响应曲面法对杂化材料-SRB处理铬和氟地下水优化研究

张 颖， 程千瑞， 张 磊， 李喜林， 李致格

(1.滁州学院土木与建筑工程学院， 安徽 滁州 239000；2.辽宁工程技术大学土木工程学院， 辽宁 阜新 123000；3.北京世源希达工程技术有限公司， 北京 100080)

引 言

响应曲面法结合数理统计分析、数学应用、试验设计于一体，常用于探讨影响因子和响应值之间的数学模型关系[21-22]，其中箱线图设计(BBD)是最常用的设计方法[23]，实验次数最少并且可旋转或近似可旋转。因此，本研究在单因素试验基础上，采用BBD设计方法对杂化材料-SRB颗粒处理含铬和氟污染地下水试验条件进行优化。

1 材料与方法

1.1 实验材料

图1 杂化材料的FT-IR表征分析图

1.2 实验方法

(1) SRB固定化。称取质量比为2.5%的海藻酸钠于300 mL蒸馏水中，充分溶胀后，加入一定量无机-有机杂化材料混匀溶解，密封并于室温条件下存放8 h～12 h，再向混合溶液中加入质量比为2.5%的制孔剂聚乙二醇，以及一定量经驯化培养后处于对数期生长的菌液(细菌计数得到菌液对数期的菌密度为3×108个·mL-1)，充分混合后利用注射器滴入到pH=6的2%CaCl2饱和硼酸溶液中，以100 rpm进行搅拌交联。4 h后取出颗粒，使用0.9%的生理盐水进行冲洗，再吸干表面水分[24-25]，重复3次。颗粒使用前，再放入富集培养基中激活12 h。

表1 试验因素和水平

2 结果与讨论

2.1 响应曲面结果及分析

BBD试验设计采用17个试验点，结果见表2。

表2 BBD试验设计及响应值

表3 二次多项式的方差分析

(1)

(2)

(3)

图2 SRB投加量、杂化材料投加量、反应温度之间的交互关系对去除影响

图3 SRB投加量、杂化材料投加量、反应温度之间的交互关系对Cr6+去除影响

图4 SRB投加量、杂化材料投加量、反应温度之间的交互关系对F-去除影响

2.2 最佳吸附条件的验证

2.3 材料的微观结构表征

将SRB按最佳成分配比进行包埋后得到的细菌颗粒在60 ℃下烘干，采用SEM在放大倍数为2000倍下观察材料的表观结构、进行EDS能谱分析以及XRD分析，结果如图5所示。由图5可看出，细菌颗粒在处理污染水前，呈现明显的微球状，孔道通畅，表面较为光滑，其主要包含C、O、N、Na、H、Zr等元素，主要成分是ZrO2和CH4N2O·C2H2O4。

图5 杂化材料-SRB颗粒特性分析

图6 杂化材料-SRB处理污染水后的颗粒特性分析

3 结 论