沼液中臭味物质的去除方法及其对营养物质的影响

采用臭氧曝气法、粉末活性炭吸附法、颗粒活性炭过滤法、臭氧曝气-粉末活性炭吸附联用法、空气曝气-粉末活性炭吸附联用法对沼液中的氨气、硫化氢、吲哚、挥发酚类等主要致嗅物质的去除情况进行了研究,同时分析了不同方法对沼液中营养物质TN、DN、TP、DP等的影响。结果表明,采用粉末活性炭吸附法处理沼液,臭味物质的去除情况以及营养物质的保留效果最好,当粉末活性炭投加量为15 000 mg/L时,沼液中的硫化氢、吲哚、挥发酚已经完全去除,氨氮、氨气的去除率分别为11.42%、13.98%;DN、DP含量分别减少了10.46%、19.53%,但是TN、TP含量分别增加了6.26%、9.63%。     

竹炭-微生物联合法对沼液中氨氮的去除

采用竹炭-微生物联合法,考察了竹炭用量、菌液用量、进水氨氮浓度、pH、DO、HRT等因素对氨氮废水处理效果的影响;同时采用对比实验,初步探讨了竹炭-微生物联合法处理沼液的作用机理。结果表明,竹炭-微生物法去除沼液氨氮的最优条件推荐为:竹炭用量30 g/L,微生物活性液用量3%,pH 7.0～8.0,DO为2 mg/L,HRT为48 h。竹炭-微生物法对沼液氨氮的去除过程可用一级反应动力学模型C=272.56e-0.0148描述,其去除效果来源于竹炭吸附和生物降解的协同作用,协同程度为48.45%。     

响应面法优化甘蔗渣-污泥复合活性炭的制备工艺

为了提高污泥活性炭的吸附性能以提升其实际应用价值,提出在污泥中掺杂甘蔗渣制备复合活性炭,并采用Plackett-Burman联用响应面法对影响复合活性炭碘值的条件进行筛选优化。通过Plackett-Burman实验筛选出热解温度、热解时间和甘蔗渣与污泥干重比为主要影响因素,对这3个因素进行Box-Behnken实验,经响应面优化得到影响碘值的二次响应曲面模型,模型显示热解温度与热解时间、热解温度与干重比的交互作用显著,并确定了最佳制备条件:热解温度550℃、热解时间30 min和干重比50%,此时复合活性炭碘值为814 mg/g,优于未优化条件下制备的复合活性炭。通过比表面积、孔结构和碘值的测定以及元素和扫描电镜分析得出,甘蔗渣的掺杂提高了复合活性炭的比表面积、微孔体积、碘值及含碳量。研究结果表明,甘蔗渣掺杂和制备条件优化是提高污泥活性炭吸附性能的有效手段。     

响应面法优化聚磷硫酸铁的制备及其应用

采用单因素实验方法,针对制备聚磷硫酸铁(PPFS)的主要影响因素加以分析,包括酸度(nH2SO4/nFe2+、碱化度和nPO34-/nFe2+等。以生活污水中总磷(TP)的去除率为考察对象,采用Box-Behnken中心组合实验和响应面分析方法对主要影响因素加以优化,得到了二次响应曲面模型以及优化的水平值。结果表明,当把PPFS用于生活污水中TP的去除时,其最佳制备参数如下所列:酸度为0.1017,碱化度为12.21%,nPO34-/nFe2+为0.0560。通过回归分析,模型拟合性良好,在优化制备条件下得到的TP去除率预测值与实验值接近,误差为1.26%。     

基于响应面法的重金属螯合剂前体物合成条件优化研究

以小分子的乙二胺与环氧氯丙烷为原料,以黏度为考察对象,对高分子重金属螯合剂的前体物合成条件进行优化。采用单因素实验确定黏度的主要影响因素,然后采用响应面法对制备条件进行优化。结果表明:(1)拟合的模型回归项显著而失拟项不显著,拟合性良好。(2)最佳制备条件为环氧氯丙烷和乙二胺摩尔比1.1、反应温度82.8℃、反应时间9.2h、NaOH和乙二胺摩尔比1.2。(3)产物傅立叶红外光谱表明,特征官能团的存在证明了前体物的生成。(4)利用前体物进一步合成了螯合剂,该螯合剂的Pb去除和稳定效果明显优于市售螯合剂。     

不同基质人工湿地去除猪场沼液中氨氮性能

以猪场沼液为研究对象,通过等温吸附实验研究沸石、铁粉、硅藻土、煤渣、石英砂5种基质对氨氮的等温吸附特征,并采用一级和准二级动力学方程分析吸附动力学过程。根据实验结果选取沸石和石英砂基质构建4种不同类型的人工湿地单元对比研究猪场沼液中氨氮的处理效果。结果表明,5种基质对氨氮的吸附适合用Langmuir等温吸附方程描述,沸石对氨氮的吸附能力最强,其最大吸附量达1.049 8mg/g。从相关系数(R2)分析,准二级动力学方程能更好描述各种基质对氨氮的吸附动力学过程。沸石的平衡吸附量最大,为1.719 0mg/g。沸石-垂直潜流人工湿地单元在构建的4种人工湿地单元中对猪场沼液氨氮处理效果最好,且对高浓度沼液的抗冲击能力最强。     

微生物絮凝剂与聚合氯化铝复配处理涂料废水的响应面优化

采用响应面分析法对聚合氯化铝(PAC)与污泥生产的微生物絮凝剂复配处理涂料废水的过程进行了优化,设定的响应值为COD和色度去除率。实验分别拟合了关于COD去除率和色度去除率的二次模型,根据响应值的分布情况,确定涂料废水的最佳絮凝条件为微生物絮凝剂浓度47 mg/L,PAC浓度39 mg/L,pH为8.2,CaCl2浓度0.38 g/L,搅拌速度210 r/min。最佳絮凝条件下,微生物絮凝剂对涂料废水中COD和色度的去除率分别达到77.6%和68.9%。     

响应面法优化黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾饲养条件的研究

研究了黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾的方法。首先在饲养温度、饲料含水量和饲养密度等条件下进行单因素实验,然后,以利用率为指标,运用响应面法优化了黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾的饲养条件,结果表明,最佳饲养条件为饲养温度26.7℃、饲料含水量14.5%、饲养密度4.1头/cm2。在此饲养条件下,黄粉虫对餐厨垃圾利用率理论值为38.72%,实际餐厨垃圾利用率为38.88%,相对误差为0.41%,说明利用黄粉虫幼虫处理餐厨垃圾具有较好的效果。     

响应面法优化厌氧消化过程中抗生素去除效果

为了深入探究厌氧消化过程中厌氧消化时间、猪粪含固率、抗生素初始质量分数对磺胺二甲嘧啶和磺胺甲噁唑去除效果的相互影响,本研究采用响应面优化法,以厌氧消化时间、猪粪含固率、抗生素质量分数为3因素,以抗生素残留质量分数和厌氧消化产气量为响应值,探索使用厌氧消化法降低抗生素残留质量分数的最佳工艺参数。结果表明,根据响应面分析可知,当猪粪含固率为3%,初始质量分数为40 mg·kg⁻¹TS,厌氧消化时间为30 d,预测的磺胺二甲嘧啶残留质量分数最低为0.428 mg·kg⁻¹TS;当猪粪含固率为7%,磺胺二甲嘧啶初始质量分数为40 mg·kg⁻¹TS,厌氧消化时间为20 d,预测的磺胺甲噁唑残留质量分数最低为0.1063 mg·kg⁻¹TS。综合产气量考虑,当猪粪含固率为5.58%,磺胺二甲嘧啶初始质量分数为80 mg·kg⁻¹TS,厌氧消化时间为27.8 d,预测的产气量最高为389.3 mL·kg⁻¹TS。当猪粪含固率为5.89%,磺胺甲噁唑初始质量分数为80 mg·kg⁻¹TS,厌氧消化时间为30 d,预测的产气量最高为389.6 mL·kg⁻¹TS。该研究可为猪粪厌氧消化过程中的降低抗生素残留、提高产气量的工艺优化提供参考。     

响应面法优化酵母菌处理餐饮废水

从餐饮废水集水井壁上的生物膜中筛选出酵母菌菌株,选择废水降解能力相对较高的3株酵母菌对餐饮废水进行处理。以COD去除率为主要指标,在单因素实验的基础上,运用响应面法对pH、TN和TP进行优化,得到酵母菌处理餐饮废水的最优条件。结果表明,酵母菌处理餐饮废水最优的工艺条件为pH=5.55、TN=27.63 mg/L、TP=4.40 mg/L,COD去除率达到90.3%;当进水COD为2 235 mg/L、油为660. 2 mg/L时,COD与油实际去除率分别达到了89.9%和89.8%。     

微波-Fenton对沼液中抗生素和激素的高级氧化

采用微波强化Fenton氧化处理系统,研究H2O2浓度、Fe2+浓度、初始pH、微波辐射时间和微波辐射功率对沼液中喹乙醇、土霉素、四环素及金霉素降解效果的影响.结果发现,采用微波强化Fenton氧化降解沼液中抗生素与激素的最优条件是:H2O2浓度为40 mg/L、Fe2+浓度为12 mg/L、初始pH为4、微波辐射时间为2 min、微波辐射功率为中火(445W),沼液中喹乙醇、土霉素、四环素、金霉素和COD的去除率分别达到67％、93％、91％、88％和46％.在水浴条件下,与单独微波辐射和单独Fenton相比,微波强化Fenton氧化有明显的优越性.     

不同沸石材料对沼液中磷素静态吸附去除

集中型沼液磷含量较高,处理不当极易造成二次污染。为了寻找高效磷吸附基质,以天然斜发沸石(TRF)、微波与氯化钠联合改性沸石(WLF)、CPB改性沸石(CPBF)、微米级(WF)及亚微米级(YWF)2种粉煤灰合成沸石为研究对象,对磷的热力学吸附解吸以及动力学进行研究,并对影响沼液中磷吸附的温度,沸石投加量、pH等因素进行探讨。结果表明,在投加量为10 g/100 mL时,TRF、WLF、CPBF、YWF、WF 5种沸石材料对实际沼液磷去除率分别达到24.24%、22.45%、28.56%、48.63%、40.22%;在15～35℃范围内,温度的升高有利于除CPBF以外的其他4种沸石材料对沼液磷的吸附;在pH从3.5～10.5的变化范围内,YWF、WF对沼液磷的吸附量变化幅度要大于其他沸石材料。与其他3种沸石材料相比,2种粉煤灰合成沸石具有更高的磷吸附量和吸附速率以及更低的解吸率,因此具有较大的沼液除磷优势,是优良的吸附材料。     

加挂填料种植狐尾藻提升A/O工艺处理猪场沼液的效果

为提升A/O工艺对猪场沼液中污染物的去除效果,实现高效率且低成本的运行模式,通过对A/O工艺加挂弹性填料种植狐尾藻来优化工艺。结果表明：当进水COD、TN和${{\rm{NH}}_{\rm{4}}^{\rm{ + }}}$-N分别为441~948、401~1 579和369~1 594 mg·L−1时,改良A/O工艺系统出水COD、TN和${{\rm{NH}}_{\rm{4}}^{\rm{ + }}}$-N去除率分别为42.5%~97.4%、36.9%~88.3%和94.2%~99.4%,均优于A/O工艺的去除效果且具有显著提升。综合考虑对污染物的去除效果以及企业运行成本,在水力停留时间为10 d时,改良A/O工艺出水水质达到最优,出水COD平均去除率可达75.3%,对${{\rm{NH}}_{\rm{4}}^{\rm{ + }}}$-N平均去除率为96.2%~99.5%,TN的出水质量浓度为70~296 mg·L−1。此外,可结合多级改良A/O工艺和组合工艺进一步优化出水水质。除微生物同化作用以及硝化反硝化途径外,系统中含氮类物质还可通过狐尾藻植物去除。改良A/O工艺中狐尾藻植物能够大量生长,含水量为88.8%~89.0%,TP和TN质量分数分别为3.4~5.2 g·kg−1和51.4~53.8 g·kg−1,TN质量分数要远高于普通富营养化水体栽培的狐尾藻,这说明狐尾藻在改良A/O工艺中能够更好的吸收污染水体中的含氮物质。以上结果可为改良A/O工艺对猪场沼液的优化处理提供参考。     

下脚料制备生物菌肥的工艺优化及养分测定

以游离氨基酸态氮为评价指标,研究了转速、料液比、接种量、发酵温度和发酵时间5个因素对发酵效果的影响,在单因素实验基础上,对转速、接种量和温度3个因素用Box-ehnken 设计及响应面分析方法,确定了最佳发酵工艺参数为:转速203 r/min、接种量5%、温度30 ℃。在此条件下,发酵液中游离氨基酸态氮含量达到13.891 g/L,较优化前(12.365 g/L)提高了12.34%。另对初步放大实验所得的菌肥产品质量进行评价,结果显示,菌肥总氮含量约为15.8%,总有机质含量约为37%,两者指标均优于国家相关标准。     

响应面法对泡沫铜阴极电芬顿产H2O2与·OH性能优化

泡沫金属因其三维结构及优良导电性,使其作为电芬顿阴极开始引起学者关注。选择泡沫铜为阴极、石墨棒为阳极,搭建微孔曝气均匀的玻璃反应器,提高体系传质效率,并通过响应面探索体系产H2O2和·OH的机理。用响应面设计3因素(pH、电流、Fe2+初始浓度)3水平实验,得到体系产H2O2和·OH与3种因素之间的非线性回归方程,得到最优条件:当pH=2、电流0.25 A、Fe2+初始浓度为15 μmol·L-1时H2O2产量最大,为457.27 μmol·L-1;当pH=2、电流0.25 A、Fe2+初始浓度为20 μmol·L-1时·OH产量最多,可达18.56 μmol·L-1。根据方差分析,二次模型显著性很高(R2H2O2=0.977 8,R2·OH=0.964 2),能够很好地模拟实验结果。通过铜溶出实验分析得出铜溶出量在0.4~1.8 mg·L-1之间,符合现行污水排入城镇下水道水质标准(CJ 343-2010)。