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.     

Fenton氧化处理垃圾膜滤浓缩液

本文以混凝预处理后的上海老港垃圾填埋场渗滤液纳滤浓缩液为研究对象,采用混凝预处理、Fenton氧化法和生化法相结合的工艺对其进行处理,将其出水COD从2930 mg·L~(-1)降至100 mg·L~(-1)以下.采用响应曲面法研究了Fenton氧化法处理经过混凝预处理纳滤浓缩液过程中,各个影响因素之间的相互作用关系,并确定了最佳实验条件,即FeSO_4·7H_2O投加量为62.5 mmol·L~(-1)、H_2O_2投加量为121.8 mmol·L~(-1)、初始pH 3.0.在此条件下,Fenton氧化法可使混凝预处理出水的COD降低39.0%.进一步研究表明,Fenton氧化后纳滤浓缩液中芳香环类污染物减少、腐殖化程度降低.经过3 h的Fenton氧化法处理后,BOD5/COD从纳滤浓缩液原液的0.02上升到0.29.将垃圾渗滤液纳滤浓缩液Fenton氧化法处理后出水与垃圾填埋场渗滤液的纳滤出水1∶1混合,进行序批式活性反应器(SBR)处理,在水力停留时间为2 d时,出水COD可降低至96.0 mg·L~(-1).     

超声预处理对剩余污泥微生物燃料电池性能的影响

为了实现剩余污泥资源化,本实验采用了超声波破壁的预处理方式,构建了以剩余污泥破壁处理混合液为阳极液和以KMn O4溶液为阴极液的序批式双室微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFC).将MFC的输出功率密度和COD去除速率作为电池性能的考察指标,研究了超声预处理和投加污泥量对MFC性能的影响.结果表明,随着对投加污泥预处理比(超声预处理污泥量占投加污泥量的比例)和投加污泥浓度的上升,MFC的输出功率密度和COD去除速率也随之上升,在100%污泥预处理比下输出功率密度峰值为296 m W·m-2(Rext=1000Ω);平均COD去除速率为90 mg·L-1·d-1.在投加污泥浓度为8000 mg·L-1时,输出功率密度峰值为476 m W·m-2(Rext=1000Ω);平均COD去除速率为100 mg·L-1·d-1.由实验结果分析,采用超声波破壁预处理高浓度的剩余污泥作为燃料搭建MFC,可提高微生物燃料电池的产电性能和COD去除速率.     

气浮中试工艺中若干运行参数

为找出气浮(DAF)工艺的最佳运行工艺参数,对影响气浮工艺出水效果较大的预处理条件、混凝剂投量、水力负荷、水力条件、回流比、刮渣周期等运行参数做了大量的中试试验研究,发现适当的预臭氧处理可以提高UV254的去除,预加氯可以提高对浊度和藻类的去除,预加高锰酸盐可以提高对浊度、藻类、嗅味和UV254等的去除,预加粉末活性炭可以提高对有机物、色度、嗅味的去除,混凝剂投量从10 mg/L增加到50 mg/L,气浮工艺对有机物的去除率提高了30%~40%,水力负荷越高气浮出水浊度越高,回流比越大气浮出水浊度越低,气浮池过长的刮渣周期也会降低出水水质。总之,合理调整气浮池的工艺参数,可以提高气浮出水水质,降低运行成本。     

活性污泥生物絮凝剂絮凝效果研究

为充分利用剩余污泥,利用碱法从污水处理厂二沉池取回的沉降污泥提取生物絮凝剂,以浊度及COD去除率参考,通过生物絮凝剂的投加量(A)、搅拌速度(B)、搅拌时间(C)、污泥浓度(D)4个因素进行正交试验,结果表明:浊度去除试验中,正交表最大去除率63.21%,最佳组合A2B1C3D1浊度去除率可达66.71%,COD去除率为61.13%;COD去除试验中,正交表最大去除率71.20%,最佳组合A3B3C2D3COD去除率可达75.57%,浊度去除率为60.48%.说明活性污泥提取生物絮凝剂具有较理想的絮凝效果,可以推广应用.     

壳聚糖活性污泥复合吸附剂处理铅、镉废水研究

研究了壳聚糖活性污泥复合吸附剂(SCTS)对废水中Pb~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能,通过单因素试验分析了温度、SCTS投加量、pH值、搅拌转速和重金属离子浓度对SCTS吸附性能的影响,正交试验确定了影响因素的主次顺序及最优组合水平。结果表明:影响SCTS吸附废水中Pb~(2+)的因素从大到小依次为pH值、SCTS投加量、Pb~(2+)初始浓度和搅拌转速,吸附Pb~(2+)的最优组合为pH值=2、SCTS投加量为10 g· L~(-1)、ρ(Pb~(2+))初始值为50 mg· L~(-1)、搅拌转速130 r·min-1,Pb~(2+)去除率达95.76%。影响SCTS吸附废水中Cd~(2+)的因素作用力大小依次为pH值、Cd~(2+)初始浓度、转速和SCTS投加量,吸附Cd~(2+)的最优组合为pH值2、SCTS投加量2.5 g· L~(-1)、ρ(Cd~(2+))初始值60 mg· L~(-1)、转速130 r·min-1,此时Cd~(2+)的去除率为96.08%。     

ZnFe/BC活化过硫酸盐降解金橙Ⅱ

为了研究ZnFe/BC在常温下活化过硫酸盐(PS)产生硫酸根自由基(SO_4~(·-))降解酸性偶氮染料金橙Ⅱ(AOⅡ)的效能,采用水热合成法制备了ZnFe/BC催化剂,并用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜-能谱分析(SEM-EDS)对其形貌与负载成分进行了表征,结果显示生物炭上负载的球状颗粒物为ZnFe_2O_4和Fe_3O_4.考察了ZnFe/BC投加量、PS投加量、AOⅡ初始浓度以及初始pH对ZnFe/BC/PS体系降解AOⅡ效果的影响.结果显示,ZnFe/BC和PS投量的增加对AOⅡ的去除率均有提升效果,而随着AOⅡ初始浓度的增加,金橙Ⅱ的去除率逐渐降低,在初始pH值在3—10范围内,ZnFe/BC对PS均有较高的催化活性.ZnFe/BC催化剂投加量为0.5 g·L~(-1),PS投加量为5 mmol·L~(-1),溶液pH为初始值为6,反应90 min后,50 mg·L~(-1)金橙Ⅱ的脱色率可达到93.7%,而且其降解速率符合拟一级反应动力学.延长反应时间至180 min,TOC去除率达到39.7%.通过对催化剂ZnFe/BC稳定性研究,发现经4次连续循环使用后,金橙Ⅱ脱色率仍然可保持在85%以上,说明该催化剂具有良好的循环使用性能.通过投加对苯醌、乙醇和叔丁醇等3种不同种类的猝灭剂,证实了ZnFe/BC/PS体系中具有SO_4~(·-)、·OH和O_2~(·-)活性物种.发芽实验证明,在反应时间为180 min内,金橙Ⅱ降解出水对小麦发芽的抑制率随反应时间的进行而先升高而逐渐降低,最后基本无抑制.     

模拟日光-非均相Fenton光催化降解喹啉

以铝-分子筛(Al-MCM-41)为载体,采用加热回流法制备一种非均相芬顿催化剂还原氧化石墨烯-羟基铁/Al-MCM-41(r GO-Fe OOH/Al-MCM-41).以喹啉模拟有机废水,考察该催化剂在不同氧化体系、不同H_2O_2投加量、不同催化剂投加量和不同水质因素(喹啉初始浓度和p H值)条件下对喹啉降解效能的影响,同时考察了催化剂的重复使用性.结果表明,喹啉的光芬顿降解过程符合准一级反应动力学,降解过程中溶液中的NO-3浓度先升高后下降,表明喹啉的吡啶环被打开.对比芬顿反应,模拟日光芬顿反应中光的引入促进羟基自由基的产生,使得喹啉去除率由45%提高到了99%;喹啉降解速率随着催化剂和H_2O_2投加量的增加而升高,但投加量过多会消耗·OH自由基从而抑制喹啉降解,在光芬顿体系中,该催化剂在p H=3.6—9.6的范围内都表现出了很高的活性;当喹啉初始浓度为20 mg·L~(-1),催化剂投加量为0.5 g·L~(-1),H_2O_2投加量为20 mmol·L~(-1),p H=6.3时,该催化剂对喹啉有很好的矿化效果(TOC去除率为3%).催化剂重复使用性能稳定,重复使用5次喹啉去除率仍高达99%,但TOC去除率略有降低,铁溶出率为0.48%以下.     

低pH值下上流式厌氧污泥床反应器(UASB)以糖蜜为底物制取高纯度氢气

采用由有机玻璃制成的上流式厌氧污泥床反应器(UASB),以糖蜜废水为发酵底物,投加适量氯化铵和磷酸二氢钾,研究在低p H值下系统的产氢性能.在系统启动初期,投加碳酸氢钠控制进水p H=6.75—7.15,使系统处于中性厌氧发酵,固定进水COD为4000 mg·L~(-1),HRT=8 h.系统运行20 d后,系统处于混合型发酵类型,随后停止投加碳酸氢钠.系统经过45 d的运行,乙醇和乙酸浓度占总浓度的79.39%,而丙酸的浓度只占总浓度的10.89%,形成了稳定的典型乙醇型发酵.第65天,乙醇和乙酸的浓度分别为840.56 mg·L~(-1)、403.12 mg·L~(-1),乙醇与乙酸浓度占总浓度的93.2%,氢气含量为86.97%.在出水p H=2.81时,系统产氢性能最佳.氢气产率为2.079 mmol·L~(-1)·h~(-1),氢气产量1.12 m3·m-3·d~(-1),氢气含量91.46%,是稳定期氢气含量的1.65倍.     

SBR/混凝协同工艺处理城市污水的效果

将无机混凝剂直接投加到SBR反应器中,组成SBR/混凝协同工艺对城市污水进行处理研究.考察了混凝剂的投加量、混凝剂的种类、投药时间等因素对污水处理效果的影响,探讨了新型复合混凝剂(PISC)对污泥膨胀的抑制作用.实验结果表明,与普通的序列间歇式活性污泥法(SBR)相比,当采用新型复合混凝剂与SBR组成的协同工艺处理城市污水时,在适宜的条件下,不仅污水中的CODCr、TP和sS的去除率可分别提高13.5%、47.6%和11.5%,水力停留时间缩短1/3左右,而且该协同工艺可明显抑制污泥膨胀,并改善高膨胀活性污泥的沉降浓缩性能.     

阳离子表面活性剂对污泥脱水性能的影响和作用机理

采用实验室模拟的方法研究了十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)和四甲基溴化铵(TMAB)对活性污泥脱水性能的影响.结果表明,相比污泥原样,经两种表面活性剂调理的污泥脱水性能均有一定程度的改善;在同样的投加量下,CTMAB比TMAB能更有效地改善污泥的脱水性能.实验数据显示:与TMAB相比,投加约为泥样干重25%的CTMAB可以释放出更多污泥胞外聚合物总量,其值约为231mg·l-1;污泥毛细吸水时间(CST)可缩短为73s左右;当TMAB和CTMAB的投加量大于泥样干重的15%时,真空抽滤后,污泥比阻达到易脱水范围;CTMAB和TMAB对污泥沉降性能的改善不是非常明显.     

CWPO体系中污泥炭催化降解头孢氨苄废水

通过加入正丁醇以共沸蒸馏法对剩余污泥进行脱水,再对污泥进行干燥、焙烧和改性得到污泥炭催化剂.将污泥炭催化剂用于催化湿式过氧化氢氧化体系,处理头孢氨苄废水.采用响应面法中的中心组合设计实验,考察反应温度、初始pH和过氧化氢投加量对TOC降解率的影响,反应温度和过氧化氢投加量具有显著交互作用.在最佳实验条件下(T=50℃、pH=3.00、H_2O_2=0.071 mol·L~(-1)),TOC去除率为59%,接近预测的TOC去除率(60%),在95%的置信区间内,说明该模型可靠.SEM、TEM、TPD-MS、XPS和FT-IR等分析结果表明污泥炭表面存在纳米尺寸片状结构,这种结构中存在酚羟基、羰基、羧基等活性官能团和醌类结构,且ICP-OES、EDAX和~(57)Fe穆斯堡尔谱等分析结果表明,污泥炭中含有不同价态的Fe,能有效地催化过氧化氢分解,将头孢氨苄转化为苯甲酸、丁二酮等小分子物质,再进一步完全氧化.     

混凝-超滤处理径流雨水效果——以华南地区为例

采用超滤膜(UF)为核心,以混凝作为预处理措施,对混凝-超滤工艺处理径流雨水的特性和膜通量变化与污染现象进行了研究,并对聚合硫酸铁(PFS)单独混凝、UF、PFS-UF组合工艺进行了对比;在优化混凝基础上,考察了混凝-UF对常规水质指标及总磷、生物可同化有机碳(AOC)、可生物降解溶解性有机碳(BDOC)等生物稳定性指标的去除效果.结果表明,混凝可有效去除TOC、UV254和总磷,混凝剂投加量与污染物去除近似呈线性关系.各混凝剂除浊效能均良好.综合考虑混凝处理效率与经济性,实验采用混凝方案为10 mg·L-1的PFS.PFS、UF、PFS-UF工艺除浊率均在95%以上,PFS和UF对TOC和UV254的去除较为接近,采用PFS-UF可提高去除率13%—15%;PFS-UF处理后雨水的AOC、BDOC分别降低至61.8μg·L-1、0.19 mg·L-1,残余总磷可降至3.8μg·L-1,雨水生物稳定性明显提高.PFS、UF和PFS-UF对颗粒物的去除率分别达80.5%、99.6%和99.9%.膜通量的变化和SEM图分析表明,混凝在一定程度上减轻了UF膜污染;形成的凝胶层具有一定整体强度,水力清洗时易于清除,膜通量恢复较好;但同时凝胶层的产生也增大了透膜阻力,PFS-UF工艺的周期内膜通量衰减有增加的趋势.     

淀粉改性絮凝剂与PAC复合絮凝发制品废水性能研究:小试和中试

发制品在生产过程中产生大量废水,一般首先通过混凝/絮凝预处理去除废水中大部分悬浮胶体颗粒及少量可溶性物质.本研究中,设计并合成了两种含有强阳离子季铵盐基团的淀粉改性絮凝剂,分别是基团位于主链的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性淀粉(St-CTA-DQ)和基团位于侧链的淀粉接枝聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(St-g-PDMC-DQ).将它们分别在小试和中试规模下与聚合氯化铝(PAC)复合絮凝发制品废水,重点考察了复合絮凝中无机混凝剂与高分子絮凝剂的投加顺序与投加量等因素影响.实验室小试结果表明,先加PAC再加改性淀粉絮凝剂的絮凝工艺效果明显优于先加高分子絮凝剂再加PAC及两者同时加入的絮凝工艺;当与两种淀粉改性絮凝剂分别复合使用时,St-CTA-DQ与St-g-PDMC-DQ投加量分别为:10 mg·L~(-1)和20 mg·L~(-1),PAC的最佳投加量(90 mg·L~(-1))相比其单独使用(190 mg·L~(-1))下降一半以上;且复合絮凝对于浊度和UV_(254)的去除效果明显增强;形成的絮体尺寸更大,结构也更为密实;中试实验结果基本与小试一致.这是因为除了PAC电中和作用外,加入的阳离子高分子絮凝剂同时具有混凝和絮凝双重功能,能够进一步通过电中和与黏结架桥作用去除废水中污染物与初级絮体.同时还比较了上述两种阳离子淀粉改性絮凝剂不同结构对其絮凝性能影响,阳离子基团位于主链的St-CTA-DQ具有更佳的絮凝性能.淀粉改性絮凝剂与PAC复合使用在发制品废水处理中拥有良好的应用前景.     

超声波对剩余污泥化学调理的影响

以污泥脱水性能与沉降性能为指标,研究了超声波预处理对剩余污泥经阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）进行化学调理时污泥减量效果的影响。试验结果表明,单独采用CPAM对剩余污泥进行化学调理时的ρ（最佳添加量）为120 mg.L-1,污泥滤饼含水率为81.2%;单独采用超声波处理剩余污泥时的最佳声能密度为0.04 W.mL-1,此时的滤饼含水率为80.4%。而当在采用CPAM对剩余污泥进行化学调理前先进行超声波预处理后,污泥滤饼含水率降至72.2%。试验结果表明这种联合处理方式不仅使剩余污泥的脱水性能大为改善,并且最佳CPAM投加量降低至60 mg.L-1,最佳超声声能密度降至0.03 W.mL-1,这表明联合处理方法降低了污泥处理成本。     

生物质电厂底渣对水溶液中Cu~(2+)的吸附特性

本实验选用安徽某生物质发电厂燃烧炉底渣,通过研究吸附等温线、吸附时间以及电厂灰投加量和溶液初始p H对生物质灰吸附Cu2+的影响,以确定其对水溶液中Cu2+的吸附特性.结果表明,Cu2+初始浓度在50—100 mg·L~(-1)范围内,Langmuir模型能很好地描述生物质电厂底渣对Cu2+的等温吸附规律,其理论饱和吸附量为20 mg·g~(-1),非常接近实际饱和吸附量19.45 mg·g~(-1).溶液初始p H值在2—6范围时,Cu2+的去除率随p H值的升高而增加,当p H在6附近时去除率最佳,接近100%.溶液Cu2+初始浓度为100 mg·L~(-1),体积为50 m L时,随生物质电厂底渣投加量增加,其对Cu2+的去除率上升,但去除效率下降,0.2 g左右可能是达到最佳去除效率和去除率的用量.溶液中Cu2+的去除率随吸附时间的增加而升高,用量越大达到吸附平衡的时间越短,但90 min左右时各个用量的去除率均趋于稳定.     

基于碳源回用目标的剩余污泥水解酸化产物调控研究

剩余污泥水解酸化产生的挥发性脂肪酸(VFAs)等有机物可作为补充碳源回用于低C/N比城市污水脱氮除磷系统中。然而,在污泥水解酸化过程中由于甲烷菌等微生物的作用而难以实现水解酸化产物的有效积累。同时,含有高浓度氮磷的污泥水解酸化液直接回用将进一步增加污水处理的氮磷负荷。本研究基于碳源回用目标,在热碱预处理的基础上,采用添加二溴乙烷磺酸钠(BES,2-Bromoethanesulfonic acid sodium)和Ca O2的方式对城市污水厂剩余污泥水解酸化过程的主要产物即溶解性有机物(SCOD)、VFAs及氮磷的溶出进行优化调控,旨在得到含有高浓度有机物、低浓度氮磷的污泥水解酸化液以回用于低C/N比城市污水脱氮除磷系统,提高出水水质,为剩余污泥的资源化利用提供理论依据。结果表明,污泥经Na OH预处理后,添加BES可有效提高水解酸化过程SCOD、VFAs的积累,其最高质量浓度分别达到6 169.8 mg·L~(-1)及1 335.0 mg·L~(-1),较对照组分别提高66.7%、192.5%,其中,VFAs中乙酸的质量分数达到66.0%。添加CaO_2的实验组酸化液中,NH4_+~-N和PO_4~3--P的溶出量显著降低,分别降至200.7 mg·L~(-1)、9.6 mg·L~(-1),较对照组分别减少了59.6%、65.7%。同时添加BES和CaO_2的组合体系在实现污泥水解酸化过程SCOD、VFAs累积的同时有效降低了氨氮和正磷酸盐的溶出,所获取的剩余污泥水解酸化产物可作为低C/N比城市污水脱氮除磷提标升级的优质碳源,实现了剩余污泥的资源化回用。     

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.     

铁碳微电解降解磺胺甲恶唑和卡马西平

以两种典型人工合成有机物(磺胺甲恶唑和卡马西平)为主要研究对象,采用铁碳微电解法降解上述两种目标污染物,研究了铁碳质量比、反应时间、pH、铁投加量等因素对磺胺甲恶唑和卡马西平降解效果的影响.结果表明,pH=1,铁碳比为1∶1,铁投加量为80 g·L~(-1)时,磺胺甲恶唑的去除率最高,60 min几乎全部去除.pH=1,铁碳比为1∶4,铁投加量为80 g·L~(-1)时,卡马西平的去除率最高,60 min卡马西平去除率接近90%.在这过程中磺胺甲恶唑和卡马西平发生氧化还原反应,它们的氮被还原成氨氮.磺胺甲恶唑和卡马西平的降解符合假一级反应动力学.     

H_2O_2分次投加对Fenton氧化修复石油污染土壤及后续生物降解的影响

Fenton化学氧化和生物联合修复可以有效提高土壤有机污染物的去除效率.本文考察了H_2O_2分次投加对Fenton氧化过程中,土壤有机物(SOM)氧化量、石油烃(TPH)去除量、营养物质释放情况以及后续生物修复过程中的营养利用情况和修复效果的影响.结果表明,H_2O_2分次投加可以有效减少SOM的氧化、提高TPH去除率并能促进后续生物修复.实验发现,当900 mmol·L~(-1) H_2O_2分4次投加时,Fenton氧化阶段SOM氧化率最低(1.86%)、TPH去除率最高(32.14%),且土著细菌的残余量也最高(5.0×10~6 CFU·g~(-1)),这使得该体系营养物质在生物修复阶段得以充分利用,生物去除率高达38%,总TPH去除率达到70%,在4种投加方式下是最高的.H_2O_2分次投加的Fenton氧化方式是提高TPH去除率并促进后续生物降解的有效方法.