显著提升装置内反应温度(从128.3℃增到270.1℃),显示了微波较强的热效应;在微波功率恒定(350 W)情况下,增大超声波功率(从600 W增到1 400 W),对装置升温效果影响不明显(从169.4℃增加到187.9℃),表明了超声波较弱的热效应。超声波/微波耦合热源修复壤土的最优工艺参数为土水比20∶1、超声波功率800 W、微波功率350 W、辐照10 min,相应的最高污染物平均脱附率为77.28%,处理效果优于单热源条件。对于不同的土壤粒径及有机质含量,不同类型土壤的平均脱附率排序为砂土(88.36%)壤土(64.29%)黏土(52.61%);综合考虑土壤介电损耗因子、土壤比热容、土壤通透性影响的结果,土水比最优值设为10∶1;综合考虑土壤颗粒单层吸附/多层吸附作用的结果,土壤污染物浓度最优值为8%(砂土)、4%(壤土、黏土)。