响应曲面法优化新型电化学系统深度处理垃圾渗滤液生化出水

在以掺硼金刚石膜(boron-doped diamond,BDD)电极为阳极,碳毡材料为阴极的传统二维电化学系统中,在阴阳极板间引入感应铁电极,构建新型电化学系统,将系统用于垃圾渗滤液生化出水的深度处理研究.利用Box-Behnken(BBD)模型的响应曲面法(response surface methodology,RSM),考察电流密度、电解时间、p H值对出水COD及氨氮去除率的交互作用影响,并建立相关数学模型.结果表明,影响因子显著性顺序依次为:电解时间电流密度p H,模型回归性好,预测最大COD去除率为79.5%,氨氮去除率为97.8%,最佳实验条件为:电流密度0.1 A·cm-2,电解时间8.86 h,p H 10.86,实测结果为COD去除率78.0%,与预测值相比偏差为1.8%,氨氮去除率为94.2%,与预测值偏差为3.7%.由此可知,经响应曲面法优化后的实验方案可保证新型电化学系统处理垃圾渗滤液研究达到良好处理效果.     

响应面法优化污泥炭催化湿式过氧化氢氧化降解间甲酚模拟废水

以污水处理厂剩余污泥为原料制备硝酸改性活性炭,用于催化湿式过氧化氢氧化(CWPO)处理间甲酚模拟废水,以实现剩余污泥的资源化利用.使用物理吸附、程序升温脱附(TPD)、X射线荧光光谱(XRF)等表征方法对污泥炭的物理化学性质进行测定.而后采用响应面法(RSM)优化污泥炭CWPO降解间甲酚的反应条件,选取反应温度、反应时间、初始pH值、过氧化氢(H_2O_2)投加量及催化剂投加量为影响因子,总有机碳(TOC)去除率为响应值,应用中心组合设计(CCD)建立响应值与各影响因子之间关系的二次多项式数学模型,采用后退回归法进行模型精简,并通过方差分析对模型进行可信程度检验.优化结果表明,在反应温度为60℃,反应时间为120 min,初始pH=3.00,H_2O_2投加量为2.03 g·L~(-1),催化剂投加量为0.78 g·L~(-1)的条件下,可达到最佳效果,此时预测模型的TOC去除率为44.6%,间甲酚转化率为100%.通过模型验证实验得到的TOC去除率为46.6%,仅与理论值相差2.0%,在95%的置信区间内,说明该模型具有可靠性.最后采用GC-MS对污泥炭CWPO降解间甲酚中间产物进行分析.     

外源可溶性有机物(DOM)活化土壤Cu(Ⅱ)模型研究

研究了底泥水溶性有机质(DOM)活化处理土壤Cu(Ⅱ)的可行性,以寻求最优实验条件.在单因素实验基础上,采用二次回归正交旋转组合设计对DOM活化土壤铜进行了优化,建立了土壤铜潜在去除率(y)与DOM投加量(X1)、振荡速度(X2)、振荡时间(X3)和反应温度(X4)四个因素间的正交回归模型: y=47.73671+55176X3-2.63327X21-3.46235X22-1.09187X1X2+1.40813X1X2+1.40813X2X4-1.09187X3X4.从模型推知,最佳实验条件为:DOM投加量为31.1 m1、振荡速度159r·min-1、振荡时间为1.7h和反应温度为24.3℃.在此条件下,根据数学模型推知土壤铜潜在去除率可达53.4%,验证实验结果与模型值基本一致.     

Cu(Ⅱ)印迹[CTS/PVP]和[CTS/PVP/C]材料的制备及表征

以壳聚糖(CTS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、活性炭(C)为基材,Cu(Ⅱ)为印迹离子,制备了CTS/PVP共混印迹球[Cu(Ⅱ)-IICP]和CTS/PVP/C共混印迹球[Cu(Ⅱ)-IICPC].以Cu(Ⅱ)的吸附量作为评价指标,对两种共混印迹球的制备条件进行了优化.研究结果表明,当CTS/PVP的质量比为6∶4,活性炭质量分数为0.6%,Cu(Ⅱ)模板剂质量分数为0.05%,所制备的两种共混印迹球吸附性能较佳,且对Cu(Ⅱ)有较好的选择吸附性.物理吸附分析结果表明,与未印迹相比印迹材料的比表面积明显增大.FTIR谱图分析,Cu(Ⅱ)模板主要与CTS和PVP中的—NH2和—OH发生了配位作用.XRD谱图分析结果表明,CTS与PVP、C、Cu(Ⅱ)之间发生了相互作用,改变了CTS原有的晶体结构,使其结晶度降低.     

给水气浮工艺浮渣絮凝调理的最佳条件

针对给水气浮浮渣,选用阳离子型、阴离子型、非离子型聚丙烯酰胺(PAM)以及聚二甲基二烯丙基氯化铵(HCA)作絮凝剂,调理后进行离心脱水试验,研究絮凝调理的最佳条件。试验结果表明低pH值有利于4种絮凝剂对浮渣离心脱水性能的改善;对于4种絮凝剂,都存在着一个最佳絮凝条件,其中阴离子型和非离子型PAM的最佳絮凝条件较阳离子型PAM和HCA需要更高的混合和反应转速以及更长的混合和反应时间。     

响应面法在催化湿式氧化降解异佛尔酮中的应用

以Ru/TiZrO2为催化剂,采用催化湿式氧化法降解异佛尔酮废水,选择反应温度、氧气分压、反应时间、催化剂用量、初始pH为影响因素,以TOC去除率为响应值,采用响应面法研究影响因素及其交互作用对响应值的影响,建立二次多项式回归方程模型,并采用后退回归法进行模型精简.结果表明,反应时间和反应温度及其交互作用对TOC去除率影响极显著(P≤0.01);反应时间的二次项对TOC去除率影响显著(P≤0.05).随着反应温度的升高和反应时间的延长,TOC去除率逐渐提高.最后对模型进行验证,实验值与预测值具有很好的一致性,说明模型具有可靠的预测性,将该模型应用到催化湿式氧化中合理可行.质谱和离子色谱检测到异佛尔酮的降解产物主要为有机酮与小分子羧酸,由此提出对反应机理和降解途径的假设.     

剩余污泥强化混凝气浮预处理煤气化废水

为解决低浑浊度煤气化含油废水混凝气浮药剂投加量大、效率低的问题,本文开展混凝剂污泥共投加提高气浮工艺除污染能力的研究.研究表明,剩余污泥的投加明显改善了混凝沉淀对油类污染物的去除,在剩余污泥投加量从0增加到1200 mg·L~(-1)时,含油量去除率由28.1%提升至44.1%.聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)和剩余污泥的最适宜投加量分别为150、2、1200 mg·L~(-1).A/O工艺二沉池剩余污泥强化混凝气浮效果最佳,充分气浮反应后对含油量的去除率由46%提升至84%,且气浮池油水分离区微气泡的稳定性得到明显改善.     

天然高分子改性阳离子絮凝剂SFC的制备及其絮凝性能的研究

本文研究了天然高分子改性阳离子絮凝剂SFC的制备及其絮凝性能.选择了Fe~(2+)+H_2O_2。作催化剂,确定了其最佳制备反应条件;所得产物SFC的絮凝除浊性能优于日本产的DG-Ⅱ型阳离子絮凝剂和国产的阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂.     

钽铌冶炼铁泥制备聚硅酸硫酸铁絮凝剂及其应用

本文以Fenton试剂法处理钽铌冶炼废水产生铁泥作为聚硅酸硫酸铁制备铁源,在不同的ω(SiO_2)、pH值、n(Fe)/n(Si)条件下优化制备了聚硅酸硫酸铁絮凝剂,并进行钨铋多金属矿选矿废水及高浊度模拟废水处理.研究结果表明:在ω(SiO_2)=1.00%、pH=3.00、n(Fe)∶n(Si)=1∶1的适宜条件下制得的聚硅酸硫酸铁絮凝剂效果最佳.在0.10%(体积分数)投加量下搅拌2 min,钨铋选矿废水浊度去除率达99.9%,COD去除率达76.8%,废水中Pb和As去除率分别达98.8%和97.2%,Be去除率几乎达100%,处理后废水浊度由319 NTU降至0.32 NTU、COD含量由322 mg·L~(-1)降至74.7 mg·L~(-1),废水中Pb和As质量浓度分别由7.89、1.03 mg·L-1降至0.09、0.03 mg·L~(-1),未检出Be;高浊度模拟废水浊度去除率达98.5%,浊度由716 NTU降至10.7 NTU.处理后废水达到《污水综合排放标准》(GB 8979—1996)一级标准.     

催化臭氧氧化去除垃圾渗滤液中难降解有机物的研究

研究了Fe(Ⅱ),Mn(Ⅱ),Cu(Ⅱ)作用下,均相催化臭氧氧化去除垃圾渗滤液中高浓度的腐殖质.分析催化剂用量、溶液pH值对腐殖质催化臭氧氧化降解的影响.结果表明,与单纯臭氧氧化比较,催化臭氧氧化对UV254和色度去除率无明显改善,但可明显提高以TOC和CODCr表征的有机物去除率;当投加催化剂过量时,以TOC和CODCr表征的有机物去除率虽降低,但仍有促进作用.但Fe2 的过量投加将明显抑制UV254和色度的去除效果.在碱性条件下,催化臭氧氧化法具有更好的去除效果.三种催化剂催化效果为Cu(Ⅱ)＞Mn(Ⅱ)＞Fe(Ⅱ).采用Cu(Ⅱ)催化臭氧氧化处理实际渗滤液生化处理出水,对CODCr,色度和UV254都显示出较好的去除效果.     

三峡库区消落带土壤对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附特征

以三峡库区消落带紫色土为对象,采用平衡吸附法研究了Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)在紫色土中的吸附特征,分析了紫色土对重金属的吸附能力.结果表明:(1)随着加入Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)浓度增高,紫色土对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附量增大,碱性紫色土对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的吸附量最高分别为1499.5 mg.kg-1、2845.4 mg.kg-1;(2)土壤中有Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的专性吸附位点,在两者共存的条件下存在竞争吸附,Cu(Ⅱ)的竞争吸附能力大于Zn(Ⅱ),其各自的最大吸附量小于单一离子条件下的吸附量,碱性、中性、酸性紫色土Cu(Ⅱ)最大吸附量的下降幅度分别是14.5%、15.2%、15.9%,Zn(Ⅱ)的最大吸附量下降幅度分别为31.7%、28.1%、25.7%;(3)共存阳离子类型及浓度影响紫色土有效Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)含量,随着阳离子的加入,碱性紫色土的有效Cu(Ⅱ)含量增加,酸性紫色土减少,而3种紫色土的有效Zn(Ⅱ)含量均增加.消落带土壤淹水后,水体中Cu(Ⅱ)及其他阳离子的存在使土壤对Zn(Ⅱ)的吸附力降低,造成Zn(Ⅱ)污染的环境风险增加.     

煤矸石绿化基质对白三叶草生长及其抵御重金属污染的影响

煤矸石是煤炭生产过程中产生的主要固体废弃物,因其利用率低、长期大量堆积,对周围环境造成严重污染.探究以煤矸石为主要材料的优质的绿化基质对于实现煤矸石的资源化利用将具有重要意义.采用盆栽试验和淋溶试验,将一定量煤矸石混合不同比例的土壤、聚丙烯酰胺(PAM)、粉煤灰和玉米秸秆组成基质,各因素设置3水平,选用L9(3~4)正交表安排试验,并撒播白三叶草进行温室栽培.结果显示:土壤添加600 g时对白三叶草生长状况影响极显著(P0.01),但会增加铬(Cr)元素的富集和淋溶;PAM添加120 mg/kg可显著增加白三叶草的株高和生物量(P0.01),并对Cr、砷(As)元素产生明显的吸附作用;粉煤灰添加75 g时能显著地促进白三叶草的出苗及生长(P0.05),但添加150 g时会对Cr、As元素的富集与淋溶有明显的促进作用;玉米秸秆添加量为25 g时对白三叶草的出苗率、株高、生物量均产生促进作用(P0.05),但对Cr、As元素的富集与淋溶基本无影响.淋溶试验检验发现上述配比基质的Cr、As元素淋溶均低于国家标准.综上,最适宜白三叶草生长且抵御重金属Cr、As污染、可用于生产的基质配比为600 g土壤与煤矸石混合,并添加120 mg/kg PAM、75 g粉煤灰与25 g玉米秸秆.     

钴负载MCM-41分子筛催化臭氧氧化水中氯代苯甲酸

通过水热法合成介孔分子筛MCM-41,采用等体积浸渍法制备了Co负载MCM-41分子筛催化剂(Co/MCM-41).小角X-射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、N2吸附-脱附等温线及透射电镜(TEM)等对催化剂的成分、结构的表征结果显示,Co/MCM-41保持了纯硅MCM-41有序的介孔结构,钴元素以钴氧化物形式存在,比表面达到772 m.2g-1.将Co/MCM-41分子筛用于催化臭氧氧化水中对氯苯甲酸(p-CBA)的研究,结果表明,在优化条件下(2%负载量和25℃反应温度),催化剂的加入显著改善了TOC去除率,达到84.6%,是单独臭氧氧化的1.6倍.     

富磷污泥生物炭去除水中Pb(Ⅱ)的特性研究

以城市污水厂富磷剩余污泥为研究对象,考察高温热解制备生物炭吸附剂对水中Pb(Ⅱ)的去除效果.研究表明,随着热解温度升高,制备的生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力增强;在相同热解温度下,生污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附能力比消化污泥生物炭大.采用700℃热解1 h制备生污泥生物炭以研究对Pb(Ⅱ)吸附的影响因素,结果显示:吸附180 min达到吸附平衡;富磷污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的去除率随pH增加而升高;生物炭投加量增加,对Pb(Ⅱ)去除率上升,而单位吸附容量迅速减小.污泥生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附符合准二级反应动力学,Langmuir模型比Freundlich模型能更好地拟合等温吸附线.在pH 5.0、吸附时间3 h、生物炭投加量20 g.L-1条件下,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量为34.5 mg.g-1,表明富磷污泥生物炭可以作为一种廉价的吸附剂.     

微生物固定化降解含聚废水

采用微生物固定化技术降解含聚废水.将混合菌固定化制得的微生物固定化颗粒加入到含聚废水处理工艺的生化池单元中,进行含聚废水处理的模拟实验.通过曝气和添加营养物质的方式对含聚废水进行可生化性调整,以提高废水的生化比,使其达到可以生化处理的水平.实验流程分为静态和动态两部分.微生物固定化静态处理含聚污水3 d后,出水的PAM含量为82.2 mg.L-1,降解率可达83.6%;微生物固定化动态处理含聚废水3 d后,出水的水质指标趋于稳定,PAM含量为104 mg.L-1,降解率为79.2%;原油含量为8.5 mg.L-1,去除率为98.8%;CODCr含量为119 mg.L-1,去除率为85.5%.出水水质指标达到国家污水综合排放的二级排放标准.利用紫外光谱分析PAM在微生物降解前后的光谱变化,结果表明经微生物降解后的PAM结构中的羟基和酰胺基已被降解.     

添加农作物秸秆炭对红壤吸附Cu(Ⅱ)的影响

为考察秸秆生物质炭在重金属污染红壤修复中的作用,用一次平衡法研究了由花生秸秆、大豆秸秆、稻草和油菜秸秆制备的4种生物质炭对采自江西和广西的2种红壤吸附Cu(Ⅱ)的影响及其机制。结果表明,添加由农作物秸秆制备的生物质炭提高了红壤对Cu(Ⅱ)的吸附量,生物质炭对Cu(Ⅱ)吸附的促进作用随生物质炭添加量的增加而增加,低pH值条件下促进作用更明显。pH值4.0和w为2%生物质炭添加水平下,油菜秸秆炭、花生秸秆炭、大豆秸秆炭和稻草炭使江西红壤对Cu(Ⅱ)的吸附量较对照分别增加97%、79%、51%和54%;花生秸秆炭和大豆秸秆炭使广西红壤对Cu(Ⅱ)的吸附量较对照分别增加61%和44%,当生物质炭添加水平w达4%时,Cu(Ⅱ)吸附量的增幅达97%和165%。生物质炭表面带负电荷,可以同时增加红壤对Cu(Ⅱ)的静电吸附量和专性吸附量,但以增加专性吸附为主。因此,添加秸秆生物质炭可以有效降低Cu(Ⅱ)在酸性红壤中的活动性和生物有效性。     

曲面效应法优化辅酶Q10发酵条件

以根癌土壤杆菌(Agrobacterium tum efaciens)1.1416的突变株AGR 0610为出发菌株,采用P lackett-Burm an设计法(P lackett-Burm an design,P-B)对影响AGR 0610发酵产辅酶Q10的相关因素进行了研究,选取到4种有显著效应的因素:糖蜜、大豆蛋白胨、玉米浆和蛋氨酸.再采用响应曲面法(response surface m ethodology,RSM)对这4种因素的最佳水平范围进一步探讨,得到二次回归方程,优化了培养基组成.当这4种因素分别取值为1.02%、0.49%、0.29%和0.34%时,辅酶Q10产量有最大预测值38.88 mg/L,并被实验所证实.图6表4参8     

二硫化钼-水滑石复合材料对水中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附机制

二维层状纳米材料可以有效去除水中的重金属,而吸附机制一直是研究难点和热点.为进一步提升材料性能,明确吸附反应机制,以典型的水滑石和二硫化钼为原料,采用共沉淀法制备镁铝水滑石,然后利用水热法负载二硫化钼,制备了复合材料(MoS₂-LDH).结果表明,MoS₂-LDH对水中Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附作用机制包括沉淀、络合、同晶置换和静电吸引作用,其中沉淀作用为主导,贡献率占46.57%—58.32%,其次为络合作用(27.15%—32.08%)和同晶置换作用(10.75%—17.86%),静电吸引的贡献最小(3.33%—4.26%);吸附过程与拟二级动力学方程和Langmuir模型相符,最大吸附量达到48.31、71.33、77.16 mg·g^-1.对高效去除重金属的吸附机制的详细研究,可为二维复合材料的设计合成提供理论支撑.     

Fe(Ⅱ)/生物炭对硝基苯的还原降解

以玉米秸秆、猪粪为原料,在不同温度下制备生物炭,并对其物化性质进行了表征.研究了厌氧条件下,Fe(Ⅱ)/生物炭体系对硝基苯的还原降解,并对降解条件进行了优化,对降解机理进行了讨论.结果表明,在Fe(Ⅱ)/生物炭体系中,Fe(Ⅱ)的还原性显著增强;原料、制备温度、Fe(Ⅱ)初始浓度、p H值都会对Fe(Ⅱ)的还原活性造成影响.其中在p H=7、固水比=1∶500、25℃,Fe(Ⅱ)和硝基苯的初始量分别为12 mmol·L~(-1)和0.08 mmol·L~(-1)的条件下,Fe(Ⅱ)/PBC700可将93%的硝基苯降解,为最佳降解体系.为了揭示Fe(Ⅱ)/生物炭体系还原硝基苯的关键结构与机理,分别研究了生物炭除灰处理和除有机质处理对Fe(Ⅱ)/生物炭体系还原能力的影响.发现两种处理都可使反应加速,由此推断,一方面生物炭灰分中的金属氧化物与Fe(Ⅱ)组成表面结合铁还原系统使Fe(Ⅱ)的还原性增强;另一方面生物炭的类石墨烯片层有机质结构起到了电子传递的作用,也可促进Fe(Ⅱ)对硝基苯的还原.本文为Fe(Ⅱ)还原去除有机污染物发现了一个新的载体.     

催化剂对甲醛废水湿式氧化的增效作用

在设定的湿式氧化条件下 ,从若干种金属盐中筛选了Cu(NO3) 2 作为氧化甲醛废水的催化剂 ,考察了Cu(NO3) 2 用量、废水的初始浓度及温度对有机物去除率的影响 ,结果表明 :Cu(NO3) 2 以 5mg·l- 1 Cu2 计量投加为宜 ,甲醛初始浓度在 480mg·l- 1 — 1 5 0 0mg·l- 1 范围内一直保持较高的去除率 ,反应的适宜温度为 1 40℃以上 ;根据反应过程数据建立了该催化氧化反应的分段一级动力学模型 ,求得甲醛氧化动力学模型快、慢步骤的表观活化能分别为7 2 9kJ·mol- 1 和 1 4 45kJ·mol- 1 ;而COD降解动力学模型快、慢步骤的表观活化能则分别为2 0 47kJ·mol- 1 和 2 9 5 2kJ·mol- 1 .