Optimizing electrocoagulation process for the treatment of biodiesel wastewater using response surface methodology

The production of biodiesel through a transesterification method produces a large amount of wastewater that contains high levels of chemical oxygen demand (COD) and oil and grease (O&G). Currently, flotation is the conventional primary treatment for O&G removal prior to biological treatments. In this study, electrocoagulation (EC) was adopted to treat the biodiesel wastewater. The e ects of initial pH, applied voltage, and reaction time on the EC process for the removal of COD, O&G, and suspended solids (SS) were investigated using one factor at a time experiment. Furthermore, the Box-Behnken design, an experimental design for response surface methodology (RSM), was used to create a set of 15 experimental runs needed for optimizing of the operating conditions. Quadratic regression models with estimated coe cients were developed to describe the pollutant removals. The experimental results show that EC could e ectively reduce COD, O&G, and SS by 55.43%, 98.42%, and 96.59%, respectively, at the optimum conditions of pH 6.06, applied voltage 18.2 V, and reaction time 23.5 min. The experimental observations were in reasonable agreement with the modeled values.     

响应曲面法优化物理活化制备羊骨基活性炭工艺

为通过物理活化法制备羊骨活性炭,采用响应曲面(Response surface methodology,RSM)实验设计,以活化温度、活化时间、CO2流量为试验因素,以碘吸附值为响应值,建立数学模型,工艺条件进行优化。结果表明:最佳工艺条件为活化温度476.05℃、活化时间9.34 min、CO2流量159.4 mL/min,在此条件下碘吸附值为411 mg/g;通过对碘吸附值曲面方程和二次多项回归方程解逆矩阵得知该方程的预测值与实际值之间具有较好的拟合度。     

悬挂式生物膜载体处理果糖废水的响应面优化

文章在单因素实验的基础上,采用Box-Benhnken设计,选取进水初始浓度、进水流量及pH为工艺考察参数,对生物膜载体悬挂式自然供氧处理果糖有机废水的工艺进行响应面法优化。确定最佳工艺条件为:初始浓度181.315 mg/L、pH6.996、进水流量1.978 mL/s。此条件下,出水COD浓度可达到18 mg/L,去除率为90.12%。     

新型高分子螯合-絮凝剂制备条件的响应面法优化

以壳聚糖为原料,采用化学合成法将二硫代羧基引入到其高分子链上,制备出一种新型高分子螯合-絮凝剂二硫代羧基化壳聚糖(R′-N-(C=S)-SNa,简称DTCTS).以水样中Cd(Ⅱ)的去除率为考察对象,在单因素实验法的基础上,选取了制备DTCTS的主要影响因素,并采用中心复合设计实验和响应面分析法对DTCTS制备条件进行了优化.结果表明,建立的二次多项式模型回归性显著而失拟项不显著,决定系数R2为0.9829,模型拟合性良好;DTCTS最佳制备条件为:反应物CTS/CS2/NaOH摩尔比1:1.5:2、预反应时间30min、主反应温度60℃,此条件下制备的DTCTS对Cd(Ⅱ)的去除率可达99.52%,与模型预测值相对偏差为0.05%,模型可靠.     

磁性壳聚糖改善污泥脱水性能的研究

采用天然壳聚糖为原料,戊二醛为交联剂,Fe₃O₄为磁核制备磁性壳聚糖,以改善污泥脱水性能.考察了磁性壳聚糖投加量、污泥pH值、调理时间对磁性壳聚糖改善污泥脱水性能的影响,探讨了磁性壳聚糖的作用机理,并通过响应面法研究了磁性壳聚糖和CPAM复配处理污泥对污泥脱水性能的影响.结果表明,保持污泥pH值为6.8时,经20mg/L的磁性壳聚糖调理30min后,污泥比阻（SRF）和含水率（MC）分别由原污泥的13.8×10¹²m/kg和98.7%降低至4.8×10¹²m/kg和75.5%,说明磁性壳聚糖明显改善了污泥脱水性能.响应面实验所拟合的响应值为污泥SRF的二次模型P（Prob>F）<0.05、R²=0.98>0.90,响应值为污泥MC的二次模型P（Prob>F）<0.05、R²=0.95>0.90,表明模型显著,且实验设定变量之间的相关性较好.根据响应值的分布情况,确定污泥脱水的最佳条件为磁性壳聚糖18mg/L、CPAM26mg/L、调理时间27min,相应SRF和MC分别为3.3×10¹²m/kg和59.5%,污泥脱水效果较单独采用磁性壳聚糖或CPAM时得到了明显的提高.     

生物絮凝剂与改性沸石复配处理猪场废水厌氧消化液的响应面优化

采用响应面分析法(RSM)对红平红球菌所产发酵液与聚合氯化铝(PAC)复配处理高岭土悬浊液及发酵液与改性沸石复配处理猪场废水厌氧消化液的过程进行了优化.设定的响应值分别为絮凝率和絮体粒径,COD和氨氮去除率.实验分别拟合了关于絮凝率,絮体粒径,COD去除率和氨氮去除率的二次模型,决定系数(R2)分别为0.8933,0.8353,0.7819和0.8343,表明拟合情况良好.根据响应值的分布情况,确定高岭土悬浊液的最佳絮凝条件为发酵液3.7mL/L,PAC 49mg/L,pH值8.7,CaCl224mg/L, 反应时间15min,相应絮凝率和絮体粒径分别为96.3%和0.67mm;猪场废水厌氧消化液的最佳絮凝条件为发酵液4.5mL/L,改性沸石12g/L,pH值8.3,CaCl216mg/L,反应时间55min,相应COD,氨氮去除率分别为87.9%和86.9%.     

均相Fenton法深度处理丙烯腈生化尾水

采用均相Fenton法深度处理丙烯腈生化处理工艺尾水,通过单因素法分析了H_2O_2投加量、Fe~(2+)投加量、初始p H值和反应时间对尾水COD去除率的影响;并采用中心响应曲面法优化Fenton处理的工艺参数,得到最佳反应条件为:Fe~(2+)投加量为1.02 mmol·L-1,H_2O_2投加量为11.13 mmol·L~(-1),初始pH值为3.66,反应时间为105 min,COD去除率达到61.1%.处理后尾水COD值低于50 mg·L~(-1),可满足石化行业一级排放标准.Fenton工艺对尾水中特征污染物均有较好的去除效果,最佳反应条件下丙烯腈、间苯二甲腈、3-氰基吡啶的去除率分别为99.5%、97.6%、73.7%;Fenton法对3种特征污染物的降解能力从大到小依次为:丙烯腈间苯二甲腈3-氰基吡啶.三维荧光光谱分析表明,尾水中存在大量类富里酸荧光物质,其中,紫外区类富里酸含量最高,Fenton工艺在较短反应时间和较少的试剂投加量条件下,便可有效地去除这类难降解物质.     

响应面法优化曝气微电解预处理榨菜废水工艺

采用曝气微电解预处理高盐高氮磷的榨菜废水,主要考察了反应时间、pH值、铁碳体积比对COD、磷酸盐去除效果的影响,并利用响应面法设计回归正交试验,优化反应条件.通过Design-Expert数据处理软件可得到一个二次响应曲面模型,获得最佳反应条件是反应时间3.86 h,pH值为3.67,铁碳体积比为1.06,其COD去除...     

均相Fenton法处理干法腈纶废水工艺优化与分析

采用均相Fenton法处理干法腈纶废水,并通过单因素试验和基于中心组合设计的响应面法考察了H2O2投加量、Fe2+投加量、初始pH值及反应时间的影响及其交互作用.同时,建立了以COD去除率为响应值的二次响应曲面模型,并采用方差分析对模型进行了验证.结果表明,影响COD去除效果的各因子显著性顺序依次为:Fe2+投加量>H2O2投加量>初始pH值>反应时间;Fe2+投加量与初始pH值的交互作用最为显著;反应最优组合条件为:H2O2投加量90.0mmol.L-1,Fe2+投加量30.0mmol.L-1、初始pH值3.1,反应时间113.6min,该条件下COD去除率为47.1%,与模型预测值48.5%基本一致.     

餐饮废物制取燃料乙醇发酵条件研究

通过单因素试验选取试验因子,并根据Box-Benhnken的中心组合试验设计原理,在单因素试验基础上采用四因素三水平响应面分析法,以乙醇含量为响应值,对发酵条件进行优化.结果表明,发酵温度、发酵时间、初始pH和接种量与乙醇含量存在显著相关性.最佳发酵条件为发酵温度33.8℃、发酵时间101.5h、初始pH=4.6、接种量16.6%.通过实验室小试,在最优发酵条件下,乙醇含量可达到6.93%,乙醇发酵效果较好.还原糖利用率达到88.7%,每吨干物质原料可产192.8L乙醇.     

响应面法优化厌氧上清液除磷的研究

在用铁盐对厌氧段富磷上清液进行化学磷沉淀以实现磷的回收和达标排放的SBR系统中,为了减少铁盐化学除磷残余物可能对生物处理系统的影响,采用Box-Benhnken中心组合试验原理和响应面分析法,选择Fe:P、混凝搅拌强度、絮凝搅拌强度、搅拌时间等为自变量,残余铁离子为响应值,研究自变量之间的交互作用,以期优化化学除磷条件.通过Design-Expert 8.0软件得到1个二次响应曲面模型. 得出最佳除磷条件: Fe:P比为1.40:1,搅拌强度为275r/min,快速搅拌时间为30s,絮凝搅拌强度为60r/min,絮凝时间为18min,沉淀时间为20min.在此条件下,化学混凝后残余铁离子浓度为0.37mg/L,化学除磷率大于97.66%.     

天然活化沸石负载壳聚糖对高氟水的处理

为提高天然沸石对氟的吸附能力,采用活化天然沸石负载壳聚糖改性处理,研究了除氟剂的性能,确定了除氟剂的最佳改性条件:2.0%冰醋酸溶液,壳聚糖浓度为0.05 g/mL,壳聚糖:沸石(质量比)=0.07,室温下改性5 min。最适除氟条件:pH=6.0,粒径1~2 mm,100 r/min的速度搅拌反应50 min,静置0 min。吸附剂对F-的吸附过程符合Langmuir吸附等温线,对氟离子的饱和吸附容量为10.63 mg/g。     

水源水库贫营养好氧反硝化菌群脱氮特性研究

为削减微污染水库中氮素的浓度,通过对西安市李家河水库沉积物进行定向富集驯化,筛选出以Pseudomonas菌为主、具有高效好氧反硝化特性的混合菌群-A1.摇床实验表明,贫营养好氧反硝化菌群A1在15h时硝酸盐氮去除率可达93.39%,硝酸盐氮平均去除速率为0.2073mg/（L·h）;总氮去除率为52.11%,总氮平均去除速率为0.1153mg/（L·h）,无亚硝酸盐积累.氮平衡分析表明,约45%的初始氮被去除转化为气体产物.响应面法（RSM）结果表明,C/N比9.96,温度22.67℃,pH8.01,转速91r/min,溶解氧8.55mg/L是去除总氮（TN）的最优条件.     

低温热水解和超声联合破解污泥优化工艺的参数研究

针对国内低温热水解和超声联合技术应用于低有机质剩余污泥厌氧消化预处理领域的实验研究和工艺参数缺陷问题,探讨了低于100℃的低温热水解和超声波技术联合破解剩余污泥的技术可行性及工艺参数的优化.以热水解温度和超声能量为控制参数,以污泥破解度、溶解性蛋白质和多糖浓度为分析指标,通过Box-Behnken设计实验,并根据响应曲面法(RSM)构建了污泥破解的二次多项式预测模型,进而得到各影响因素作用下的最佳破解工艺参数.结果表明,温度对污泥破解的影响较超声能量明显.低温热水解和超声联合作用下,最佳工艺组合为温度80℃和超声能量12000kJ/kgTS,该工艺下的污泥破解结果为污泥破解度39.01%,溶解性蛋白质1360.59mg/L和多糖334.52mg/L,该结果与预测值吻合度较高,表明响应曲面模型所得参数较为可靠,能够为实际应用和推广提供参考.     

γ-聚谷氨酸絮凝剂培养条件及处理啤酒废水研究

利用均匀设计安排试验,用曲线回归分析创建数学模型的方法研究了枯草芽孢杆菌产γ-聚谷氨酸絮凝剂培养条件,结果表明:其最佳培养条件是蔗糖添加量2.2%、酵母膏添加量0.6%、谷氨酸钠4.5%、pH7、温度33℃、摇床转速215r/min。创建了6因素之间的数学模型:Y=(-9.4X12+42.1X1-71.3X22+89.0X2-3.6X32+32.7X3-9.9X42+139.9X4-0.44X52+29.2X5-0.0016X62+0.69X6-793.3)/6。同时利用γ-聚谷氨酸絮凝剂对啤酒废水进行COD去除试验,结果显示:pH值在7.8、100mL废水中絮凝剂的添加量为3mL和1%CaCl2用量为1.9mL时,COD去除效果最佳,并建立了相应的数学模型,在最佳工艺条件下的COD去除率可达66%。     

芬顿试剂与DDBAC联合调理污泥的工艺优化

研究了不同pH值下芬顿试剂(H2O2/Fe2+)与表面活性剂(DDBAC)联合调理对污泥脱水性能的影响,以污泥滤饼含水率(WC)和毛细吸水时间(CST)作为评价指标进行单因素试验,得出pH值以及药剂投加量最佳范围.然后通过以响应曲面优化法(RSM)为依据的Box-Behnken试验,建立了WC和CST减少率二次多项式预测模型,进而得到各影响因素的最优值.结果表明,联合调理过程中pH=3.91,H2O2、Fe2+和DDBAC的投加量分别为47.60, 38.60, 58.20mg/g时, WC降至60.26%, CST减少率升至89.89%, 污泥脱水性能明显改善.同时,在最优条件下进行了验证试验,试验结果与模型预测值基本吻合,表明基于响应曲面法所得的最佳工艺参数准确可靠,对相关污泥处理及条件优化具有一定的指导意义.     

活性炭吸附处理锂电池厂含酯废水及微波再生实验

采用活性炭吸附的方法对锂电池产生的含酯废水进行预处理,研究了吸附时间、初始pH值和活性炭投加量对废水COD去除的影响.吸附饱和后的活性炭用微波进行再生,考察了辐照时间、微波功率及再生次数对活性炭再生效果的影响.结果表明,当活性炭投加量为10g/L时,吸附60min,含酯废水的COD去除率为69.5%,可生化性从原水的0.05提高到0.25.当微波功率为420W、辐照时间为6min时,活性炭可被有效地再生,再生效率高达98.0%,活性炭损失率约为5.2%.再生前后活性炭的红外光谱图表明,活性炭表面官能团发生了变化,促进活性炭对污染物质的吸附.     

新型复合混凝脱色剂处理印染废水试验研究

针对某印染厂生产废水,以COD和色度为指标,用混凝试验方法研究了新型复合混凝脱色剂SE对印染废水的处理效果,并探讨了SE投加量及pH值、沉淀时间、搅拌强度对其混凝效果的影响,利用SE与 PAC 和PFS进行了对比试验.结果表明,SE可有效地去除印染废水中的COD和色度,当pH为8～10、沉淀时间为30 min、搅拌强度为75 r/min、投药量为155 mg/L时,去除效果最佳,COD和色度的去除率最高可达83%、94%;相对于PAC 和PFS,SE产生的絮体大而密实,沉降速度快,产生污泥量少,药剂用量少,最佳出水水质为：COD为139 mg/L,色度为37.证明SE是印染废水处理高效实用的复合型混凝剂.     

高效产絮凝剂荧光假单胞菌C-2培养条件优化应用

以筛选出的一株高效产絮凝剂荧光假单胞菌C-2为菌种,采用单因素试验方法确定最佳碳源为葡萄糖,最佳氮源为黄豆饼粉。采用正交试验设计方法,对该菌产絮凝剂的培养条件进行优化研究,结果表明:菌株产絮凝剂的最佳培养条件是碳源为葡萄糖(20.0g/L),氮源为黄豆饼粉(4.0g/L),培养温度为30℃,培养基初始pH值为8.0,通气量为160r/min,在此培养条件下,对高岭土悬浊液絮凝率达93.52%。最佳培养条件下产生的絮凝剂用于多种实际废水的净化,其中对色度和浊度的去除率均在80%以上,对COD的去除率为52.67%～85.22%。     

脱硫石膏基羟基磷灰石对Cu2+吸附性能的研究

以燃煤电厂废弃物脱硫石膏(FGD)为主要原料,利用水热合成法制备羟基磷灰石(FGD-HA),利用XRD和SEM对FGD-HA的物相组成和微观形貌进行了分析和观察.通过静态吸附实验研究了吸附动力学、吸附等温线以及吸附热力学.结果表明,伪二级动力学模型相关系数为0.9998,是描述FGD-HA吸附Cu2+的最佳动力学模型,Cu2+在FGD-HA上的吸附平衡符合Langmuir等温线模型(R2=0.9846),热力学表明此吸附是自发吸热的过程.利用响应面分析法对Cu2+的吸附条件进行优化,得出投加量3.11g/L、pH值4.96、温度22.09℃、Cu2+初始浓度24.75mg/L为最佳吸附条件,此条件下Cu2+去除率预测值为100%,相同条件下开展的验证实验结果为97.4%,与预测值相接近说明模型的选择是实际可行的.