響應(yīng)曲面法對雜化材料-SRB處理鉻和氟地下水優(yōu)化研究

張 穎， 程千瑞， 張 磊， 李喜林， 李致格

(1.滁州學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院， 安徽 滁州 239000；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木工程學(xué)院， 遼寧 阜新 123000；3.北京世源希達工程技術(shù)有限公司， 北京 100080)

引 言

響應(yīng)曲面法結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計分析、數(shù)學(xué)應(yīng)用、試驗設(shè)計于一體，常用于探討影響因子和響應(yīng)值之間的數(shù)學(xué)模型關(guān)系[21-22]，其中箱線圖設(shè)計(BBD)是最常用的設(shè)計方法[23]，實驗次數(shù)最少并且可旋轉(zhuǎn)或近似可旋轉(zhuǎn)。因此，本研究在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用BBD設(shè)計方法對雜化材料-SRB顆粒處理含鉻和氟污染地下水試驗條件進行優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

圖1 雜化材料的FT-IR表征分析圖

1.2 實驗方法

(1) SRB固定化。稱取質(zhì)量比為2.5%的海藻酸鈉于300 mL蒸餾水中，充分溶脹后，加入一定量無機-有機雜化材料混勻溶解，密封并于室溫條件下存放8 h～12 h，再向混合溶液中加入質(zhì)量比為2.5%的制孔劑聚乙二醇，以及一定量經(jīng)馴化培養(yǎng)后處于對數(shù)期生長的菌液(細菌計數(shù)得到菌液對數(shù)期的菌密度為3×108個·mL-1)，充分混合后利用注射器滴入到pH=6的2%CaCl2飽和硼酸溶液中，以100 rpm進行攪拌交聯(lián)。4 h后取出顆粒，使用0.9%的生理鹽水進行沖洗，再吸干表面水分[24-25]，重復(fù)3次。顆粒使用前，再放入富集培養(yǎng)基中激活12 h。

表1 試驗因素和水平

2 結(jié)果與討論

2.1 響應(yīng)曲面結(jié)果及分析

BBD試驗設(shè)計采用17個試驗點，結(jié)果見表2。

表2 BBD試驗設(shè)計及響應(yīng)值

表3 二次多項式的方差分析

(1)

(2)

(3)

圖2 SRB投加量、雜化材料投加量、反應(yīng)溫度之間的交互關(guān)系對去除影響

圖3 SRB投加量、雜化材料投加量、反應(yīng)溫度之間的交互關(guān)系對Cr6+去除影響

圖4 SRB投加量、雜化材料投加量、反應(yīng)溫度之間的交互關(guān)系對F-去除影響

2.2 最佳吸附條件的驗證

2.3 材料的微觀結(jié)構(gòu)表征

將SRB按最佳成分配比進行包埋后得到的細菌顆粒在60 ℃下烘干，采用SEM在放大倍數(shù)為2000倍下觀察材料的表觀結(jié)構(gòu)、進行EDS能譜分析以及XRD分析，結(jié)果如圖5所示。由圖5可看出，細菌顆粒在處理污染水前，呈現(xiàn)明顯的微球狀，孔道通暢，表面較為光滑，其主要包含C、O、N、Na、H、Zr等元素，主要成分是ZrO2和CH4N2O·C2H2O4。

圖5 雜化材料-SRB顆粒特性分析

圖6 雜化材料-SRB處理污染水后的顆粒特性分析

3 結(jié) 論