《Cleaner Water》：Adsorptive removal of organics and nutrients from septic tank effluent using oak wood chip biochar: Kinetic analysis and numerical modeling
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化糞池系統廣泛應用但常失效，釋放污染物。研究人員開展 “Adsorptive removal of organics and nutrients from septic tank effluent using oak wood chip biochar” 研究。結果顯示，特定條件制備的生物炭可高效去除污水中化學需氧量（COD）和硝酸鹽（NO3--N），ANN 模型能準確預測。該研究為污水處理提供新方法。
在全球范圍內，約 19 億人依賴化糞池系統處理生活污水。然而，化糞池系統存在諸多問題，如高故障率、對污水中有機負荷和營養物質去除率低等。一旦排水場失效，化糞池污水中的有機物、營養物質和病原體就會釋放到環境中，對地表水和地下水造成污染，引發水體富營養化等一系列環境問題。因此，尋找一種高效、可持續的化糞池污水處理方法迫在眉睫。
來自國外的研究人員開展了關于橡木木片生物炭吸附去除化糞池污水中有機物和營養物質的研究，相關成果發表在《Cleaner Water》。
研究人員運用了多種關鍵技術方法。首先是批次吸附試驗，采用 2×3×3 析因設計，研究熱解溫度、時間和生物炭顆粒大小對污染物去除效率的影響。其次是對化糞池污水進行采樣和分析，包括測定污水的 pH、電導率（EC）、化學需氧量（COD）和硝酸鹽（NO3--N）濃度等指標。此外，還運用了數據分析方法，如多因素方差分析（ANOVA）評估各因素對去除效率的影響，以及構建人工神經網絡（ANN）模型預測生物炭去除污染物的效率。
研究結果如下：
- 生物炭的理化性質：熱解溫度和時間影響生物炭的多種性質。熱解后，生物炭的水分含量、揮發物質減少，固定碳和灰分含量增加，pH 升高，表面變得更粗糙多孔，芳香性增強，含氧官能團減少。
- 生物炭處理效率：熱解溫度、時間和生物炭顆粒大小均顯著影響 COD 和 NO3--N 的去除效率。700°C 熱解的生物炭去除效率更高；熱解時間從 3 小時增加到 5 小時，去除效率上升；細顆粒（<0.5mm）生物炭比粗顆粒生物炭去除效果更好。且熱解溫度和時間之間存在顯著的協同作用，最佳條件為 700°C、5 小時和細顆粒生物炭。
- 吸附動力學：COD 和 NO3--N 在生物炭上的吸附隨時間逐漸增加，12 小時達到平衡，最大吸附容量分別為 235mg/g 和 23.86mg/g，吸附過程符合準一級模型，主要通過物理吸附進行。
- 人工神經網絡建模結果：ANN 模型能有效預測生物炭去除 COD 和 NO3--N 的效率，R2值接近 1，均方根誤差（RMSE）低，表明模型擬合良好。
研究結論和討論部分指出，本研究明確了制備高效去除化糞池污水中污染物的生物炭的最佳條件，ANN 模型的成功應用為預測生物炭性能提供了有力工具。然而，在實際應用中仍面臨一些挑戰，如高溫熱解在某些地區可能不實用，細顆粒生物炭易堵塞等問題。未來可探索低溫優化、生物炭混合等解決方案，還需開展固定床柱和中試規模研究進一步驗證。該研究為化糞池污水處理提供了創新的方法，推動了可持續水管理領域的發展，為解決全球污水處理問題提供了新的思路和方向。
