Optimization of the O3/H2O2 process with response surface methodology for pretreatment of mother liquor of gas field wastewater

• Real ML-GFW with high salinity and high organics was degraded by O₃/H₂O₂ process. • Successful optimization of operation conditions was attained using RSM based on CCD. • Single-factor experiments in advance ensured optimal experimental conditions. • The satisfactory removal efficiency of TOC was achieved in spite of high salinity. • The initial pH plays the most significant role in the degradation of ML-GFW. The present study reports the use of the O₃/H₂O₂ process in the pretreatment of the mother liquor of gas field wastewater (ML-GFW), obtained from the multi-effect distillation treatment of the gas field wastewater. The range of optimal operation conditions was obtained by single-factor experiments. Response surface methodology (RSM) based on the central composite design (CCD) was used for the optimization procedure. A regression model with Total organic carbon (TOC) removal efficiency as the response value was established (R² = 0.9865). The three key factors were arranged according to their significance as: pH>H₂O₂ dosage>ozone flow rate. The model predicted that the best operation conditions could be obtained at a pH of 10.9, an ozone flow rate of 0.8 L/min, and H₂O₂ dosage of 6.2 mL. The dosing ratio of ozone was calculated to be 9.84 mg O₃/mg TOC. The maximum removal efficiency predicted was 75.9%, while the measured value was 72.3%. The relative deviation was found to be in an acceptable range. The ozone utilization and free radical quenching experiments showed that the addition of H₂O₂ promoted the decomposition of ozone to produce hydroxyl radicals (·OH). This also improved the ozone utilization efficiency. Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis showed that most of the organic matters in ML-GFW were degraded, while some residuals needed further treatment. This study provided the data and the necessary technical supports for further research on the treatment of ML-GFW.     

工程规模长填龄渗滤液膜生物-纳滤组合设施各单元污染物去除效能

填埋场渗滤液性质复杂,普遍采用生物处理与深度处理多单元串联工艺;但是,因缺乏对工程运行规模中各单元污染物处理贡献的评估数据,使优化单元组合方式缺少理论依据.因此,本文采用常规和荧光光谱指标结合的方法,对以采用"膜生物反应器（membrane biological reactor,MBR）+纳滤（nanofiltration,NF）"工艺、处理能力800 m³·d^-1的工程设施为对象,分析该组合工艺各单元对长填龄渗滤液处理贡献;同时,利用三维荧光-平行因子分析方法（excitation emission matrix fluorescence spectroscopy-parallel factor,EEM-PARAFAC）评估渗滤液中溶解性有机物（dissolved organic matters,DOM）性质的变化.结果表明,生物处理阶段对溶解性氮（dissolved nitrogen,DN）去除贡献率为74.7%,其中一级反硝化单元对DN去除贡献率为54.6%,外置式超滤单元对溶解性化学需氧量（dissolved chemical oxygen demand,sCOD）和溶解性碳（dissolved oganic carbon,DOC）降低贡献率分别为92.2%和93.3%,纳滤单元可有效去除重金属和盐分,但能力有限.通过追踪长填龄渗滤液DOM变化发现,一级反硝化单元可去除长填龄渗滤液中75.4%的类蛋白物质,超滤单元主要截留亲水性较高的DOM,而高芳香性的腐殖质主要通过纳滤截留,腐殖化程度越高截留效果越好.研究结果提示,处理长填龄渗滤液时,MBR工艺生物处理单元可适当简化,超滤单元则应预防堵塞.     

基于PMF模式的南京市大气细颗粒物源解析

为研究南京市大气细颗粒物(PM2.5)污染来源,分别在3个点位、4个季节开展了PM2.5环境样品的采集,共获得170个有效样本.对样本进行了化学成分分析,包括Al、Fe、Na、Mg、K、Ba、Li、Tl、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Sb、Pb、Cr、Ce、Na+、NH4+、Mg2+、Ca2+、SO42-、NO3-、Cl-、以及OC、EC,共计26种.首先采用OC/EC最小比值法估算出二次有机气溶胶(SOA)的含量;然后利用正矩阵因子分解法(PMF)对PM2.5的非SOA部分进行来源解析,共解析出6类因子:二次无机气溶胶(SIA)、燃煤、机动车排放、地面扬尘、冶金和其它源,贡献率分别25.0%、23.5%、20.4%、17.1%、3.0%和11.0%;最后基于南京市SO2、NOx、VOCs三种主要前体污染物的排放量,分别对SIA和SOA在一次来源中进行再分配.最终结果表明,南京市PM2.5主要来源为燃煤、机动车、扬尘、工业和其它源,其贡献率分别为29.6%、22.4%、14.6%、18.7%和14.7%.     

细微泥沙对活性污泥系统的影响及其恢复特征

不同地区、排水体制和季节下,我国城市污水厂进水中细微泥沙含量〔以ρ(ISS)/ρ(COD_Cr)表征,ISS为无机悬浮固体〕差异较大,细微泥沙进入生化处理单元将会对活性污泥系统的正常运行产生一定影响. 考察在不同进水细微泥沙浓度下,活性污泥系统各运行参数的变化及系统恢复情况,结果表明:①随着进水中细微泥沙浓度的增大,活性污泥系统ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)、SOUR′(单位质量污泥活性)、CST(污泥毛细吸水时间)和SVI(污泥容积指数)降低;在影响期,ρ(MLVSS)/ρ(MLSS)最小值、SOUR′平均值、CST平均值与细微泥沙浓度均呈良好的线性关系,R2(相关系数)分别为0.963 7、0.979 9和0.786 5;系统恢复所需时间与进水细微泥沙浓度呈正相关. ②污泥中细微泥沙浓度的增加导致SOUR′下降,使得ρ(MLSS)和剩余污泥量增加,不利于污水厂的节能减排. 可见进水中细微泥沙浓度的增大不利于污水厂的稳定高效运行.      

蒸汽相变促进可溶PM2.5凝结增长的数值分析

为利用蒸汽相变原理促进氨法脱硫系统排放细颗粒物(PM2.5)的脱除,建立多分散颗粒的凝结增长动力学模型,利用数值模拟方法研究了可溶硫酸铵颗粒的凝结增长规律,并将典型粒径可溶与不可溶颗粒的凝结增长过程进行对比分析.结果表明:不同粒径硫酸铵颗粒的增长速率相近,等温系统的凝结增长效果优于绝热系统;对于同一初始粒径分布下的可溶和不可溶颗粒,微米尺度可溶颗粒的增长速率始终大于不可溶颗粒,亚微米尺度可溶颗粒的增长速率先大于而后小于不可溶颗粒,使得二者的增长曲线存在一个交叉点;蒸汽饱和度增大能显著促进硫酸铵颗粒的增长;等温系统中温度对硫酸铵颗粒的增长影响显著,绝热系统中温度的影响较弱.     

杭州市灰霾与非灰霾日不同粒径大气颗粒物来源解析

在2011年典型灰霾和非灰霾天气下,采集了杭州市不同粒径的大气颗粒物样品,测定并分析各粒径段颗粒物的质量浓度及其化学成分;同时采集并分析了主要污染源排放的颗粒物样品,通过CMB(化学质量平衡)模型进行源解析. 结果表明:灰霾天气下,二次粒子是杭州市各粒径段颗粒物的首要贡献源,其对≤1.1、>1.1~3.3、>3.3~5.8和>5.8~10μm粒径段的颗粒物贡献率分别为60.4%、62.2%、54.8%和46.5%. 在一次排放源中,机动车尾气是≤1.1和>1.1~3.3μm粒径段颗粒物的重要来源,贡献率分别为13.8%和12.2%;城市扬尘是>3.3~5.8μm粒径段颗粒物的重要来源,贡献率达到16.0%;而建筑施工尘是>5.8~10μm粒径段颗粒物的重要来源,贡献率为14.2%. 非灰霾天气下,随着颗粒物粒径的增加,二次粒子的贡献率显著下降,对≤1.1μm粒径段颗粒物的贡献率为42.7%,而对>5.8~10μm粒径段颗粒物的贡献率仅为15.5%;机动车是各粒径段颗粒物的重要贡献源,贡献率均在20%以上;煤烟尘是≤3.3μm细粒径段颗粒物的重要贡献源类,贡献率为22.0%;城市扬尘是>3.3~5.8μm粒径段颗粒物的重要来源,贡献率为18.3%;建筑施工尘依然是>5.8~10μm粒径段颗粒物的重要来源,贡献率为21.4%.      

土壤中两种手性有机氯农药的选择性降解研究

为了更深入的了解和阐释手性有机氯农药在土壤中的转化和环境归趋,采用实验室室内避光培养方法,研究了o,p＇-DDT及o,p＇-DDD 2种手性有机氯农药的外消旋体在水稻土厌氧培养体系和菜园土好氧培养体系中的选择性降解情况。为了更好的利用土壤中土著微生物的活性,我们选择了厌氧微生物比较丰富的水稻土和好氧微生物丰度比较高的菜园土来做培养实验。结果表明实验体系中o,p＇-DDT及o,p＇-DDD在水稻土和菜园土中的降解均没有明显的对映体选择性。这一结果与2种手性化合物不同对映体在自然环境中的含量普遍具有差异性有所不同,说明野外环境条件和室内模拟实验条件的差异会影响手性化合物的降解选择性。在2种体系中,o,p＇-DDT的降解速率均高于o,p＇-DDD的降解速率。这与以前的研究报道一致,DDD比DDT更难降解。通过2个体系的比较,发现DDT的降解速率在厌氧体系中高于好氧体系,而DDD的降解速率与之相反,好氧体系高于厌氧体系。这应该与DDT和DDD 2种化合物的化学结构及2种土壤中微生物群落的差异有关。对于厌氧体系中的2种水稻土,采自中山的水稻土中DDT的降解速率高于江门的水稻土,这应该与中山水稻土有机质含量高于江门的水稻土有关。有机质含量的高低直接反映了土壤中微生物的多少,进而会影响污染物的降解速率。研究发现本实验所用水稻土和菜园土总有机碳含量偏低可能是影响2种化合物的对映体无降解选择性的因素之一。此外,由于本研究采用缓冲溶液将pH 调控在中性,因此本文的土壤 pH 对降解选择性的影响仍有待进一步研究。本研究中好氧体系和厌氧体系对目标物的降解选择性无明显差异。     

老化过程中铜形态变化的X射线吸收精细结构谱的(XAFS)初步研究

利用X射线吸收精细结构谱(XAFS)对老化过程中土壤中铜的分子形态进行初步表征。以硫酸铜、氧化铜和硫化铜的X射线吸收扩展边结构(EXAFS)谱为参比,对土壤样品中Cu的EXAFS谱进行拟合,得到不同老化阶段与参比物质相对应的结合态Cu的百分含量,并与连续提取法表征进行比较。XAFS分析结果表明,老化阶段土壤样品中铜的主要结合形态是CuSO_4,同时还有部分CuS,基本不含有CuO。随着时间的推移,土壤中CuSO_4百分含量呈现出下降的趋势,CuS百分含量呈现出上升的趋势。这与连续提取法研究结果中其可交换态的百分比下降,残渣态上升的趋势相似。     

上海城区典型空气污染过程中细颗粒污染特征研究

采集了上海城区2009年10月10~21日期间2次空气污染过程的样品,在对污染过程分析的基础上,着重分析了PM2.5及其化学组分的变化,探讨了污染源及形成机制.研究表明,14日的灰霾过程主要由本地排放的污染物二次转化形成,PM2.5占PM10比重超过60%且PM2.5中离子组分含量高.17~19日的浮尘过程中,受北方沙尘影响本市粗颗粒浓度上升,PM2.5所占比重下降,二次离子组分从细颗粒物向粗颗粒物转移且Ca2+浓度上升,同时受到长江三角洲区域秸秆焚烧的影响,细颗粒物中K+, EC和OC含量高.因此,应在控制本地源排放的同时,加强对细颗粒尤其是二次细颗粒污染及其前体物的协同控制.     

超细水雾抑制煤燃烧的模拟实验研究

为了研究超细水雾对煤燃烧的抑制效果,基于小尺寸空间抑制燃烧实验平台,研究了超细水雾对煤燃烧的抑制效果,计算在超细水雾作用下实验空间内部氧气、二氧化碳、一氧化碳体积分数的变化情况以及燃烧空间内不同部位的温度变化情况,并且与煤自由燃烧的情况做对比。研究表明超细水雾对煤燃烧的火灾发展过程有很好的抑制作用。研究结论对超细水雾应用于熄灭矿井煤炭火灾具有一定的指导意义