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vuv光降解—生物滴滤组合技术净化苯乙烯废气性能研究

VUV光降解—生物滴滤组合技术净化苯乙烯废气性能研究

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作者：刘晨星河北科技大学

学位级别：硕士

生物滴滤(Biotrickling Filtration,BTF)净化挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)因其能耗低、运行操作简单等优点得到广泛应用,但对于可生化性低、浓度变化大的VOCs废气处理效果不佳,且存在填料堵塞、稳定性差的问题。鉴于... 详细信息

生物滴滤(Biotrickling Filtration,BTF)净化挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)因其能耗低、运行操作简单等优点得到广泛应用,但对于可生化性低、浓度变化大的VOCs废气处理效果不佳,且存在填料堵塞、稳定性差的问题。鉴于光降解在改变污染物水溶特性及控制生物量积累等方面有一定的潜力,本研究构建了真空紫外(Vacuum Ultraviolet,vuv)强化生物滴滤组合工艺,在探究vuv降解苯乙烯的影响因素、O产生规律及光降解路径的基础上,对比考察了不同因素下vuv-BTF与BTF净化苯乙烯的性能、最优运行控制工艺参数,分析了微生物代谢特性及群落结构。主要结论如下:1)vuv降解苯乙烯废气结果表明:进气浓度、停留时间、功率、湿度等参数对光降解苯乙烯效率有不同的影响。其光降解的最佳湿度条件为50%～60%,最佳紫外功率为18 W。另外vuv产生的O浓度规律结果发现,O与紫外光功率、停留时间、进气浓度以及光反应器体积有关。光降解产物主要为苯甲醛、苯乙醛、甲酸、1-苯基-1,2-乙二醇等较苯乙烯水溶性更高的中间产物。基于中间产物类型推断光解机理主要涉及直接光解、O氧化、HO·氧化三个过程。2)vuv-BTF较BTF系统有较高的去除能力、去除负荷和抗负荷冲击能力,且能缩短生物滴滤塔的启动时间、降低填料层压降。在进气浓度200～1600 mg·m、停留时间15～60 s条件下,vuv-BTF较BTF去除率高4%～20%;vuv-BTF系统中生物滴滤塔各填料层对苯乙烯的去除贡献分布更均匀,该阶段产生的O能够控制生物量,使整个运行阶段的压降小于BTF。通过模拟实际应用出现的瞬时冲击负荷以及长期停机后的恢复情况,vuv-BTF均表现出较强的抵抗能力以及恢复性能。另外响应曲面优化vuv-BTF的最佳运行控制条件为:p H值6.7、氨氮浓度73 mg·L、停留时间55 s,vuv预处理能够缩短生物滴滤塔去除污染物的停留时间,相对较低的氨氮浓度能够维持组合系统的高降解率,在节约应用成本方面具有较明显的优势。3)电子显微镜对填料表面微生物挂膜特性分析表明,vuv预处理使菌落从簇状向片状转变,易于旧生物膜的脱落,改善生物膜结构。高通量测序结果表明,BTF和vuv-BTF两系统的群落差异明显,vuv预处理可提高细菌群落的丰富度及多样性,改善不同填料层间的物种分布,有效提升污染物的降解能力。

关键词：苯乙烯 vuv光降解生物滴滤组合工艺响应曲面优化高通量测序

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UVC/Fenton及其它光化学氧化技术对腐殖酸降解的研究

UVC/Fenton及其它光化学氧化技术对腐殖酸降解的研究

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作者：吴捷捷华南理工大学

学位级别：硕士

腐殖酸是一种具有代表性的天然有机物,在水体环境中可占到天然有机物的50%以上,其组成中含有大量的高活性芳香烃结构,容易在消毒中受到氧化剂的攻击而形成具有致癌、致畸和致突变作用的消毒副产物(Disinfection by-products,DBPs),从而... 详细信息

腐殖酸是一种具有代表性的天然有机物,在水体环境中可占到天然有机物的50%以上,其组成中含有大量的高活性芳香烃结构,容易在消毒中受到氧化剂的攻击而形成具有致癌、致畸和致突变作用的消毒副产物(Disinfection by-products,DBPs),从而对人类的健康形成巨大的威胁。因此,对于饮用水水源中腐殖酸含量的控制,具有重要的现实意义。本课题采用UVC/Fenton氧化及其它以短波紫外线(UVC)或真空紫外线(vuv)为基础的光化学氧化技术,以珠江底泥中提取的腐殖酸为研究对象,对腐殖酸降解的机理进行了系统的研究,并比较了不同光化学氧化技术对腐殖酸处理的效果,总结出两种用于去除腐殖酸的经济且有效的工艺。利用傅里叶变换红外光谱对腐殖酸的组成结构进行了研究,结果发现腐殖酸是一种含有羧基和羰基官能团以及芳香烃结构的复杂化合物。探讨了不同反应条件对UVC/Fenton氧化降解腐殖酸的影响,结果表明:当环境温度为30°C、初始pH为3、初始HO浓度为0.3 mM,初始Fe为0.01 mM时,UVC/Fenton氧化对腐殖酸样品溶液UV和VIS的去除率分别为83.41%和92.75%。在最优条件下,探讨了UVC/Fenton氧化对腐殖酸的降解机理,结果表明:经过8 h的处理,腐殖酸溶液UV和TOC的去除率分别为100%和61.9%,这表明在降解过程中腐殖酸的结构发生了转变。进一步延长处理时间到14 h,腐殖酸溶液的TOC的去除率仅仅增加到66%,这意味着在降解过程中产生了一些难降解的物质。同时,UVC/Fenton氧化可以极大的提高腐殖酸溶液的可生化性,处理4 h后,溶液的BTOC/TOC值可以从0.13增加到最大值0.65,同时,UVC/Fenton氧化可以在2 h的处理后将腐殖酸样品溶液的三卤甲烷生成势(Trihalomathanes Formation Potential,THMFP)从225.3μg/L减少到49.2μg/L,因此,对于本实验所使用的腐殖酸样品溶液,UVC/Fenton氧化联合生物膜法是一种可行的处理工艺。对比了不同的基于UVC和vuv的光化学氧化工艺对腐殖酸的处理效果,以TOC为3mg/L作为限定值(美国饮用水水质标准中TOC的限定值为3 mg/L),共验证出8种处理工艺可以用来处理本实验所使用的腐殖酸样品溶液;进一步比较各种工艺优劣,结果发现vuv光降解工艺和vuv光降解联合生物膜法工艺在这8种工艺中具有工艺流程较为简单以及试剂投入量较少的优点;同时,考察了不同光化学氧化技术对腐殖酸样品溶液THMFP的去除,结果发现UVC/Fenton氧化、vuv光降解、vuv/HO氧化以及vuv/Fenton氧化能够在2 h的处理后,使腐殖酸样品溶液的三卤甲烷生成势降低到80μg/L以下(美国饮用水水质标准中THMs的限定值为80μg/L)。结合以上对TOC的去除,各个工艺的优缺点以及对THMFP的去除可以得出:vuv光降解工艺和vuv光降解联合生物膜法工艺是处理本实验所使用的腐殖酸样品溶液的经济且有效的工艺。

关键词：腐殖酸 UVC/Fenton氧化光化学氧化 vuv光降解生物膜法

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