马来眼子菜腐烂分解氮磷转化模型研究

马来眼子菜是太湖水生植被中重要的优势种,其新陈代谢残体腐烂分解过程是湖泊水体营养盐循环重要组成部分.为定量化揭示其腐烂分解规律以及对水体营养盐含量影响,基于室内马来眼子菜腐烂分解试验结果,建立了马来眼子菜腐烂分解氮磷转化模型.模型由马来眼子菜腐烂分解氮转化子模型和磷转化子模型组成,考虑了马来眼子菜体内无机氮磷的溶解、有机氮磷的降解以及边壁对水体中氮磷吸附3个主要过程.模型共有8个状态变量,分别为马来眼子菜体内无机氮、有机氮、无机磷、有机磷,以及水体中总氮、总磷、边壁吸附的氮和磷.模型校验输出的水体总氮、总磷以及最后1 d的马来眼子菜体内氮磷、边壁吸附的氮磷与试验实测值吻合较好,校验获得的马来眼子菜体内无机氮、无机磷溶解释放速率分别为0.04 d-1、0.06 d-1,其体内有机氮、有机磷降解释放速率分别为0.00525 d-1、0.01044 d-1.模型结果显示,马来眼子菜在腐烂分解的前5 d,其体内分别有6.7%、35.8%的氮、磷被分解;磷优先于氮释放,其机制是马来眼子菜残体含有相对较高比例的无机磷;温度变化对马来眼子菜腐烂分解释放氮磷转化过程具有一定影响,但在温度较低时,温度变化对马来眼子菜腐烂分解的影响较小;马来眼子菜分解仅在一定的时间内对水质产生不利影响,其后水体颗粒以及边壁吸附作用能消除这种影响.     

马来眼子菜群丛对太湖不同湖区沉积物磷形态的影响

采用磷分级提取的方法对太湖贡湖湾、南部湖区马来眼子菜(Potamogeton malaianus)群落内外的沉积物样品进行了采集和分析,调查了沉积物中的不同形态磷的垂直分布状况,研究马来眼子菜群落对沉积物磷迁移转化的影响.结果表明:植物群丛对沉积物铁铝磷(Fe/Al-P)的影响在贡湖湾和南太湖表现不同.贡湖湾马来眼子菜群丛内部沉积物Fe/Al-P高于群落外部的27.6%,差异性显著(P<0.05);南太湖马来眼子菜群丛内部沉积物中Fe/Al-P均值低于群丛外部的47.4%,差异性显著(P<0.05).植物群丛对沉积物有机磷(OP)的影响在贡湖湾和南太湖表现相似,两湖区植物群丛外部沉积物中OP含量均值高于群落内部.马来眼子菜群丛对贡湖湾和南太湖沉积物中Ca-P有较明显的影响,植物的影响主要体现在表层0~15cm范围内,贡湖湾湖区沉积物Fe/Al-P和OP含量较高,在植物的影响下转化为Ca-P,因此Ca-P在表层沉积物中呈上升趋势;南太湖沉积物中Ca-P含量较高,在植物影响下Ca-P有一定量的释放,因此Ca-P在表层沉积物中呈下降趋势.     

基于响应曲面法袋式除尘器清灰性能的数值研究

利用计算流体动力学（CFD）方法,采用二维、可压缩、非稳态流动数学模型,对袋式除尘器脉冲喷吹过程中滤袋内的清灰流场进行了数值模拟,比较了滤袋壁面压力峰值的模拟值和试验值.同时,利用该模型,基于响应曲面法并使用统计软件MinitabV15研究了喷嘴直径、喷吹高度、文丘里管喉管直径、文丘里管及布袋长度对袋式除尘器清灰性能的影响,并得出了这5个影响因子的二次多项式预测模型.结果表明,滤袋表面压力峰值的模拟值与试验值变化趋势基本上是一致的,误差在10%左右,从而验证了本文数值计算模型的可靠性.在上述5个影响因素中,喷嘴直径（d）、文丘里管喉管直径（de）及布袋长度（L）对清灰性能影响显著,其中,清灰性能随着喷嘴直径和文丘里管喉管直径的增大而提高,随着布袋长度的增大先提高后降低.在本文所研究的尺寸范围内,当d=20mm、de=60mm及L=3360mm时,清灰效果分别达到最优.所得结论有助于进一步改善袋式除尘器的清灰性能.     

响应曲面法优化光合细菌PB-Z的产氢条件

为探究光合细菌PB-Z产氢的最适产氢条件,在单因素实验的基础上,以镁离子浓度、p H、反应时间为实验因素,以光合细菌PB-Z产氢量为响应值,采用响应面分析法对实验结果进行模拟及分析,建立了产氢量与3个自变量关系的二次多项式数学模型。结果表明,镁离子浓度、p H值、反应时间与产氢量存在显著的相关性。确定光合细菌PB-Z的最佳产氢条件为:镁离子浓度4.77 mmol/L,初始p H 7.05,反应时间77.5 h。在此实验条件下,产氢量为689.3 m L/L-培养基,与预测值相比偏差仅4.8%。说明响应曲面法优化光合细菌PB-Z的产氢条件是可行的。     

应用响应曲面法优化某水库底泥中氮磷释放的最佳条件

水库沉积物是水体污染物的主要蓄积场所,也是水库的潜在污染源。本研究中采用响应曲面法,以温度和溶解氧为自变量,总氮、总磷和氨氮为响应值,使用中心复合设计法(CCD)建立各响应变量的回归模型,分析某水库取水口处温度和溶解氧对底泥中氮磷释放的交互影响,使污染物质的释放量达到最低,实验结果表明,最佳释放条件是温度为9.87℃,溶解氧为7.93 mg/L;最不利释放条件是温度为19.64℃,溶解氧为1.12 mg/L,验证实验证明本研究所得结论可靠。     

响应曲面法优化油茶饼对活性红15的生物吸附特征及机理

基于“以废治废”的理念,以农林业废弃物——油茶饼为原料制备生物吸附剂,吸附去除废水中的RR15(C.I. Reactive Red 15,活性红15)染料,并采用响应曲面法中的Box-Behnken设计对油茶饼生物吸附剂吸附RR15的条件进行优化. 结果表明:pH对油茶饼生物吸附剂吸附RR15的吸附容量和去除率均有显著影响(P<0.000 1);当pH为1.0、初始ρ(RR15)为300 mg/L、吸附温度为20 ℃时,油茶饼生物吸附剂对RR15的吸附效果最佳. 相比于Langmuir和Freundlich吸附等温线模型,Temkin吸附等温线模型可以更好地描述油茶饼生物吸附剂对RR15的吸附平衡数据. 吸附温度为20 ℃时,由Langmuir吸附等温线模型计算得到的Q0(吸附剂的单层饱和吸附量)为74.63 mg/g. 动力学分析显示,油茶饼生物吸附剂对RR15的吸附过程符合准二级动力学模型(R2>0.999 7),支持了限速步骤是化学吸附的理论;内部扩散和边界层扩散都可能影响吸附速率. 热力学分析表明,该吸附过程是一个自发的放热过程. FTIR(fourier transform infrared spectroscopy,傅里叶变换红外光谱)分析发现,油茶饼生物吸附剂上羟基、胺基等官能团可能是RR15染料的主要结合位点. 研究显示,油茶饼生物吸附剂是一种具有潜力的绿色吸附剂,可以有效去除废水中的RR15染料.      

响应曲面法优化制备改性海泡石负载纳米铁材料的试验研究

以直接耐晒黑为目标污染物,以FeSO4浓度、KBH4浓度和改性海泡石的投加量为影响因素,应用Box-Behnken响应曲面法进行了三因素三水平试验,优化了以改性海泡石为载体的纳米铁材料的制备方法.结果表明:在所选的试验范围内,FeSO4浓度和KBH4浓度的交互作用对纳米铁材料的制备有显著影响,对其去除直接耐晒黑性能的影响起到了关键性作用,且FeSO4浓度的影响更为显著;而改性海泡石的投加量和KBH4浓度的交互作用不显著.改性海泡石负载纳米铁的最佳制备条件为:0.13 mol·L-1的FeSO4溶液50 mL,0.18 mol·L-1的KBH4溶液50mL,改性海泡石的投加量为2.86 g.在此条件下制得的纳米铁材料,其XRD谱图在2θ =44.7°处出现了Fe0的特征衍射吸收峰;对直接耐晒黑处理3h后,直接耐晒黑的去除率可达98.9％,比仅采用改性海泡石的去除率提高了35.7％.     

菌藻共生系统净化污水处理厂尾水的条件探究与优化

城镇污水处理厂尾水排入水体后,尾水中的氮、磷仍易引起受纳水体富营养化问题,开展尾水深度处理以进一步去除氮、磷营养物质具有现实意义。通过试验研究了不同菌藻共培养对氮、磷的去除效果,筛选出优势菌藻组合,采用响应面法研究了通气量、光波长、细菌接种量对氮、磷去除效果的交互影响,提出最优参数组合,并建立菌藻共生系统,进行验证试验。结果表明：不同菌藻组合中,蛋白核小球藻-地衣芽胞杆菌-恶臭假单胞菌共培养组对TN、TP的去除效果较好;此菌藻共生系统在蓝光、通气量为1.8 L/min及细菌接种量为20%（体积比）条件下,TN去除率最大可达93.7%,1 d 后TP基本上完全被去除;在蓝光、通气量为2.0 L/min及细菌接种量为5%条件下,2 d后氮去除率可达98.4%;在红光、通气量为2.0~3.0 L/min及细菌接种量为10%~20%条件下,2 d后氨氮可完全被去除。菌藻共生系统对氮、磷去除效果的最优参数组合为蓝光、通气量为1.8 L/min及细菌接种量为20%,最优参数组合验证的结果与预测值相符,系统出水符合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准,可为菌藻共生系统的实际应用提供理论基础。

     

UV/Fenton处理头孢美唑酸废水的响应曲面优化研究

采用UV/Fenton联合技术处理头孢美唑酸生产废水,基于Box-Behnken响应曲面法,研究初始p H值、H2O2/Fe2+摩尔比及紫外光照射时间各自变量的单独作用及交互作用对废水COD去除率的影响,并通过对回归方程求解和响应面分析,建立数学预测模型。结果表明,p H值、H2O2/Fe2+摩尔比、紫外光照射时间及p H值与紫外光照射时间的交互作用对COD去除率存在显著影响。得到联合处理的最佳工艺参数:紫外光照射时间90.00 min,p H值3.94,H2O2/Fe2+摩尔比3.94。在此条件下,预测废水的COD去除率为88.74%。进行验证试验,实际值与模型预测值具有良好一致性,偏差为0.10%。     

单因子超载的综合环境承载力计算方法研究

文章分析了当前普遍使用的矢量模法计算综合环境承载力的不足,建立了单因子超载的环境承载符号函数法模型,提出了以环境占用率为表征的环境承载占用率法;验证结果表明新模型和方法较矢量模法更为合理。     

Optimizing aerobic biodegradation of dichloromethane using response surface methodology

Response surface methodology (RSM) was employed to evaluate the optimum aerobic biodegradation of dichloromethane (DCM) in pure culture. The parameters investigated include the initial DCM concentration, glucose as an inducer and hydrogen peroxide as terminal electron acceptor (TEA). Maximum aerobic biodegradation efficiency was predicted to occur when the initial DCM concentration was 380 mg/L, glucose 13.72 mg/L, and H2O2 115 mg/L. Under these conditions the aerobic biodegradation rate reached up to 93.18%, which was significantly higher than that obtained under original conditions. Without addition of glucose, degradation efficiencies were 6 80% at DCM concentrations < 326 mg/L. When concentrations of DCM were more than 480 mg/L, the addition of hydrogen peroxide did not help to significantly increase DCM degradation efficiency. When DCM concentrations increased from 240 to 480 mg/L, the overall DCM degradation efficiency decreased from 91% to 60% in the presence of H2O2 for 120 mg/L.     

超临界水氧化处理垃圾渗滤液的响应面法优化

在间歇式反应釜上采用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液.运用中心组合设计研究了反应温度（400~500 ℃）、压力（24~28 MPa）、反应时间（5~10 min）和氧化系数（1.5~2.5）,以及它们的交互作用对COD、氨氮去除率的影响,同时通过响应面法分析拟合出COD、氨氮去除率的二次回归方程,得到最优工艺条件.结果表明,各因素对COD去除率的影响主次作用排序为：反应压力>温度>氧化系数>反应时间;各因素对氨氮去除率的影响主次作用排序为：反应温度>压力>氧化系数>反应时间,而影响因素之间的交互作用对两者去除效果的影响却不明显.所得拟合方程对COD、氨氮去除率的预测误差分别小于±4%、±9%.拟合方程所得最佳实验条件为：时间5 min、温度496.05 ℃、压力27.69 MPa、氧化系数2.44,此时COD的去除率可以达到98.31%、氨氮去除率可以达到95.69%.     

响应面法优化实际污水厂的除磷过程

实际污水厂除磷过程是一系列复杂的生物和化学反应集合,为综合考察各因素对总磷去除的影响,采用响应面法分析了碳氮比（C/N）,碳磷比（C/P）,有机负荷（F/M）等水质参数,以及排泥量,加药量,外回流比（R）等工艺参数和除磷表现之间的关系,并根据物料守恒建立了磷含量平衡模型.结果表明,从水质方面,C/N,C/P和F/M的最优范围分别是5.50~7.00,50.00~70.00和0.06~0.08d^-1,从运行方面,排泥量,加药量,R的最优范围分别为14.3t/万m³,35~40mg/L和65%~70%.分析建立的磷含量平衡模型,发现各参数对除磷影响程度的强弱依次是C/N,F/M,R,排泥量,C/P和加药量.当C/N和F/M等主要影响因素处于最优范围,且水厂运行状况稳定时,利用该模型能准确预测出水TP浓度.     

利用响应面法优化生物淋滤飞灰处理条件的研究

利用响应面法进行试验设计,选定蔗糖初始浓度、黑曲霉孢子浓度、投加的飞灰浓度以及飞灰投加时间作为影响因素,对生物淋滤城市生活垃圾焚烧飞灰的处理条件进行优化.通过响应面法,得到飞灰中Cd、Cr、Fe、Mn、Zn及重金属总量与4种因素之间的非线性回归方程,确定了生物淋滤的最适条件范围:蔗糖初始浓度为114~126g/L;黑曲霉孢子浓度为(1.6~2.1)×107个/mL;飞灰浓度为29~39g/L;飞灰投加时间为3.6~4.4d.在最适条件下,70g/L飞灰经20d生物淋滤后,溶出重金属总浓度降为901mg/L,占飞灰中重金属总量的41%,处理后飞灰的重金属浸出毒性远低于国家标准.     

Optimization of parameters on photocatalytic degradation of chloramphenicol using TiO2 as photocatalyist by response surface methodology

The experimental design methodology was applied for modeling and optimizing the operation parameters on photocatalytic degradation of chloramphenicol (CAP) using TiO2 as photocatalyst in a photoreactor. Three experimental parameters (including pH, TiO2 concentration and CAP initial concentration) were adopted to obtain the preliminary information. The multivariate experimental design was employed to establish a quadratic model as a functional relationship between the degradation rate of CAP and three experimental parameters. The interaction e ects and optimal parameters were obtained by using Design Expert software. The optimal values of the operation parameters under the related constraint conditions were found at pH 6.4, TiO2 concentration of 0.94 g/L and CAP initial concentration of 19.97 mg/L, respectively. The degradation rate of CAP approached 85.97% under optimal conditions. The regression analysis with R2 value of 0.9519 had a good agreement between the experimental results and the predictive values. In addition, pH and TiO2 concentration had a significant influence on the degradation rate of CAP.     

响应面法优化制备污泥基活性炭

利用响应面法进行试验设计,选定炭化温度、升温速率、炭化停留时间及保护气体流量为影响因素,对利用污水厂二次污泥制备污泥基活性炭的工艺条件进行优化.通过响应面法得到了污泥基活性炭的碘吸附值与4种因素之间的非线性回归方程,确定了制备污泥基活性炭的最优工艺条件为:炭化温度530℃、升温速率17℃·min-1、炭化停留时间22 min、保护气体流量280 m L·min-1.在最优条件下,制备的污泥基活性炭碘吸附值为675.9 mg·g-1,比表面积为639.5 m2·g-1,平均孔径为4.1 nm,中孔孔径为3~5 nm;羧基、内酯基和酚羟基含量分别为1.625、0.125和0.375 mmol·g-1,更适合吸附大分子污染物和金属离子.     

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.     

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.     

黑腐酸对Cd2+的吸附响应面优化及机理研究

以山西褐煤为原材料制备黑腐酸,选择吸附温度、时间、pH值、黑腐酸用量和Cd²⁺初始浓度5个影响因素,采用Box-Behnken响应面法对吸附条件进行优化,分别建立黑腐酸对Cd²⁺的吸附容量和吸附率的二次多项式模型,确定最优吸附条件.将吸附过程拟合等温吸附方程,进行热力学分析,并对材料进行表征.结果表明,pH值、黑腐酸用量和底物浓度为黑腐酸吸附Cd的显著影响因素,优化后的条件为温度308K、时间107.82min、pH=5.55、黑腐酸用量0.05g,底物浓度95.56mg/L,表明黑腐酸是一种良好的吸附材料,吸附效果随温度的升高而增大,能够处理高浓度重金属污染.吸附过程符合Langmuir模型,308K下最大吸附量为54.20mg/g;热力学分析得ΔG⁰ < 0、ΔH⁰ > 0、ΔS⁰ > 0,即反应是自发的吸热熵增反应;黑腐酸表面粗糙多孔,具备良好的比表面积与孔隙结构,具有多种官能团,吸附反应有羟基、羧基等参与形成氢键,并与无机矿物发生离子交换.本研究可为揭示黑腐酸对重金属的吸附机理提供理论依据.