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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] 康楚璠
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:作为一种新型多孔材料,金属-有机骨架材料(MOFs)近年来受到越来越多研究人员的关注,逐渐在气体储存、分离、催化等多个领域表现出巨大的潜力。脱除废水中的污染物如金属离子、药物污染物,对人类健康和环境保护具有十分重要的意义。本文针对金属-有机骨架材料在液相吸附分离方面的应用,选取核废水中的钡离子、废水中的三种氟喹诺酮类抗生素(诺氟沙星、氧氟沙星、依诺沙星)和百草枯污染物,围绕MOFs对这几种污染物的吸附性能,开展了以下研究:
  1、针对核废水中钡离子污染问题,我们选择具有丰富硫酸根基团的[Zr6(OH)10.8(SO4)3.6(BDC-NH2)3(H2O)7.4]·nH2O(Zr-BDC-NH2-SO4)作为吸附剂材料,研究了其对核废水中钡离子的吸附脱除性能。结果发现,Zr-BDC-NH2-SO4对钡离子表现出非常好的吸附效果,吸附量达到181.8mg·g-1,高于大多数已报道材料的吸附量,具有很高的吸附选择性,且吸附后不发生泄漏,同时Zr-BDC-NH2-SO4在γ-射线辐射下可保持结构的稳定。此外,本工作还进行了穿透实验来初步评估体系的实际适用性。
  2、针对废水中抗生素污染问题,选择阴离子类型的MIL-101-Cr-SO3H作为吸附剂材料,研究了其对废水中三种氟喹诺酮类抗生素(诺氟沙星、氧氟沙星、依诺沙星)的吸附脱除性能。结果发现,MIL-101-Cr-SO3H对诺氟沙星、氧氟沙星、依诺沙星表现出很好的吸附效果,最大吸附量分别达到408.2mg·g-1、450.4mg·g-1、425.5mg·g-1,均超过已报道文献中最大吸附量,同时,发现吸附效果与溶液pH值有关,并通过进一步实验推测吸附的发生是由于MIL-101-Cr-SO3H与三种氟喹诺酮类抗生素之间的静电作用。
  3、针对废水中农药污染的问题,选择MIL-101-Cr-SO3H作为吸附剂材料,研究了其对废水中百草枯的吸附脱除性能。结果发现,MIL-101-Cr-SO3H对百草枯有着较好的吸附效果,最大吸附量为177.0mg·g-1,超过目前大多数已报道材料的吸附量,并通过进一步实验推测该吸附过程的发生是由于MIL-101-Cr-SO3H与百草枯之间的静电作用。
[硕士论文] 徐鑫
环境科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:目前,地表水流域已有多处检测到抗生素残留,部分微生物产生耐药性,甚至出现超级细菌。为了防止细菌耐药性的进一步扩展,寻求高效去除抗生素工艺,掌握细菌耐药性的变化规律是目前水处理研究者的主要方向。
  本文采用生物电化学(BES)方法处理抗生素废水,以序批式生物膜反应器(SBBR)为对照,探究反应器生物对抗生素的去除效果以及生物群落演替,得到的结论如下:
  1.实验自培养污泥在SBR反应器中培养30d后获得,处理生活污水出水水质良好,生物形态以球菌为主,结构较单一。
  2.SBBR和BES反应器以改性聚丙烯+磁性材料为填料,反应器周期8h,进水营养液COD为800mg/L,氨氮40mg/L,pH6.5-7.5,温度18-25℃。BES反应器1.8V恒压培养。挂膜完成后SBBR反应器中生物相以丝状菌和球菌为主,BES反应器中生物相以丝状菌、球菌和杆菌为主。
  3.选用五种头孢类抗生素对SBBR和BES反应器内活性污泥进行驯化,驯化期共100d。驯化期末,SBBR反应器内头孢他啶、头孢曲松、头孢地尼、头孢克肟、头孢吡肟去除率分别为37.2%、74.1%、82.4%、63.1%、80.2%。BES反应器中头孢他啶、头孢曲松、头孢地尼、头孢克肟、头孢吡肟去除率分别为65.7%、94.1%、91.5%、84.1%、91.7%。BES反应器抗生素处理效果明显优于SBBR反应器。
  4.驯化过程中SBBR反应器内丝状菌作为生物膜骨架,排列紧密,使生物膜结构更稳定。除丝状菌外的微生物,与丝状菌结合更紧密,构成良好的生物处理体系。BES反应器内微生物除具有SBBR反应器内微生物演替特征外,还出现大量杆菌与电场相关,丝状菌出现结节,这与丝状菌自身稳定性有关。电极上丝状菌也有相同结构。
  5.SBBR反应器中抗生素去除的优势菌株为黄球菌属(Luteococcus)、unclassified-f-enterobacteriaceae、Cloacibacterium、Dysgonomonas、Ottowia,BES反应器中优势菌属为Ottowia、unclassified-f-comamonadaceae、Tahibacte。这些菌株在抗生素驯化过程中丰度增加明显。
  6.BES反应器中出现新菌属norank-o-J30-KF-CM45,且Ottowia、unclassified-f-comamonadaceae、Tahibacter norank-f-Veillonellaceae、Nakamurella丰度明显高于SBBR,这些菌属协同代谢,使BES系统具有良好的抗生素降解效果。
[硕士论文] 吴殿英
环境科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:PPCPs作为生活中一种不可或缺的药品,正广泛应用于人们的生活和生产的多个领域,而其大量使用所产生的废水对环境造成了极大的威胁。现有的污水处理厂技术对含抗生素废水降解能力有限,本文提出在外加电场条件下使用SBR工艺培养好氧颗粒污泥,在一个月内即成功培养出稳定且成熟的好氧颗粒污泥。并研究和探索了该体系对头孢类抗生素去除的过程以及微生物群落的变化情况,得出以下结论:
  1、两组反应器均在一个月内成功培养出好氧颗粒污泥,并且运行稳定。从培养过程来看,影响颗粒污泥形成的主要因素有体系曝气量、水力停留时间、有机负荷、钙离子浓度等,与外加电场作用无关。对颗粒污泥形成机理进行了分析,初步认为其形成机理符合晶核假说,增加营养液中钙离子的浓度,可以加快颗粒污泥的形成。
  2、外加电场条件下好氧颗粒污泥对头孢他啶降解的最优工艺参数:外加电压为2.5V,进水抗生素浓度为0.5mg/L,进水COD浓度为1000mg/L,电极板有效面积为900mm2,在此条件下,BES系统对头孢他啶的降解率为94.55%,而SBR体系对其降解率为51.5%。常规污染指标中,两反应器对COD、氨氮降解率都能够达到97%以上,总氮去除率,BES系统高于SBR系统。
  3、BES系统和SBR系统对头孢他啶降解规律均满足一级反应动力学。在头孢他啶的降解过程中,C-N键和β-内酰胺环断裂容易断裂,之后目标物再逐步分解成CO2、H2O等小分子。
  4、通过高通量测序得到好氧颗粒污泥种群丰度变化情况,其中BES系统中主要为变形菌和拟杆菌,而在SBR系统中增加了放线菌、绿弯菌、TM6等菌门,SBR系统中脱氮除磷性功能菌丰度要高于BES系统。经过环境因子的分析,外加电场和抗生素浓度对微生物群落的变化影响较大。
[硕士论文] 高敏杰
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:含油污泥是被其它有机物污染了的原油或成品油、泥渣、水的混合物,是石油开采、炼制、生产加工过程中产生的伴随品;含油污泥不仅含有大量的油资源而且还含有大量的有害有毒物质,如不加以合理处理利用,不仅会浪费大量的资源,还会造成严重的环境污染。因此,资源化处理含油污泥意义重大。本文提出了一种新的高温热解技术处理含油污泥的工艺路线,对含油污泥进行低温热处理、高温热解、渣油催化裂化三段式处理,实现含油污泥的无害化、资源化处理。
  首先建立了含油污泥理化特性分析方法并对四种不同类型的含油污泥进行分析。分析表明含油污泥因其来源和产生方式不同而造成理化特性差异较大,含油率在20%~60%不等,具有很高的回收价值;热重分析得到含油污泥的失重过程大致分为四个阶段:干燥阶段(常温~180℃)、轻质油组分挥发阶段(180℃~380℃)、重质油组分热裂解阶段(380℃~550℃)、半焦化及无机矿物质的分解阶段(>550℃),因油泥的组成成分不同而在各个阶段有明显的失重差异。
  其次搭建了含油污泥单级热解处理装置,并针对炼化厂水处理站的含油污泥进行前期的低温热处理及热解特性的探究,实验结果表明350℃的低温热处理可以使含油污泥减重74.3%,轻质油相组分的收率达90%以上;不同热解因素对含油污泥的三相热解产物的产率以及三相产物的特性影响各异;通过正交实验得到了热解处理含油污泥的最佳工况为:热解温度650℃,升温速率10℃/min,热解时间50min。此工况下的产固率为60.82%,产液率为29.74%,产气量为0.172L/g,残渣的残油量为2835mg/kg,重金属含量符合浸渍毒性鉴别等标准。
  最后在单级热解处理的最佳工况下进行含油污泥的两级热解处理研究,实验结果表明热解残渣因其自身比较丰富的比表面积、空隙结构以及富含丰富的碱土金属元素使其具有高效的催化效果,同时在高温下水煤气的反应不断更新催化位点使其不易因积炭而失活,当催化温度为800℃、床层高度为200mm的条件下热解残渣对渣油的催化性能最好,渣油的转化率为79.7%。结合实验结果对本文提出的工艺路线进行经济性评价。
[硕士论文] 李新慧
环境科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:抗生素是一类广泛检出的新型污染物,由于其在环境中的大量存在会诱导抗性细菌和抗性基因的产生,因此其潜在的环境风险正受到越来越多的关注。氟喹诺酮(fluoroquinolones,FQs)是一类使用量很大,环境中检出率和检出浓度较高的抗生素,对多种细菌均有较好抑制效果。因此,该类物质对常见生物水处理工艺的潜在影响也引起了研究人员的广泛关注。本研究中,我们向人工湿地进水中添加了多种FQs,考察了系统出水水质的变化并主要分析了其中微生物群落及微生物间相互关系的转变,明确了FQs可能对人工湿地工艺造成的影响。
  研究结果表明,低浓度FQs可对人工湿地的COD和TP净化能力造成明显负面影响,但其出水浓度可随着添加时间的推移呈现恢复趋势。短期高浓度FQs对出水COD、氨氮和TP净化能力没有显著影响,但可使出水硝氮浓度明显上升,同时基质的呼吸作用和硝化作用均受到了抑制。另外,添加低浓度FQs两个月后,人工湿地中微生物群落多样性显著增加,群落组成及结构发生了明显变化。门水平上,Proteobacteria、Actinobacteria、Saccharibacteria的相对丰度显著减小,Firmicutes、Bacteroidetes、Planctomycetes和Spirochaetae的相对丰度显著增加。其中,Proteobacteria和Firmicutes的相对丰度变化幅度最大,分别从44.26%降低至35.92%,从4.29%增加至10.51%。属水平上,相对丰度高于1%的属中,88.24%的属的相对丰度发生了显著变化。氮、磷、硫循环相关属均受到不同程度的影响。另外,长期低浓度FQs可使湿地中分子生态网络的复杂性增加,模块性增强,微生物间联系更加紧密。但不同微生物参与的分子生态网络在FQs影响下的变化趋势并不相同。综上所述,FQs可对人工湿地的性能及微生物群落造成明显影响。本研究为人工湿地工艺在FQs影响下的稳定运行提供了借鉴和参考。
[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] 许佩华
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着油田采油技术的持续进步,每年产生大量采出水需处理回注,作为重要的可循环资源,其科学达标处理意义重大。本课题主要围绕胜利油田含CO2、HCO3-酸性污水的处理问题,研究新型预氧化水质改性技术-QMR快速气液混合技术,借鉴SV型静态混合原理,设计QMR气液混合反应器,并首次应用于该类污水处理,避免传统加碱改性方法带来的结垢严重、药耗量高、水质不稳以及污泥产量大等问题。
  QMR技术通过产生微米级气泡(10~30μm),相界面积可达104~105m2/m3,实现5~8秒内解析液相CO2,打破H2CO3*-HCO3-缓冲,量化气液比VG/L可使污水pH值达到预期范围,缓解腐蚀问题。快速曝气作用使污水中产生溶解氧DO,氧化去除S2-、Fe2+,提高污水稳定性,同时气浮除油作用,可降低污水中残余油含量。DO氧化S2-、Fe2+动力学为二级反应,为油田水站改造提供数据支持。并对QMR反应器进行现场试验和应用放大工艺设计,实现污水“多功能”净化处理。现场试验表明,采用快速气液混合完成污水空气预氧化后,结合絮凝沉降以及多介质过滤,可保证水质稳定达标。
  通过研究不同硫铁含量污水的多种处理方法,必要时可联合应用,达到处理高硫铁污水理想效果。
[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] 张健豪
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国经济社会的快速发展,环境问题变得越来越严峻。大气污染是目前所面临的主要环境问题之一,其中SO2是一种排放量巨大、对环境危害严重的气体。目前针对烟气脱硫,我国大部分工厂使用的是石灰石-石膏法,但该方法存在设备投资大、废渣无法处理等问题。液相氧化技术能快速吸收SO2,同时实现硫的资源化利用,是一种新兴的脱硫工艺。
  本文引入超重力技术对液相氧化吸收SO2过程进行强化。考察H2O2和H2O2/Fe(Ⅱ)(Fenton)两种体系使用定-转子反应器(RSR)吸收SO2过程中各操作条件对于SO2吸收率的影响规律。并在合理假设的情况下,得到了H2O2体系吸收SO2过程中气相总体积传质系数Kya的计算式,并研究了各项操作条件对于Kya的影响,主要研究成果如下:
  (1)研究了RSR中H2O2吸收SO2时各种操作条件对于SO2吸收率的影响。结果发现,在气相流量1.5m3/h、SO2进口浓度4000mg/m3、液相流量为3.75L/h、气液比400、H2O2浓度17.84mmol/L、RSR转速800r/min、吸收液pH6.9、温度室温25℃的适宜操作条件下,SO2吸收率能达到85%。同时还发现,在一定条件下加入体积分数0.25%的促进剂A时,SO2吸收率提升12%;加入体积分数0.2‰的促进剂B时,SO2吸收率提升14%。
  (2)研究了RSR中Fenton吸收SO2时各操作条件对于SO2吸收率的影响。在气相体积流量1.5m3/h、进气SO2浓度4000mg/m3、液相流量为3.75L/h、气液比400、H2O2浓度为17.84mmol/L、Fe2+浓度为3.56mmol/L、RSR转速为800r/min、吸收液pH为2.5、温度28℃的适宜条件下,该吸收体系对于SO2的吸收率为89%。
  (3)研究了RSR中H2O2吸收SO2时各种操作条件对于气相总体积传质系数(Kya)的影响。结果发现,Kya随RSR转速和液相体积流量的增加而增大,随着气液两相流量的增加而先增大后减小。有机相促进剂A和促进剂B的加入也对Kya有很大影响,促进剂A投加0.25%时,Kya与不加促进剂A相比提升40%;促进剂B投加0.2‰时,Kya与不加促进剂B相比提升50%。
[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] 陈颢
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着工业化的飞速发展,化工厂由于生产安全的纰漏而出现的化学品泄露事故频发,对生态环境造成了威胁。污染物通过土壤的非饱和带后可能会进入地下水,从而间接地危害了人类的生存和健康。
  本文通过实验研究的方式模拟出化学品在土壤和地下水环境中的迁移过程,揭示出化学品在土壤饱和带和非饱和带的迁移规律。研究中阐述了测定土壤的渗透系数、弥散系数以及吸附系数等参数的实验和计算方法,并测定了砂土的渗透系数、弥散系数以及丁酮在粉质黏土中的吸附系数等参数。
  在模拟的饱和带中通过改变模拟地下水的流速、污染物的注入方式、污染物的注入位置、溶质以及介质等条件,对溶质在砂箱中不同时刻的浓度分布情况进行了测定。实验结果表明,氯化钠浓度较高的区域会因密度较大而受重力作用较强,浓度差较大的不同检测孔之间扩散作用会更强,高水流速的水动力弥散作用强于低水流速。这几种作用会因实验条件的不同而分别适时地起着主导作用。粉质黏土较小的颗粒和孔隙会减缓溶质的迁移速率。
  在非饱和带中,颗粒较细的砂土持水量较高,毛细作用较强,可溶性的溶质容易发生毛细和扩散现象。在自然条件下长达12周的非饱和土柱实验中,不可溶的二甲二硫醚会因土壤中含水量的增多而减缓迁移的速度,在深度15cm处则很难检测到二甲二硫醚的存在。
[硕士论文] 武壮壮
环境工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国水资源形势越来越严峻,水资源严重短缺以及河湖等水体污染严重的现状正在受到人们的重视。为缓解我国水资源目前面临的难题,众多研究学者纷纷提出了各种不同的污水处理技术,然而大部分的工艺经过对污水的初步处理之后,出水中依然含有一定浓度的硝酸盐氮和磷等污染物质。这些物质的存在对人类以及动植物的生存形成了潜在的危害,且难以继续处理。本文针对类似于污水处理厂出水等C/N较低的水体深度脱氮除磷较难的问题,采用三维电极生物膜法(3DBER)进行了脱氮效果的研究,具有较高的实际应用价值。
  本文首先通过单因素实验分析了电流、HRT、C/N对3DBER系统脱氮除磷效果的影响。结果表明,当HRT=8h,I=20mA,C/N=2时,3DBER系统对NO3--N和P去除率的最高去除率分别到了99%和94%。此外,当电流增大、HRT减小、C/N降低时,出水NO2--N浓度明显增大。
  然后本文着重通过加入硫自养反硝化对3DBER系统脱氮效果进行优化。并研究了S/N对3DBER-S系统脱氮效果的影响。结果表明,S/N从0.5增大到2的过程中,NO3--N去除率从86%增加到了97%,出水NO2--N浓度降低到0mg/L。通过正交试验得出3DBER-S的最佳运行条件为HRT=8h,I=100mA,S/N=2,在该条件下NO3--N去除率达到100%,出水亚硝氮浓度0.02mg/L,氨氮浓度约为0.01mg/L。根据各因素影响力大小分析得出,S/N对系统脱氮效果影响最大。
  接着,本文采用3DBER-S工艺处理高浓度硝氮废水。并用Cl-进行效果优化。得出,Cl-的加入大大降低了出水中NO2--N和NH4+-N浓度。当Cl-为600mg/L时,通过增大电流,使得反应5h后,NO3--N去除率达到92.45%,出水NO2--N浓度1.45mg/L,且无氨氮的产生。
  最后,通过MiSeq测序技术分析了3DBER-S系统中微生物的群落特征。并且创新性地研究了阴阳极生物膜之间的差异性。根据各多样性指数分析得出,阳极样品的OUT数,Ace指数和Chao指数等均最大。且各样本中Proteobacteria为丰度最大菌门,最高丰度为82.6%。Proteobacteria中丰度最高的纲为β-Proteobacteria,最大丰度达到了84%。Thiobacillus为丰度最大的菌属,其丰度最大达到了50.04%。Thiobacillus、Rhodocyclaceae、Thauera三种菌属在阴极样品中丰度远大于阳极样品中的丰度。此外,其他大部分菌属在阳极丰度均高于阴极。
[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] 张晓威
环境工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:苯酚是一种无色晶体,有毒且腐蚀性较强。苯酚和其衍生物极易溶于水,且转化能力很强,会对环境造成严重污染。另外社会的快速发展,我国又面临着能源紧缺的现状。因此,本文从能源和污染角度出发,采用了人工湿地-微生物燃料电(CW-MFC)来处理废水。CW-MFC是近些年新出现的一种耦合工艺,利用人工湿地存在的氧化还原梯度而将微生物燃料电池(MFC)嵌入其中,在净化污水同时还能产电,这对解决我国目前所面临的能源危机和环境危机提供了思路。
  本研究成功构建了CW-MFC耦合系统,首先以葡萄糖为底物研究不同进水COD浓度和HRT下耦合系统对污水的净化以及产电性能;其次研究了以难降解物质苯酚以及苯酚+葡萄糖共基质为底物下污水的净化效果以及产电性能;最后通过对不同底物运行条件下阳极生物膜微生物进行测序,分析阳极微生物群落的差异以及变化。主要研究结果如下:
  实验首先选取葡萄糖为底物,设置五组不同葡萄糖进水浓度来研究COD浓度对CW-MFC耦合工艺性能的影响。结果显示当进水COD浓度为350mg/L时,CW-MFC的性能最佳。此时COD、NH4+-N、TP的去除率达到了95.7%、55.1%、95.5%,稳定输出电压达到646mv,且实验组COD去除效果比对照组高3%左右。之后,保持进水COD浓度为350mg/L,设计5组HRT来研究不同HRT对系统的影响。结果表明,随着实验过程中HRT由36h减小到12h,系统在HRT为36h时污染物去除效果最好,此时COD、NH4+-N、TP的去除率达到96.56%、52.95%,99.45%;在HRT为18h,产电性能最佳,此时输出电压为646mv,最大功率密度为286.7mW/m3。
  其次实验选择苯酚为目标污染物,研究了以单一苯酚和苯酚+葡萄糖共基质下系统的净化性能和产电性能。实验结果表明,CW-MFC耦合工艺能以单一苯酚为底物进行产电,苯酚的去除率达到了73.41%,COD去除率65.33%,输出电压为248mv。而共基质葡萄糖的加入不仅提高了输出电压还提高了苯酚去除率,输出电压达到了570mv,苯酚去除率为75.59%,COD去除率为73.28%。且实验组苯酚的去除效果要优于空白组,生物产电促进了苯酚的降解。
  最后,实验对以葡萄糖、苯酚为底物下的阳极微生物进行了取样测序。结果表明,在不同的反应器及底物条件下,阳极微生物的群落结构差异很大。实验组中Firmicutes的丰度远远大于空白组,实验组为18.33%-51.49%,空白组仅为3.57%-11.26%。实验组和对照组虽然都存在产电菌,但实验组产电菌是优势菌,丰度远远大于对照组。通过对比以苯酚为底物运行条件下不同组反应器阳极微生物群落发现,两者也存在很大差异。
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