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[硕士论文] 谷俊辉
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:印染废水通常具有有机物含量高、pH值偏碱性、色度高、可生化性差等特点,属于较难处理的废水之一。本文的研究主要围绕电絮凝-电气浮-酶催化组合工艺处理印染废水展开。研究主要分为两个部分,第一部分为电絮凝-电气浮-酶催化处理模拟硫化黑印染废水的能力;第二部为研究电絮凝-电气浮-酶催化法处理污水处理站印染废水的能力,并通过出水水质分析与污水处理站所使用的AB法-芬顿法进行对比。论文成果如下:
  1.通过控制温度、时间、极板间距、电路密度等单因素来进行电絮凝-电气浮处理模拟硫化黑印染废水的研究,之后采用正交试验筛选出电絮凝-电气浮的最佳条件。通过改变温度、pH、过氧化氢用量、反应时间等因素进行酶催化实验,探究酶催化反应的最佳条件。最后基于两者的最佳条件下进行电絮凝-电气浮-酶催化参数优化实验,得出电絮凝-电气浮-酶催化组合工艺去除模拟硫化黑印染废水的最佳条件。结果表明在电絮凝-电气浮-酶催化组合工艺中,电絮凝-电气浮部分的最佳条件为温度为45℃,时间为120min,极板间距为2cm,电流密度为275A/m2;酶催化部分的最佳条件为温度为40℃,pH为9.0,时间为35min,过氧化氢用量为1.2ml。
  2.通过控制温度、时间、电路密度等单因素进行电絮凝-电气浮处理污水处理站印染废水的研究,之后采用正交试验筛选出去除该废水的最佳条件。通过控制温度、pH、过氧化氢用量、反应时间等因素进行酶催化去除印染废水实验,探究酶催化反应的最佳条件。基于最佳条件下进行电絮凝-电气浮-酶催化参数优化实验,得出电絮凝-电气浮-酶催化组合工艺去除污水处理站印染废水的最佳条件。将电絮凝-电气浮-酶催化法与污水处理站所使用的AB-芬顿法进行水质对比分析。电絮凝-电气浮-酶催化法的最终出水水质为COD为479.8mg/L,氨氮为173.6mg/L,pH值为7.08,色度接近于0,AB-芬顿法的最终出水水质为COD为633.7mg/L,色度为521度左右,氨氮为194.7mg/L,pH为6.98。
[硕士论文] 孙培志
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:萘系磺酸化合物,作为印染行业一种重要化工原料,价格高,市场需求量大。问题是,在其合成工艺过程中,往往会产生大量的工业有机废水。这类废水具有组成复杂、有机物含量高、酸性较强、毒性大等特点,成为废水处理领域的重大难题。
  本课题采用络合萃取法处理萘系磺酸有机废水,确定了最佳的萃取相配比、萃取条件,实现废水的连续处理;并由对K酸生产工艺过程中废水处理,推广至T酸、H酸废水处理。考察了萃取相的再生方法,采用了一种新的反萃工艺,通过反萃-脱油-脱盐等操作,无需精馏直接得到高度浓缩的有机物固体,便于回用。主要工作如下:
  1、针对K酸生产过程中产生的40%、25%、8%三种废水,在间歇萃取过程中,研究了混合时间、废水pH、油水比、稀释剂、助溶剂、离心操作等条件对络合效果的影响,找出了最佳的萃取条件,使废水处理后达到印染废水的三级排放标准。分别考察了错流萃取过程中,油水比和萃取次数对萃取效果的影响;连续萃取过程中,进料量、萃取级数对萃取效果的影响,确定了在不同萃取方式中的最佳萃取条件,达到处理要求。
  2、考察此萃取相配比下,温度、混合时间、加入酸量、油水比等因素对T酸、H酸废水的处理效果。得到萃取过程中主要受废水pH值影响,其次为油水比的影响。确定了最佳的萃取条件,使废水处理达到了处理要求。
  3、进行了新的反萃工艺研究。采用氨气代替传统的碱液反萃剂,直接得到再生萃取剂和有机物固体,避免了传统的碱液反萃剂需要配入新水而导致水负荷增加问题,并显著降低了处理成本;研究了有机物固体除油,回收夹带的油相,最后通过液相色谱分析和COD分析手段,确定固体有机物成份和含量;并采用原酸废水洗涤固体,以除掉固体中的无机盐类,提高了有机物固体含量。
[硕士论文] 侯嫒瑛
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着人们生活水平的提高,城镇生活污水污染物含量也随之升高,增加了污水处理的难度。综合考虑成本、处理效果以及运维等因素,针对人口分布散且广的地区,一般采用化粪池以及净化槽等工艺分散处理。但是由于没有机械搅拌的厌氧池利用率低等原因,处理效率并不理想。本文针对以上问题,提出气动混合净化槽,通入空气即可使厌氧池水体搅拌,增大泥水混合,提高处理效果。
  本文利用气动混合搅拌技术设计四槽净化槽以及双筒净化槽,通过分析流态实验证明净化槽在结构上的可行性,并且得出搅拌会弱化短流现象、减小水流分散度。通过MATLAB/simulink仿真模型可以得出搅拌频率的增大使净化槽更趋向于全混流反应器。
  本文通过对模拟废水处理效果的研究,探究搅拌频率的大小对低COD含量和高COD含量污水净化效果的影响。实验结果表明,当进水COD为1500mg/L,氨氮进水为20mg/L时,四槽净化槽在高搅拌频率下处理效果好(COD的去除率为77‰氨氮的去除率为97%),双筒净化槽的净化效果随搅拌频率的增大呈先上升再下降的过程,最优处理效果为COD去除率为70%,氨氮去除率为85%。
  本文通过对生活污水处理效果的研究,对比不同净化槽对农村污水的净化效果并得到工艺参数。实验结果表明,对于高COD的污水(不经化粪池预处理),双筒净化槽的平均去除率为97%,进水COD平均浓度为7607mg/L时,出水可降到500mg/L以下;经化粪池处理过的污水,四槽净化槽的进水COD平均浓度为1989mg/L时,出水可降到50以下,达到城镇排水一级A标准。
  对于处理水质浓度高、波动大的分散式污水,气动混合净化槽具有较高的净化效果,并且其加工简单、运维易管理,从而具有良好的发展潜力。
[硕士论文] 张秀
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:印染行业作为我国的支柱产业,每年会产生大量的废水。其成分复杂,色度高,传统处理法很难对其进行有效的降解。高级氧化工艺可以生成氧化性极强的自由基,将污染物高效降解为无机物,适用于废水处理过程。
  本文主要将超重力技术与高级氧化工艺相结合,研究了UV、O3以及O3/UV耦合三种工艺对罗丹明B印染废水的降解,考察了各操作条件对废水的脱色率和COD去除率的影响规律,并对几种工艺的处理效果进行了比较,得到最佳的操作工艺。主要研究成果如下:
  (1)以搅拌釜(STR)为反应设备,采用UV工艺处理罗丹明B废水,考察了废水初始pH、催化剂P25浓度、反应时间等条件对废水脱色率和COD去除率的影响。结果表明,罗丹明B印染废水的脱色率和COD去除率随着废水初始pH的增加先上升后下降,随着催化剂P25浓度、反应时间的增加而逐渐增加。
  (2)以旋转填充床(RPB)为反应设备,采用O3工艺处理罗丹明B废水,考察了RPB转速、废水流量、臭氧浓度、反应温度、废水初始pH对废水脱色率和COD去除率的影响。结果表明,随着RPB转速、臭氧浓度的增加,废水的脱色率和COD去除率先增加后趋于平缓;随着废水流量和初始pH的增加,脱色率和COD去除率降低;反应温度对脱色率和COD去除率的影响可以忽略。
  (3)RPB与STR串联,O3/UV耦合工艺处理罗丹明B废水,考察RPB转速、臭氧浓度、催化剂P25浓度、液体循环量、气体流量、废水初始pH对废水脱色率和COD去除率的影响。发现脱色率和COD去除率随着RPB转速、臭氧浓度、液体循环量以及催化剂P25浓度的增加而增加;气体流量的改变对脱色率和COD去除率没有明显的影响;随着废水初始pH的增加,罗丹明B印染废水的COD去除率先上升后下降;
  (4)比较几种处理工艺可知,O3/UV耦合工艺对于罗丹明B印染废水的处理效果最佳,废水脱色率和COD去除率分别为100%和40%。这表明O3和UV的耦合作用更有利于羟基自由基的产生,从而提高脱色率和COD的去除率。
[硕士论文] 张贺东
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:在我国,印染行业每年产生大量的印染污泥(DS)。印染污泥成分复杂,含有大量的有害物质,而如何处理处置印染污泥一直是企业和政府面临的难题。糠醛渣(FR)是以玉米芯等原料制备糠醛过程中产生的废渣。然而糠醛渣在我国并没有得到很好的利用。与此同时,印染污泥和糠醛渣作为工业固体废物,可以制备成泥炭/生物炭加以利用。本文以DS和FR为研究对象,采用微波热解技术在螺杆移动床中对其进行热解制备泥炭/生物炭;对热解产物进行了元素分析、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、BET比表面积仪、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、气相色谱仪(GC)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)等表征与分析。研究结果如下:
  (1)印染污泥微波热解实验。随着热解温度的增加,泥炭(SC)的产率逐渐下降,最低为63.87%;不可凝热解气产率逐渐增加,最高为26.37%。不可凝热解气主要由CO2、H2、CO和CH4组成。在650℃下,添加氧化钙和铁粉使SC产率增加;添加钙基膨润土和高岭土使SC产率降低。在650℃添加高岭土获得最低的SC产率,为53.2%。元素分析表明,随着热解温度的升高,碳、氢和氮的含量逐渐降低,硫的含量逐渐增加。在650℃下添加催化剂能促进碳、氢、氮等元素向液相和气相产物中转化,而且,氧化钙有助于硫元素的固化。比表面积结果显示,SC在650℃下添加高岭土得到最大比表面积,为123m2·g-1,和扫描电镜结果一致。DS消解液中重金属含量从高到低为:Zn>Pb>Cr>Cu>Ni>As,并且所有的重金属含量均低于《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》标准中的限值。不同温度和催化剂对不同重金属的固化效果不同。在450-750℃,螺杆转速为1-9r·min-1(rpm)条件下,微波热解含水为60%的DS耗电量为0.76-2.59kWh·kg-1。温度越高、螺杆转速越低,能耗就越大。
  (2)糠醛渣微波热解实验。随着热解温度从450℃增加到750℃,生物炭(FRBC)的产率逐渐下降,最低为43.62%;不可凝热解气产率逐渐增加,最高为40.37%。不可凝热解气主要由CO2、H2、CO和CH4组成,其中CO2产率最高。随着热解温度的升高,CO2、H2、CO和CH4的产率总体呈上升的趋势,在750℃达到最大,分别为20.31%、0.99%、15.22%和4.21%。在550℃下,添加氧化钙时FRBC产率升高;添加高岭土和碳酸钾时FRBC和的产率降低。添加氧化钙显著降低CO2和CO产率,而添加高岭土和碳酸钾则显著提高CO2,CO和H2的产率。FR经热解后,氢元素含量降低,碳、氮和硫元素则富集在FRBC中。添加催化剂能够促进碳、氢和硫元素向液相和气相转化。XRD分析表明,糠醛渣和生物炭含有SiO2、CaSO4、K2Ca(SO4)2H2O和KCl等无机物。经计算,糠醛渣微波热解的净电耗为0.755-2.846kWh·kg-1湿物料。
[硕士论文] 崔悦
环境工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:餐厨垃圾厌氧发酵易发生酸化现象,导致pH值降低,系统失稳,进而影响产甲烷性能。为提高厌氧发酵性能,本研究分析了不同F/M(Food/Mud)下挥发性脂肪酸(VFAs)的生成和转化机理;探究了外源物质Fe,Fe/C对高F/M下餐厨垃圾产甲烷抑制效应的解除作用,确定了Fe,Fe/C的最优投放量;为了提高餐厨垃圾厌氧发酵产酸能力即提高可供微生物直接利用的乙酸和丁酸的产量,通过响应面法优化了酸化阶段的各类反应参数。基于以上结果,在最优的酸化反应条件下,通过在酸化相和甲烷相分别加入外源物质Fe,Fe/C来提高两相厌氧发酵系统的产甲烷性能,优化系统稳定性。
  首先,研究了不同F/M(0.5、1、2、2.5、3、4)下餐厨垃圾厌氧发酵产酸和产气性能,得出:当F/M大于等于2时,产甲烷性能不高,生物降解率低于34.52%,产甲烷速率仅为5.62mL·(gVS)-1·d-1。添加外源物质零价铁后,F/M小于等于2的系统中,累积产甲烷量以及生物降解率显著提升,零价铁添加量大于等于6g·L-1时,生物降解率提升到70%以上,负荷累积甲烷产量增加到440mg·L-1以上。
  其次,利用响应面法优化餐厨垃圾厌氧发酵产酸工艺条件,以可供微生物直接利用的乙酸和丁酸浓度和作为响应值,确定温度为41.67℃,F/M为2,初始pH值为9,HRT为3.35d,OL为80(gVS)·L-1时产酸效果最佳。在该工艺条件下丁酸和乙酸浓度和达到了19324.7mg·L-1,占VFAs总量的89%。通过对不同工艺条件下产酸效果的研究发现,初始pH值为9时,系统pH变化维持在水解酸化细菌的最适pH范围内,产酸效果较高;中高温更适合产酸细菌的生存,系统稳定性和产酸能力较超高温状态更高;OL为50(gVS)·L-1时水解酸化细菌的活性更强,可以获得较高水平的VFA;F/M为2时pH降低速率较慢,pH维持在5.8~6.3之间,且产酸性能好,但该pH范围并不利于产甲烷菌的生长。
  最后,以最优酸化条件下的酸化出料作为两相厌氧甲烷化阶段的原料,研究外源物质对两相厌氧消化的影响。外源物质Fe和Fe/C对两相厌氧发酵累积产甲烷量、产甲烷速率以及生物降解率的提高效果显著,且主要作用在酸化阶段。酸化相加Fe和两相全程加Fe的负荷产甲烷量为457.56和448.99mL·(gVS)-1,生物降解率也分别达到了84.11%和82.53%;酸化相加Fe/C和两相全程加Fe/C的负荷产甲烷量为474.94和487.30mL·(gVS)-1,生物降解率也分别达到了87.30%和87.58%,说明外源物质的效应主要作用于酸化阶段,且外源物质Fe/C的产气性能强于外源物质Fe。酶活性也随着外源物质的加入得到显著提高,在两相发酵系统中,DHA(脱氢酶)的浓度介于2.23~2.95mg·g-1·h-1,辅酶F420浓度介于0.0063~0.0294μmol·(gVS)-1之间,说明在两相系统中厌氧发酵体系的酶活性强于单相发酵体系。
[硕士论文] 李芳
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:碱减量工艺是涤纶仿真丝工艺中最主要的预处理技术,所得到的涤纶仿真丝织物市场需求在不断增长。该过程产生含有高浓度对苯二甲酸(Terephthalic acid,简写:TA)和乙二醇的废碱液—碱减量废水。含高COD值且难降解的碱减量废水,带来了严重的环境污染。本课题旨在从碱减量废水中回收TA并对回收TA后的剩余废水采用适当的方法进一步处理,以实现碱减量废水的资源化利用。
  论文首先对从碱减量废水中回收TA的方法进行了对比研究,确定了使用酸析前加晶种的方法回收碱减量废水中的TA。利用模拟废水研究了回收TA的工艺条件,确定了得到保水率低,比阻小,沉降体积比大,回收率高且TA酸值符合国家标准的工艺条件。最后,使用工厂实际产生的碱减量废水对模拟废水的研究结果进行了验证,废水的COD总去除率达80%以上,TA纯度达到95%以上。
  提出了回收TA后的剩余废水资源化利用的方法,即,用NaOH将强酸性废水中和,然后用热泵与多效蒸发结合的方法使废液浓缩至一定浓度,制成可用于清洗汽车挡风玻璃的防冻玻璃水。利用Aspen Plus过程模拟软件对上述过程进行了模拟,验证了该方法的可行性。并对比了不同流程的节能效果,确定了本研究中使用的热泵多效蒸发系统的节能、高效性。
[硕士论文] 尚亚丹
环境工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:本实验通过在人工湿地基质中按一定比例掺杂铁碳,构造铁碳微电解与人工湿地耦合工艺,利用金属腐蚀原理形成的原电池提高对生活污水以及重金属Cr(Ⅵ)的处理效果,为以后人工湿地脱氮除磷,以及对含铬废水的处理提供技术支撑。
  文章首先在不曝气、间歇曝气和连续曝气三种不同条件下,对耦合工艺和传统人工湿地去除生活污水中COD、氨氮、总氮和总磷的效果进行了对比研究。结果表明,掺杂铁碳对COD和氨氮的去除效果影响不大,其去除率都比较高,分别稳定在96%和98%以上。耦合工艺在三种曝气条件下,对总氮的去除率较传统人工湿地分别提高24.05%、11.41%和18.45%;对总磷的去除率分别提高21.08%、16.98%和23.6%,其中间歇曝气条件下去除率最高,故该耦合工艺以及间歇曝气均可显著提高湿地对总氮以及总磷的去除性能。
  继而在最佳工况下,向两组湿地中添加Cr(Ⅵ),对比研究二者对Cr(Ⅵ)的去除效果,同时探讨Cr(Ⅵ)的添加对耦合工艺常规污染物去除的影响,以及水力停留时间对耦合工艺去除Cr(Ⅵ)的影响。结果表明,两组人工湿地对Cr(Ⅵ)的去除率均呈现先下降后上升再下降,最后趋于稳定的趋势,且耦合工艺对Cr(Ⅵ)的去除效率比传统湿地高出10%~18%,表明掺杂铁碳可以增强人工湿地系统对Cr(Ⅵ)去除效果;加入Cr(Ⅵ)后,耦合工艺中常规污染物COD、氨氮、总氮以及总磷的出水水质均有不同程度的下降,表明Cr(Ⅵ)的添加对系统内微生物的群落及种类变化影响较大。当水力停留时间为1天、3天及5天时,耦合工艺对Cr(Ⅵ)的去除率分别为53.8%、75.2%及42.8%,其中在水力停留时间为3天的条件下,去除效果达到最佳。
  而后采用静态实验研究了铁碳、火山岩、沸石、陶砾四种基质对Cr(Ⅵ)的吸附特性,分别从等温吸附、吸附动力学及pH值对吸附的影响三个方面对其进行分析。结果表明,四种基质吸附量的大小顺序是:铁碳>陶砾>火山岩>沸石,对Cr(Ⅵ)的吸附更符合Langmuir方程以及二级动力学方程,表明该吸附行为均属于化学吸附,且铁碳更有利于吸附Cr(Ⅵ)。pH值对火山岩、沸石和陶砾的吸附量影响不大,而对铁碳的吸附量影响显著,且在酸性和碱性的条件下,更有利于铁碳对Cr(Ⅵ)的吸附。
  最后采用高通量测序方法对湿地系统添加Cr(Ⅵ)前后微生物群落的组成及变化进行分析。结果表明,在加入Cr(Ⅵ)后,两组湿地中微生物多样性均显著降低,Cr(Ⅵ)的添加对微生物的多样性影响较大,耦合工艺中耐铬的微生物种类有Actinobacteria,Proteobacteria,Saccharibacteria,其丰度之和达到87%,而传统湿地中耐铬的微生物仅有Actinobacteria,Proteobacteria,其风度之和为67%。因此耦合工艺中微生物对铬的去除作用要大于传统湿地。
[硕士论文] 袁杰
土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:以废腻子、废石膏板及细骨料为典型富钙粉体类建筑垃圾为原料,研究高效、环保和经济的粉体类建筑垃圾回收利用方法。通过与磷酸盐溶液((NH4)2HPO4,DAP)反应,可使废腻子、废石膏板及细骨料的钙元素转化为羟基磷灰石,实现富钙固废的高附加值利用。分别开展了基于废腻子-羟基磷灰石加固砂土和废石膏板/细骨料-羟基磷灰石调湿性能的研究。取得了以下结论:
  (1)由腻子粉与DAP反应生成的HAP为纳米空间网状结构,可有效地提高砂土颗粒的粘结,填充砂土颗粒空隙,形成较为密实的微结构。龄期28d时,DAP浓度越高,则HAP产量越多,结晶性越好,在质量浓度为15%的条件下,HAP的XRD特征峰为驼峰,弥散性大,峰宽约为3度,SEM中结晶性较差,微结构不够致密,而在质量浓度为40%的条件下,较为尖锐,峰宽为1度,SEM中结晶性较好,微结构较为致密。HAP的生成有利于抗压强度的提高,龄期3d时,相对于未加DAP的对照组别抗压强度,DAP质量浓度为15%、30%和40%的组别试块抗压强度分别提高了36%、184%和245%。
  (2)由石膏板和细骨料与DAP反应生成的HAP为纳米空间网状结构,可有效地提高复合粉体的强度,并由于HAP具有很好的吸附性,使复合粉体能够有效地吸收空气中的水分并长时间保留,具有很好的调湿性能。DAP浓度越高,浸泡时间越长,环境湿度越大,复合粉体的吸水性能和释水性能越好,HAP的XRD特征峰较为尖锐,SEM中结晶性较好,微结构较为致密。在环境湿度97%的条件下,复合粉体浸泡于质量浓度为30%的DAP溶液中14d时,其吸水性最好,接近9.3%,释水性也最好,接近2%。
[硕士论文] 雷鸣洲
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,科学技术飞速发展,人们生活水平迅速提高,工程建设突飞猛进。在地下工程施工中泥浆扮演着很重要的角色,然而也形成了大量废弃泥浆。废弃泥浆的不断出现既占用土地资源又污染周围环境,为节约资源、美化环境,亟待寻求一种合理的、经济的处理废弃工程泥浆的方法。本文主要针对工程泥浆,利用固化剂水泥和固化剂水泥-硅粉(40∶10)对其进行固化处理,通过无侧限抗压强度试验选取工程泥浆最优固化剂和最佳掺量比。并选取固化剂水泥-硅粉(40∶10)掺量比15%时的泥浆固化土为研究对象,基于泥浆固化土强度特性试验研究和工程案例,利用MIDAS进行数值模拟,对比分析泥浆固化土和水泥土搅拌桩的地基处理模拟结果,得到以下主要研究结论:
  1.分别采用掺量比为10%、15%和20%的固化剂水泥和固化剂水泥-硅粉(40∶10)对工程泥浆进行固化,通过室内无侧限抗压强度试验确定两种固化剂中最优固化剂以及最佳掺量比。研究表明:固化剂水泥-硅粉(40∶10)掺量比为15%时固化效果最佳。
  2.对试验结果进行对比分析,对水泥固化土和水泥-硅粉(40∶10)固化土抗压强度进行幂函数拟合,得到工程泥浆固化土的无侧限抗压强度幂函数预测公式,各预测公式的相关系数达到0.98以上,公式拟合程度较好,预测结果可靠。
  3.选取固化剂水泥-硅粉(40∶10)掺量比15%时的泥浆固化土为研究对象,基于泥浆固化土的强度特性试验研究和工程实例利用MIDAS建立有限元模型,对比分析泥浆固化土桩和水泥土搅拌桩的数值模拟结果得出该泥浆固化土桩能代替水泥土搅拌桩处理软土地基。
[硕士论文] 郁鑫
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本课题在研究处理某造纸厂造纸染色废水的基础上,对碱性嫩黄O染料废水特性予以分析。在采取小试对煤渣吸附与混凝、Fenton氧化、Fe/C微点解最佳反应条件予以确定的条件下,研究出一种主要内容为Fe/C微电解-Fenton氧化-煤渣吸附-混凝组合工艺的染料废水处理工艺。并通过试验获取运行的最佳条件,进而针对实际工程给定相匹配的设计运行参数,以使得废水处理能够有更低的运行成本,最终实现处理效率的提升,替代原有的处理方法。得到了以下研究成果:
  (1)铁碳微电解-芬顿氧化组合工艺降解碱性嫩黄O模拟废水的最佳反应条件为:pH值为3,铁屑投加量为16.7g/L,铁碳质量比为1/0.9,铁碳微电解的反应时间为120min。铁碳反应出水进行芬顿氧化反应,按0.84mL/L的比例投加H2O2,控制pH=3,并不断搅拌反应40min。反应结束后的最佳沉淀时间为60min。在最佳反应条件下,组合工艺对废水的COD和色度的去除率分别为89.03%和93.11%,处理效果优良。
  (2)煤渣吸附-混凝组合工艺的最佳反应条件为:煤渣投加量为12g/L,PAC投加量为10mg/L,吸附时间为60min。在所确定的吸附混凝条件下,色度去除率为60.45%。
  (3)在对铁碳微电解-芬顿氧化-煤渣吸附-混凝组合工艺处理碱性嫩黄O实际造纸染色废水的研究中发现,该组合工艺切实可行,达到了理想的处理效果。实际废水的COD的去除率达到了94.09%,色度的去除率达到了98.86%。通过药剂成本分析可知平均药剂成本为3.06元/m3,出水达到了国家《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544-2008)的要求。
[硕士论文] 丁小曼
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:合成革以及人造革行业在回收二甲基甲酰胺(Dimethylformamide,DMF)的过程中,产生的DMF的废水,含有大量DMF、二甲胺(Dimethylacetamid,DMA)等,胺类废水具有挥发性、刺激性、高毒性,并具有很强的致癌作用。每年仅制革行业排放的含DMF的废水就约1亿吨。DMF废水的B/C比在0.065左右,很难被生物直接降解,传统的生化法,处理时间长,废水未经预处理直接进入系统后生化处理效果差,尤其是很难去除氨氮,排放不达标。
  针对这一问题,本试验采用外加均相催化剂的臭氧紫外氧化+化学沉淀预处理,氧化部分加入了均相催化剂以强化臭氧的氧化能力,更大程度的减少生物毒性,提高废水的可生化性。氧化部分通过正交分法得出最佳反应条件为:pH=8,AlCl3做催化剂投加量4g/L,反应时间为60min。在沉淀部分利用磷酸铵镁沉淀法不仅可以降低废水的NH3-N浓度、提高废水的C/N比,而且含磷药剂的加入正好补充了该废水缺少的微生物生长所必须的磷营养成分,有利于后续废水处理生化系统效率的提高。沉淀部分利用正交分析法得出最佳反应条件为:pH=8.5,n(NH4+):n(PO43-)=1∶1.1,n(NH4+)∶n(Mg2+)=1∶1.2,反应时间为20min。ABR生化系统采用恒定进水浓度、逐步减少水力停留时间启动,经过60多天完成启动。其后实验考察了ABR反应器在pH=7.4,水力停留时间24h对废水各指标的处理效果,经ABR反应器处理之后的出水并没有达到预期效果,表现在NH3-N含量过高,后通过污泥驯化培养再经过复合好氧工艺处理,出水达到预期效果。
  通过上述工艺的改进,取得了较好的处理效果,试验结果表明:化学需氧量(COD)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、二甲基甲酰胺(Dimethylformamide,DMF)和二甲胺(Dimethylacetamid,DMA)的平均去除率分别达到95%、98%、99%、995%和99.9%左右。该工艺克服了传统生物处理中废水的可生化性差、无法提供足够的碳源供生物脱氮等问题,此方法对该废水治理具有推广应用价值。
[硕士论文] 疏童
市政工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着新疆番茄酱加工企业的迅速发展,废水排放量也与日俱增。番茄酱加工废水具有色度大,有机物含量高等特点。针对这种废水,目前常采用一些常规生物处理工艺,但这些工艺存在处理效率低,处理费用高的问题。膜生物反应器具有能完全固液分离,占地面积小等优点。但是由膜污染引起的渗透通量的迅速下降是限制其广泛应用的主要原因。因此,本文采用浸没式膜生物反应器(sMBR)处理番茄酱加工废水,研究sMBR的除污效能以及处理过程中膜污染情况。
  本文首先考察了sMBR处理番茄酱加工废水连续运行过程中的特性。结果表明:在稳定运行期间sMBR的出水水质均能符合相关标准。但是经过90天的运行,膜污染较为严重,已经无法通过物理清洗将膜通量完全恢复。通过阻力分析发现跨膜压迅速上升阶段主要是由滤饼层增加导致的。对污泥混合液和滤饼层理化性质分析中发现,小粒径污泥更易沉积在滤饼层上造成膜通量的下降。此外,通过对膜污染层的分析,发现其中凝胶层部分除了含有EPS还存在其他有机成分,无机元素占膜污染层比例小,但对膜污染的影响却不可忽略。
  其次,本文探讨了好氧颗粒污泥对番茄酱加工废水的影响。结果表明:好氧颗粒污泥对污染物去除效果优于絮体污泥并且有效延缓了膜污染。但是好氧颗粒污泥在sMBR中发生了不同程度的解体,解体后污泥性能发生较大变化并导致了严重的膜污染。因此,本实验进一步考察了产生这种现象的原因,结果发现颗粒解体后形成的絮状污泥粒径的减小和EPS的大量释放会造成膜污染的加重。此外,对两反应器中微生物群落演替进行分析,结果发现两种工艺处理番茄酱加工废水过程中群落的演替具有差异性并且形成了各自的优势菌群。
  最后,本文对比了sMBR对番茄酱加工废水中胶体和溶解性有机物的去除效能和膜污染情况。结果表明:sMBR对胶体和溶解性有机物的去除效果基本相同,但是被去除的主要方式具有差异。在膜过滤阻力方面,胶体物质对不可逆阻力的贡献大于溶解性有机物。在对理化性质分析中发现,两者对悬浮污泥混合液过滤比阻值的影响相差不大,但对滤饼层污泥过滤比阻值的影响存在较大差异,小粒径污泥比阻值的不同是造成这种结果的主要原因。此外,混合液中各组分对膜过滤通量影响不同,悬浮固体是造成膜通量前期下降的主要原因,膜通量后期的降低则主要由胶体和溶解性有机物导致的。
[硕士论文] 包金波
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:目前我国城市污水处理大多采用活性污泥法,处理工艺主要为传统活性污泥法、氧化沟法、A2/O等,尽管各项技术在水污染控制中行之有效,但普遍存在投资大,剩余污泥处置等问题。生物滤池作为一种生物处理技术具有运行稳定、较长的污泥龄等优点。本文利用天然褐铁作为生物滤池的填料,考察了生物滤池的启动以及不同C/N比、HRT条件等对处理实际生活污水和模拟低浓度生活污水的影响,通过对生物滤池微生物群落的分析,初步探讨污染物去除与微生物群落之间联系。实验结果表明:
  (1)在滤池启动阶段,褐铁矿组比对照石英砂组提前8天,缩短了近1/5的启动时间,并且对COD和氨氮的去除率分别提高了2%和4%。
  (2)在以模拟低浓度生活污水为进水的试验中,C/N比为8时,生物滤池对COD和TN去除较好,且其去除率褐铁矿组比石英砂组分别提高4.6%和4.3%;HRT在大于12h时,COD、TN和TP的去除率随着HRT的缩短逐渐升高,优化的HRT为12h,此时褐铁矿组TP平均去除率比石英砂组提高57%,说明褐铁矿比石英砂更适合作为生物滤池的填料用作脱氮除磷。
  (3)在处理某生活污水处理厂初沉池出水阶段,HRT为20h氨氮去除效果较好,HRT为16h时COD、TN和TP去除效果较好,此时氨氮去除率相比于20h条件下并未下降明显,基于处理成本的考虑,生物滤池处理生活污水较优化HRT为16h。对COD和磷有很好的去除效果,出水浓度平均值分别为32.6mg/L和0.32mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。
  (4)对生物滤池填料上中下三层取样分析微生物群落,三层填料中的微生物在细菌门水平没有差异,在属水平上,其中下层主要是硝化菌,相对丰度为18.5%,中层优势菌为反硝化菌,相对丰度为17.9%,铁还原菌主要存在于中层和上层填料中。古菌微生物中甲烷鬃菌属是优势菌种,其相对丰度在上、中、下层分别为20%、23%和12.21%。
[硕士论文] 郑吉宝
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:农村生活污水已成为农村地区主要污染源,金寨县三个不同发展水平地区的农村生活污水调查中发现,农村生活污水与区域发展水平、生活习惯等因素有关。农村生活污水水质水量变化大,水量一般有早中晚三个高峰期,规模小,污水难收集特点。随着农村地区环境污染现象加剧以及农村生活污水占比增加,农村生活污水治理已迫在眉睫。
  试验研究了TBO技术处理农村生活污水,其出水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准,COD、NH3-N、TN、TP的平均去除率分别为79.68%、73.54%、72.86%、88.48%。还研究了TBO技术关键性因素:填料中砂石土壤的级配分析、填料层数的选择、填料层厚度的选择、填料的选择和制备、布水方式的选择、水力负荷的选择。优化试验发现:填料中沙子为细沙,土壤为粗粒土,填料层数与处理效果无显著影响,填料厚度以25cm为宜,填料中砂土比以4∶1-4.5∶1为宜,布水方式越均匀,TBO系统的利用率就越高,TBO系统的处理能力就越强,进水负荷对NH3-N去除效果影响较大,对COD、TN、TP的影响较小,综合处理效果、工程造价等因素,进水负荷宜为2m3/(m2·d)。
  结合优化试验结果,改进TBO系统结构设计,并进行了为期3个多月的试验,处理出水不仅达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准,COD、NH3-N、TN、TP的平均去除率分别提高了1.31%、14.15%、3.85%、2.58%,且出水COD能够低于40mg/L,NH3-N、TP的值是标准值的1/2左右。改进TBO系统结构得到优化,工程造价进一步降低,且出水U型管提高了系统的复氧能力。
  TBO技术在金寨县天堂寨镇和白塔畈乡污水处理工程中分别得到应用,两者处理后出水效果均满足相应设计标准,且在低温条件下依旧稳定出水。一个200T的污水处理厂总投资约50万,工期仅30个工作日,日常维护只需定期清理垃圾,日处理1吨污水占地面积约2m2。
  TBO技术占地小、结构简单、投资少、工程造价低、维护管理简单,是一种新型生态处理技术,同时较好的污染物去除效果也证明了其是一种适合农村生活污水处理的技术,为处理农村污水提供技术指导。
[硕士论文] 姜涛
环境工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:最近这些年以来,伴随着大蒜价格的连年不断的持续增长以及需求量的逐年不断的连续增加,大蒜深加工行业,正在蓬勃的发展与兴起,各类形式大蒜深加工企业数量和加工企业规模逐年不断地增长,由此而产生了越来越多的大蒜废水。因为大蒜废水里面含有的主要成分是大蒜素,而且大蒜素很难被水所溶解,呈现出一种油状液体,可以与乙醇、乙醚和苯等混合,具备很强的刺激性和特别独有的辛辣的气味,对于微生物的生长有着比较强的抑制作用、杀灭作用,以上这些都将影响着废水处理的正常处理流程。因此,运用一种工艺处理效果不仅不好且费用较高,对于这种高浓度的有机废水一般情况下,大多数采用的是多种组合工艺进行的处理。目前国内国外针对大蒜废水的研究相比较其他废水而言比较少量,可以阅读的文献数量较少。
  本篇论文选取的是兰陵县双全农副产品贸易有限公司年加工10000吨大蒜项目进行研究,根据废水的流量、进水浓度及处理要求,通过比较选取多种方式的组合工艺,决定采用物化+生化法(水解酸化+厌氧好氧)进行处理工艺。首先采用预曝气氧化吹脱、气浮沉淀吸附、同时采用处理水回流稀释的方式,降低大蒜素的浓度。其次,采用水力筛+气浮两级工段,降低SS的含量,并在去除SS的过程中,吸附去除部分大蒜素,降低其对后续生化处理系统的影响。然后再次运用了厌氧和好氧组合处理的工艺方法进行去除其他的污染物,以此来确保废水稳定的达到要求的排放标准。
  大蒜加工后产生的废水通过这个方案设计所采用的工艺进行处理后,经过了段时间的运行后,废水的水质达到了《城镇下水道污染物排放标准》(CJ343-2010)。以此,该实践证明此种工艺对大蒜切片加工项目废水处理是可以适用的,有比较好的处理大蒜废水的效果。
[硕士论文] 李寒
环境科学与工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:针对我国生活污水生物脱氮除磷过程中存在碳源不足、曝气能耗高等问题,本文基于SBR反应器,采用新型脱氮除磷运行方式:进水→厌氧搅拌→低氧曝气→缺氧搅拌→好氧曝气→沉淀→排泥出水,在厌氧段进行释磷,低氧曝气段实现SND,缺氧段进行反硝化除磷,好氧段进一步硝化及吸磷,在单污泥系统中实现SND与反硝化除磷过程的耦合。
  SND反应器在驯化过程中,EfficiencysND逐渐增加,从驯化初期的48.20%增加至驯化完成的第28周期的85.11%,出水COD、NH4+-N、NO3--N、NO2--N和TN浓度分别为9mg/L、3.77mg/L、7.46mg/L、0.17mg/L以及12.83mg/L,说明同步硝化反硝化驯化效果良好;DPR经过三段式培养,最终出水COD、NO3--N及TP浓度分别为11mg/L、5.03mg/L、0.2mg/L,DPB系统具有良好的反硝化聚磷能力。本文在分别完成同步硝化反硝化污泥和反硝化除磷污泥驯化后,混合两种污泥,在SBR反应器内实现SND与反硝化除磷的耦合,最终系统出水COD、氨氮、TN及TP浓度分别为13mg/L、2.52mg/L、9.73mg/L及0.24mg/L,出水各项指标均达到我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。SND系统内污泥生物相较丰富,球菌较多,可能存在具有反硝化功能的Alcaligenes faecalis(粪产碱杆菌属)、Paracoccus denitrificans(脱氮副球菌)、Hyphomicrobium sp.(生丝微菌属)、Dechloromonas sp.等菌群;具有硝化或氨氧化功能的Aurantimonas sp.(橙单胞菌属)、Nitrobacter winogradskyi(维氏硝化杆菌)、Nitrosomonas sp.(亚硝化单胞菌)、ammonia-oxidizing bacterium(氨氧化细菌)等菌群。;DPR系统内污泥则球菌和短杆菌为主,可能存在具有聚磷作用的Acinetobacter sp.(不动杆菌属)和具有反硝化聚磷功能的Rhodocyclus sp.(红环菌属)、Streptococcus sp.(链球菌属)、Arthrobacter sp.(节杆菌属)等。
  利用SEM观察发现耦合SBR系统的活性污泥中多数为短杆菌和球菌,有少量丝状菌。应用PCR-DGGE技术以及克隆技术和高通量测序技术观察污泥中微生物群落结构,发现耦合系统内可能存在具有硝化功能的Nitrobacter winogradskyi、Aurantimonas sp.;具有反硝化功能的Paracoccus denitrificans、Hyphomicrobiumsp.、Dechloromonas sp.;以及具有聚磷功能的Rhodocyclus sp.、Arthrobactersp.、Enterobacter sp.、Pseudomonas sp.、Streptococcus sp.等优势菌种。初始耦合系统驯化25天时细菌的OTU数量较大,驯化后期至93天和101天的OTU值较小,说明微生物的多样性较小,驯化效果比较好;CSmay、CSJun和CSJul样品的Shannon指数较高,表明系统在经过25天至93天的驯化期间微生物多样性较高;CSJun、CSJul和CSAug的Chao指数相对较低,说明经过较长时间的驯化,反应器中的微生物物种丰度较低,反应器中的驯化条件对物种进行了选择和富集,结构组成逐渐趋于稳定。耦合系统中大部分菌种属于变形菌(Proteobacteria)(26.65%)、拟杆菌门(Bacteroidetes)(1.82%)以及硝化螺旋菌门(Nitrospirae)(0.997%)。
  耦合SBR系统内初始pH值对功能菌酶活都有显著影响。脱氢酶活性在系统中的厌氧段和低氧段较高,从缺氧段开始逐渐下降至好氧段降为最低,且DHA随着pH值的增加而升高;在一个周期内,PPK和ADK活性基本不受缺氧和好氧环境的影响,PPK活性随着pH值的增加先增大后减小,最佳反应pH值为7.6;ADK活性周期内波动小于2.5%,活性随着pH的增加而增加。HAO酶比活力随着pH值升高而增大,NAR和NIR酶比活力均随着pH值的增大而减小,当pH从7.2增加到8.0时,NAR比活力从11.83mU/mg蛋白质降低至3.53mU/mg蛋白质,NIR比活力从4.79mU/mg蛋白质降低至0.729mU/mg蛋白质。系统内种群结构为:SND反应器内除PAO之外,AOB、NOB、GAO和Denitrifier数量近似,在反应器内占优势地位;DPR反应器内富集了大量的PAOs,为系统内的优势菌种;稳定运行后的耦合SBR系统内存在数量较多的AOB、NOB、PAOs以及Denitrifier,形成优势菌种。当进水pH=7.8时,系统中PAO、AOB、NOB、GAO和dentrifier在全部微生物中的相对丰度分别为(41±11)%、(10±4)%、(13±9)%、(19±13)%和(16±12)%。
  耦合SBR系统通过应用SND和反硝化除磷技术提高了氮磷的去除效果,富集并稳定脱氮除磷功能菌群,确定了微生物种群类别及群落结构的变化规律,确定了外界因素(pH值)的影响,缓解了反硝化与厌氧释磷过程对碳源的竞争,适宜处理低C/N值生活污水,并降低了需氧量,是一种可持续的生活污水脱氮除磷工艺。
[博士论文] Haq Nawaz Abbasi(贝斯)
环境科学与工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:有限的水资源和确保清洁水的获得使世界面临严峻的环境挑战。在高度工业化的国家,如中国,水污染率很高,导致人类消费所需的淡水不足。在这方面,大规模集中的废水处理系统被认为是高度工业化国家的特征,并且长期以来被认为是废水处理中非常成功的方法。尽管在中国大规模的废水处理系统十分普遍,但该国仍然继续遭受淡水短缺和水资源恶化的影响。特别是,农村生活废水已成为淡水水体污染的重要来源。本论文建立了耦合生物单位(厌氧折流板反应器,缺氧池和好氧单元,A20)和生态单位(平流人工湿地)的改良生物生态A20-人工湿地系统,并确定了该系统的关键性能指标。
  本论文研究了不同季节(夏季,春季,秋季和冬季)下ABR(厌氧折流板反应器)的性能和特性。ABR实现的COD去除效率分别为74%(夏季),68%(春/秋季),62%(冬季)。在整个研究期间,室Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ显示出高的COD去除率。在较低的OLR(有机负荷)下,COD去除率高。在所有季节,沼气产量随着HRT(水力停留时间)的增加呈下降趋势。与其它隔室相比,隔室Ⅰ中VFA(挥发性脂肪酸)的合成较明显。ABR仍有达到更高效率的潜力,并适用于所有类型的季节和温度条件。
  对A2/O-CW过程中缺氧消化对于反硝化和去极化的性能和特性进行了研究。研究了主要参数如:回流比,溶解氧(DO)和氮负荷,以优化对缺氧池中的化学需氧量(COD),总氮(TN),氨氮(NH4-N),嗅阈值(TON)和硫化物的去除。回流率在夏季,冬季和春季的最佳值分别为100%,200%和150%。夏季最佳TON去除效率为92%,冬季为93%,春季为90%。TON值随硫化物浓度线性增加。通过增加流入物DO,TON和硫化物的去除效率增加,而硝化过程减少。该系统的特点是针对反硝化和去极化的缺氧消化效率高,
  在整个工艺流程中,生物生态处理系统对污染物的去除效率较高,成功实现了化学需氧量(COD),氨氮(NH4-N),总氮(TN)和总磷(TP)。出水中的污染物浓度低于中国国家标准GB18918-2002的Ⅰ级A指标。该工艺除去效率高,操作简单,能耗低。A20-人工湿地是农村废水处理系统的良好选择。
  人工湿地用于处理废水,可以通过选择合适的底物来改善其应用,性能和功能。不同的植物在人工湿地系统中吸收营养盐的能力可能不同。在这项研究中,Michaelis-Menten动力学提供了一个有用的工具,用于识别植物营养物摄取效率以及进行植物的选择。研究了六种经济植物物种(茄子,芜菁,空心菜,秋葵,辣椒,韭葱)的营养摄取动力学Michaelis-Menten常数(Km)和最大摄取速率(Imax)。空心菜对所有三种养分(PO4-P,NO3-N和NH4-N)的最大吸收能力都更高,芜菁、秋葵和韭葱对三种养分的吸收能力次于空心菜。空心菜对所有三种营养物具有最高的Imax和最低的Km值,并且在高PO4-P,NO3-N和NH4-N营养条件下具有良好的调节能力。茄子的Imax和Km值相对较小,适合低营养浓度环境,而芜菁、秋葵和韭葱的Imax和Km值相对较大,适合处理高营养浓度的废水。
  通过使用人工湿地种植经济蔬菜进行废水处理可以同时起到克服水和食物短缺的作用。在自然条件下,选择了韭葱(A.tuberosum.)、茄子(P.heteroclada)、空心菜(Ipomoea aquatica Forsk.)和辣椒(C.esculenta)等植物在混合人工湿地中生长。研究NO3--N/NH4-N比对氨氮和硝态氮和总氮去除率的影响。空心菜(Ipomoea aquatica Forsk.)和茄子(P.heteroclada)在氨氮浓度较高时表现出了较高的的氨氮去除效率,而当废水中硝态氮浓度较高时,韭葱(A.tuberosum)表现出了较高的硝酸盐氮去除率。与其他蔬菜相比,辣椒(C.esculenta)对两种氮源的去除率均较小。
  从污水中去除营养盐对于避免接收水体水质恶化是至关重要的。试验规模混合人工湿地(CW)系统是浮岛型人工湿地(CFW)和水平流人工湿地(HFCW)的组合,并且全年运行,覆盖所有季节。进行研究以调查CW系统的性能,考察空间布置,水深和营养物去除的季节性等因素。选择九种不同的经济植物并分成四组,分季节地在四个CW系统(CW-Ⅰ至CW-Ⅳ)中培养。实验表明,去除效率沿床增加,大部分TP的去除发生在第二床,而TN和NH4-N的去除与植物根系和生物量相关。营养物去除的最佳水深为35cm。TN和NH4去除模式在不同的CW中基本相同。在前三个系统中,TN和NH4去除率在夏季比冬季高,只有CW-Ⅳ与之相反。
[博士论文] 代洪亮
环境科学与工程;环境工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:可持续发展理念下的现代水处理技术应同时具有水质改善、低能耗和实现污染物资源化等功能。传统城市污水脱氮除磷工艺由于存在碳源竞争、泥龄矛盾以及节能与减排目标相对立等问题,其出水水质难以稳定达标排放。另一方面,磷是造成水体富营养化的主要元素,但也属于稀缺资源,而城镇生活污水中含有“较丰富”磷,回收潜力巨大。如果能将污水中的磷回收再利用,不仅能避免水体富营养化,还能实现磷资源的循环利用,具有经济和环境双重效益。
  由生物脱氮除磷和诱导结晶磷回收耦合的污水处理工艺(A2N-IC)不仅具有较好的脱氮除磷特性,还能实现磷资源的回收。然而,该组合工艺运行过程中存在以下几个问题:诱导结晶单元发生均相沉淀而导致磷回收效率较低;生物脱氮除磷和化学除磷相互作用机理尚未阐明;诱导结晶单元的引入,增加了系统的曝气量和药剂消耗,使得工艺能耗较高。因此,采用适当的控制策略提高系统磷的回收效率、揭示化学诱导结晶单元的引入对工艺性能及活性污泥系统影响机理、降低组合工艺运行能耗,具有重要意义。
  溶液处于介稳区是结晶反应的重要条件,也是获得高品质结晶产物的保证。考察不同影响因素对羟基磷酸钙(Hydroxyapatite,HAP)结晶介稳区特性的影响,为基于HAP结晶回收污水中磷的研究提供理论指导。根据Kubota方程,HAP介稳区宽度与降温速率呈线性关系,且随着降温速率的增大而增加;晶种的存在可降低HAP溶液过饱和度,扩宽其介稳区宽度;高的搅拌速率可以缩短成核时间,减小介稳区宽度,因此搅拌强度越大HAP介稳区宽度越小;杂质离子的存在也能增加HAP结晶介稳区的宽度,影响顺序为:CO32->Fe3+>Cu2+>SO42-。
  由于HAP结晶反应体系过饱和度较高,易发生均相沉淀,产生大量沉降性差的微晶,这些微晶会随水流流出,影响磷的回收效率。针对上述问题,研究采用多点加药、回流比和多级诱导结晶策略来提高诱导结晶单元磷回收效率。与传统多点加药和回流比策略相比,多级诱导结晶策略能有效提高工艺磷回收效率和降低微晶产率,且可广泛应用于处理不同浓度的含磷废水;运用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy SEM)、能量色散谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)和X射线衍射仪(X-ray Diffraction,XRD)对结晶产物表征,表明磷主要以HAP及其前驱物形态回收;不同结晶柱中微晶的粒径分布表明,多级诱导结晶系统有利于微晶的生长和聚集。
  传统反硝化聚磷污泥驯化方法存在周期长、同步脱氮除磷效率低等问题,本研究以混合NO3--N和NO2--N为电子受体(NO3-/NO2-为8/37),采用一步法(厌氧/缺氧/短时后置曝气)驯化反硝化聚磷污泥,经过28天操作成功富集到反硝化聚磷菌(Denitrifying Phosphate-Accumulating Organisms,DPAOs)。基于16S rRNA高通量测序微生物群落结构分析表明:Dechloromonas是缺氧反硝化聚磷反应的功能微生物群,Candidatus Accumulibacter为普通好氧聚磷微生物(Phosphate-Accumulating Organisms,PAOs);增加短时后置曝气不影响反硝化聚磷污泥中功能微生物群落结构,但可降低其致病菌的相对丰度,减轻公共卫生健康风险。
  为了使A2N-IC工艺中化学磷回收系统和生物营养物去除系统更好地耦合,研究考察了不同侧流比条件下工性性能和活性污泥特性,结果发现:当侧流比为0.3时,系统工艺性能最优,可以同时实现出水达标排放和资源回收;硝化污泥和反硝化聚磷污泥中胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)的含量均随着侧流比的增加而升高,其中多糖/蛋白(PS/PN)呈现上升趋势,推断出PS在微生物细胞抵抗重金属离子毒性方面起到了重要的作用;SVI和MLVSS/MLSS指标与侧流比成正比,可能是由于过高Ca2+的引入导致了活性污泥菌胶团分解,释放更多可降解有机物,导致MLVSS/MLSS比值和SVI值升高。
  基于宏基因组学和代谢组学研究诱导结晶单元引入前后活性污泥系统的变化,结果表明:诱导结晶单元的引入改变了活性污泥系统中微生物的群落结构、功能潜力、关键酶丰度和代谢状态;硝化反应相关微生物和关键酶的丰度变化较小,磷代谢相关微生物和关键酶的丰度变化较大;系统内微生物细胞通过相应代谢活动增强氨基酸及蛋白质类物质的合成,来抵抗生境中Ca2+的影响;微生物细胞内3-hydroxybutyrate含量降低说明诱导结晶单元的引入能抑制反硝化聚磷污泥碳源和能源的贮存;代谢组学分析揭示的代谢轮廓变化可以很好的与宏基因组学分析结果相互印证。
  根据A2N工艺硝化污泥和反硝化聚磷污泥分别存在于不同构筑物中的特性,在其模型校正时,采用“化整为零”的思想,即结合A2N-SBR三个阶段:厌氧释磷阶段、好氧硝化阶段和反硝化聚磷阶段,分别进行模拟校正。这些阶段过程不仅可以真实反映CF-A2N工艺运行状态,还可以提高工艺参数的可识别性,提高模型的校正效率;校正后的A2N-SBR和CF-A2N工艺模型都能够较好地模拟出水水质的动态性;校正后模型的平均相对偏差(Average Relative Deviation,ARD)、平均绝度误差(Mean Absolute Error,MAE)、均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)评估值普遍小于模型校正前的评估值,表明校正后模型的预测能力有所提高。
  A2N-IC工艺中由于诱导结晶单元的加入,增加了系统的曝气量和药剂消耗,使得工艺能耗较高,研究采用多目标优化方法对A2N-IC工艺出水水质、运行能耗和构筑物总体积之间的关系进行优化计算,并提出改进策略,不仅能达到节能减排的目的,还可以为决策者提供多种选择和评价不同工艺或运行策略优劣的依据。优化结果显示:随着出水超标指数的减小,工艺运行能耗的逐渐增大;优化策略的出水COD、TN、NH4+-N和TP都要优于原策略,出水平均浓度值分别降低了2.22mg/L、0.47mg/L、0.13mg/L和0.02mg/L;经优化后系统总能耗指数(Operation Cost,OC)从0.152¥/m3下降到0.126¥/m3,构筑物总体积从0.316m3增加到0.332m3;其中,泵能耗、药剂消耗、磷资源回收量和污泥产生量都有所减少,但曝气能耗增加。
[博士论文] 王丽
核生物学 郑州大学 2017(学位年度)
摘要:光皮木瓜(Chaenomeles sinensis(Thouin) Koehne)为蔷薇科木瓜属植物,原产于中国。其果实含有丰富的多糖、酚酸、黄酮、有机酸和生物活性三萜类化合物等。研究表明光皮木瓜果实提取物具有抗溃疡、抗炎抑菌、抗肿瘤、抗病毒、抗糖尿病和抗氧化等活性。人们通常将光皮木瓜果实加工过程中产生的籽作为废料丢弃,然而光皮木瓜籽含有丰富的油脂、多糖和蛋白等。本文通过对光皮木瓜籽全面的分析研究,为光皮木瓜资源的开发与利用提供基础。研究的主要内容和结论如下:
  1.亚临界提取技术在获得高质量油脂的同时,也保证了脱脂蛋白粕的活性。本章节采用响应面方法对亚临界流体提取光皮木瓜籽油得率进行优化,将获得的光皮木瓜籽油及籽粕与超临界二氧化碳、传统正己烷提取方法获得的油脂及籽粕进行比较。结果表明最优条件为56.18℃、40.20 min和12.57 mL/g,光皮木瓜籽油最优得率为27.78%。与超临界二氧化碳提取方法和传统正己烷提取方法获得光皮木瓜籽油相比,亚临界流体提取方法获得的光皮木瓜籽油拥有相对高的不饱和脂肪酸(86.37%-86.75%),相对高的α-生育酚含量(576.0-847.6mg/kg),相对低的酸值(3.97 mg/g)和过氧化值(0.01 mmol/kg)。亚临界流体提取方法获得的光皮木瓜籽脱脂粕的氮溶解指数(49.64%)和蛋白质分散指数(50.80%)最高,该方法提取条件温和,溶剂环保并能够最大程度的保留脱脂粕的质量。
  2.为实现光皮木瓜籽粕的废弃物再利用,针对提油后剩余的脱脂粕进行了多糖提取,并对其结构和抗氧化性进行研究。本章节从光皮木瓜籽粕中提取和纯化出了三组多糖片段QSMP-1、QSMP-2和QSMP-3。通过高效阴离子交换色谱(HPAEC)、凝胶渗透色谱(GPC)、红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)的方法鉴定三组分的结构,同时进行抗氧化性分析。结果表明QSMP-1骨架主要由→4)-Glcp-(1→,→6)-Glcp-(1→,→6)-Galp-(1→,→2,3,4)-Xylp-(1→组成,侧链由→4)-Arap-(1→,→3,4)-Arap-(1→,→2)-Galp-(1→,→4)-Manp-(1→,→3)-Galp-(1→,→3,6)-Glcp-(1→组成,非还原性末端为Glcp和Galp。QSMP-1呈现出了剂量依赖型的亚铁离子螯合活性和超氧自由基清除活性。本章节有关光皮木瓜籽粕多糖的报道,为光皮木瓜籽油的加工副产物利用(作为功能性食品和药品的成分)提供了科学依据。
  3.从光皮木瓜籽粕中提取出来的粗多糖含有大量的蛋白质,有开发成具有一定功能性的天然产物的潜力。通过不同程度的脱蛋白处理,探究其原样与处理组的吸水性、吸油性、起泡性、乳化液粒径等的不同。在光皮木瓜籽粗多糖的提取过程中,温度从60℃增加到100℃,蛋白质含量、样品起泡性和起泡稳定性随之降低,碳水化合物含量随之升高,吸水性和吸油性也随之增加。随着CQSP60、CQSP80、CQSP100粗多糖脱蛋白次数的增加,吸水性降低、吸油性升高、碳水化合物含量增大。在所有被测样品中,CQSP60-3和CQSP80-3拥有较高的起泡性和起泡稳定性。在100℃条件下提取的粗多糖及相应脱蛋白组分的乳化结果表明,样品溶液的浓度、脱蛋白次数、储藏时间对乳化液内部平均粒径影响并不明显。乳化液粒径大小并不是影响乳化液乳化性及稳定性的唯一因素。CQSP60浓度为0.2%和0.6%,CQSP60-2浓度为0.2%和0.4%,CQSP60-3浓度为0.2%时;CQSP80和CQSP80-3浓度为0.2%时;CQSP100浓度为0.2%和0.6%,CQSP100-1浓度为0.2%、0.4%和0.6%,CQSP100-2浓度为0.2%,CQSP100-3浓度为0.2%和0.4%时,乳化液的乳化性及稳定性都较好。CQSP60、CQSP60-2、CQSP60-3、CQSP80、CQSP80-3以及CQSP100和不同脱蛋白组分,都可以作为乳化剂运用于食品或非食品工业中。人们可以依据不同的目的,来选择不同温度条件、不同脱蛋白次数、不同浓度的配比方式所获得干样品或者样品溶液,以满足食品工业或者非食品工业等的要求。
  4.光皮木瓜籽胶是潜在的拥有良好储藏稳定性的增稠剂和稳定剂。本章节从光皮木瓜籽表面提取光皮木瓜籽胶,并且经过DEAE-Sepharose Fast-Flow和Sephacryl S-400 HR层析柱分离纯化,获得三组多糖片段分别为CQSG-1、-2和-3。单糖组成、甲基化、一维和二维核磁分析鉴定主要片段CQSG-2的结构。结果表明CQSG-2的单糖组成包括阿拉伯糖、葡萄糖、木糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸,摩尔比分别为4.0∶0.3∶15.2∶4.2∶3.8。CQSG-2是高度分支的杂木聚糖,由→4)-β-D-Xylp-(1→和2,4)-β-D-Xylp-(1→作为主链,摩尔比5.9∶4.5;Arap-1→、α-D-GalpA-1→、→2-α-D-GlcpA-1→、→4-β-D-Glcp-1→和→2,3,5-L-Araf-1→作为侧链。另外从扫描电镜和原子力显微镜结果来看,高分子量的CQSG-2(1.4×106 Da)分子凝聚现象相比于CQSG-1和CQSG-3来说更强。本章节首次系统阐明了光皮木瓜籽胶的结构,为光皮木瓜籽胶开发应用于食品和药品等工业提供了理论依据。
  5.在食品生产中鉴定光皮木瓜籽胶的流变学特性对于优化产品设计和保证产品稳定性方面来讲至关重要。本章节进行了光皮木瓜籽胶溶液不同浓度(0.1%、0.3%、0.5%、1%、2%和3%)、不同温度(5℃、20℃、35℃、50℃、65℃和80℃)、不同pH值(3、5、7、9和11)、不同种类和浓度的盐离子(KCl、NaCl、MgCl2和CaCl2)条件下的静态和动态剪切实验。结果表明所有光皮木瓜籽胶溶液均随剪切速率的增加而呈现牛顿平坦区和随后的剪切变稀区域。光皮木瓜籽胶溶液表观粘度在0.01-100 s-1剪切速率范围内具有浓度依赖性。光皮木瓜籽胶溶液的表观粘度随着盐离子的加入/温度的升高,或者在过酸过碱条件下(pH值为3或者11)呈逐渐降低趋势。利用Arrhenius模型考察温度对零剪切粘度的影响,随着光皮木瓜籽胶溶液浓度的增加活化能减少。此外高浓度的光皮木瓜籽胶溶液拥有较强的触变性行为且具有类固体结构典型的弹性特征。应力扫描和频率扫描测试呈现出独特的现象,随着光皮木瓜籽胶溶液浓度的增大,频率交点向更高值转换。当光皮木瓜籽胶溶液浓度为3%时,溶液处于凝胶状态,分子结构的变形主要为弹性且在无外力破坏的前提下具有可恢复性。这些结果为光皮木瓜籽胶产品的开发和质量的控制奠定了基础。
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