在HZSM-5分子筛上甲醇脱水反应动力学研究——在活塞流反应器及连续搅拌槽式反应器中稳态反应的分析

以连续流动稳态法研究了甲醇在HZSM-5分子筛上生成二甲醚的反应动力学。使用活塞流反应器及连续搅拌槽式反应器,在150～190℃内分别得到相应的动力学数据。依据分子态吸附的甲醇在表面反应的可逆性及二甲醚吸附能力极弱的特性建立了反应机理模型,认为吸附态的与气相中的甲醇进行分子间反应生成二甲醚是速控步骤的Rideal-Eley机理。

连续搅拌槽式反应器中自催化化学反应的延迟反同步控制

讨论了考虑延迟效应下化学反应体系的控制问题.在自催化化学反应系统中,将反应误差重新定义为实际反应状态与控制目标的差值,并基于Lyapunov稳定性理论和反同步思想,通过构造适当的控制器和控制输入信号可以使整个反应系统中各成分的浓度处于某种状态.该方法对系统无特殊要求,并且无需构造Lyapunov函数.最后用数值模拟验证了方法的有效性.

卧式CSTR生物制氢反应器设计与流场数值模拟

为在一定程度上弥补连续流搅拌槽式反应器(CSTR)生物制氢反应器的缺陷,及指导生物制氢反应器的放大设计,该文研究设计卧式CSTR制氢反应器。采用多重参考系法(MRF)和标准k-ε湍流模型模拟在50 r/min的较低转速下具有相同桨径、不同叶宽结构的5种搅拌桨(搅拌桨的叶宽W分别为30、40、50、60、70 mm)的搅拌特性。结果表明叶宽为60 mm的搅拌桨能产生合理的径向、轴向速度分布使活性污泥与底物充分接触,适合生物制氢反应器的工艺需要。通过计算得到不同叶宽结构下的搅拌功率与扭矩,对进一步研究生物制氢反应器的工业化应用和运行控制提供参考价值。

厌氧发酵反应器的启动运行及活性污泥的优势菌群分析

为探讨连续流搅拌槽式厌氧发酵反应器(CSTR)的启动运行效能和活性污泥的优势菌群组成,考察了CSTR处理高浓度糖蜜废水启动运行期的进出水化学需氧量(COD)和p H值变化规律,并采用Illumina Mi Seq平台高通量测序技术对比分析了启动运行不同阶段的优势菌群组成.研究结果表明:厌氧发酵反应器经过启动阶段的运行,较好地完成了厌氧活性污泥的驯化.在启动运行后期,反应器出水pH值稳定在4. 7～4. 9之间,液相发酵产物总量为1298 mg·L^(-1),其中乙酸和丁酸质量占发酵产物总质量的73. 1%,形成丁酸型发酵的主要发酵产物;活性污泥沉降30 min后,沉降污泥的体积分数为37%,驯化后活性污泥具有良好的沉降性能.活性污泥优势菌群分析表明:反应器启动运行后期,活性污泥形成以产乙醇杆菌属(Ethanoligenes)、巨型球菌属(Megasphaera)和Ⅳ型梭菌(Clostridium IV)为主的优势菌群.

中度嗜热混合菌在搅拌槽中浸出黄铜矿及其群落动态

为了优化浸出工艺,研究浸矿体系中主要微生物种群的结构和动态变化,在槽式搅拌反应器中于45℃用中度嗜热混合菌(Acidithiobacillus caldus,Leptospirillum ferriphilum,Sulfobacillus acidophilus,Sulfobacillus thermosulfidooxidans等)浸出黄铜矿精矿,考察浸出液的pH,电极电位Eh及金属离子浓度并应用PCR-RFLP(限制性酶切片段长度多态性)方法研究细菌群落变化,浸出时间为30d。研究结果表明:Cu的浸出率为26.2%,反应器内菌种多样性不丰富,只有At.caldus和L.ferriphilum2种;群落动态变化明显,在浸出开始阶段At.caldus是优势种群,其丰度为96%,随着浸出的进行,L.ferriphilum逐渐增多,在浸出后期代替At.caldus成为优势种群,其丰度为69%。

升流式厌氧污泥床和连续流搅拌槽式反应器的废水处理效能及产甲烷菌群组成的对比分析

分别运行升流式厌氧污泥床(UASB)反应器和连续流搅拌槽式反应器(CSTR)并使其达到稳定运行状态,在有机负荷率(OLR)均为6.0kg.m-3.d-1的条件下,对比分析了二者在稳定期的运行特性和产甲烷菌群的组成。结果表明,UASB的化学需氧量(COD)去除率为95%,显著高于CSTR的COD去除率(84%)。然而,CSTR系统中的活性污泥的比产甲烷速率(315L.kg-1.d-1)和比COD去除率(0.85kg.kg-1.d-1)则显著高于UASB的260L.kg-1.d-1和0.67kg.kg-1.d-1。采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)指纹分析技术对系统稳定期的活性污泥进行分析的结果表明,UASB系统的优势产甲烷菌为Methanosaeta concilii和Methanospirillum hungatei,而CSTR系统中的优势产甲烷菌为Methanosarcina mazeii和Methanobacterium formicicum。污泥微生物群落组成及其代谢特征的不同是造成厌氧处理系统效能差异的内在原因。UASB和CSTR在COD去除效能和污泥比活性方面各有所长,在实际应用中,须根据废水水质和预期处理程度合理选用。

连续搅拌槽式反应器中自催化化学反应的延迟同步

讨论了由两个连续搅拌槽式反应器组成的化学反应系统的延迟同步问题.基于Lyapunov稳定性理论,通过选择适当的输出和同步信号得到了使反应实现延迟同步的控制函数,并用数值模拟验证了方法的有效性.最后指出延迟同步误差系统存在着两种不同的时间尺度.

耦合自催化化学反应系统的反同步控制

基于Lyapunov稳定性理论和反同步思想,讨论了两个连续搅拌槽式反应器组成的化学反应体系的反同步控制问题.将整个反应系统中各成分的浓度设定为控制目标,通过选取适当的控制器和控制输入信号可以使其处于某种状态.该方法对系统无特殊要求,并且无需构造Lyapunov函数.最后用数值模拟验证了方法的有效性,同时结果表明反应误差系统存在两种不同的时间尺度.

中等嗜热细菌浸出黄铜矿过程中pH对群落结构的影响

为了优化浸出工艺,研究了pH对浸矿过程主要微生物种群结构的影响。用中度嗜热混合茵槽浸黄铜矿精矿,在不控制pH,控制pH为2.5及控制pH为1.2时,应用PCR-RFLP(限制性酶切片段长度多态性)方法对上述浸出条件下的细菌群落动态变化进行研究。结果表明,浸出体系只有两种微生物,一种为Acidithiobacillus caldus,一种为Leptospirillum ferriphilum。pH对群落结构有明显影响。不控制pH时,浸出开始阶段.At.caldus是优势种群,占群落的96%,随着浸出的进行,L.ferriphilum增多,在浸出后期代替At.caldus成为优势菌种,占69%。控制pH时,L.ferriphilum始终占主导地位,同时发现pH为2.5时At.caldus在群落中的丰度比pH为1.2时高。

pH对发酵系统的产甲烷活性抑制及产氢强化

为抑制厌氧发酵系统的产甲烷活性,强化其发酵产氢性能,采用逐级降低pH的调控方法,探讨连续流搅拌槽式反应器(CSTR)从具有显著甲烷发酵特征的厌氧发酵系统向发酵产氢系统转变的运行特征.在进水COD 7 000 mg/L、水力停留时间(HRT)8 h条件下,发酵体系在pH由6.5～7.2降低到6.0～6.5时,虽然发酵气中的甲烷体积分数逐渐减少乃至消失,但氢气体积分数一直在3%以下;当pH下降到4.0～5.0时,系统中的产酸发酵作用得到了进一步强化,挥发性发酵产物总量平均为2 052 mg/L,呈现为典型的乙醇型发酵,发酵气产量平均为26 L/d,其氢气体积分数稳定在45%左右,活性污泥的比产氢率达1.67 L/(g.d).

CSTR和ACR丁酸型发酵制氢系统的运行特性比较

为寻求更好的连续流发酵生物制氢反应器模式,以稀释糖蜜为底物,控制反应系统为丁酸型发酵,比较研究了搅拌槽式反应器(CSTR)和厌氧接触式反应器(ACR)的启动运行特性。结果表明,以经曝气培养的下水道污泥为接种物,在接种量4.8g MLVSS.L-1、进水COD 5000mg.L-1、HRT 12h、温度(35±1)℃和pH 5.5～6.0等相同条件下,CSTR系统可以更快地达到稳定的丁酸型发酵状态,而ACR系统因其有效的生物持有能力而在产氢性能方面更具优势。在稳定运行状态下,ACR系统的底物酸化率、产氢速率和污泥的比产氢速率分别为44%、9L.d-1和0.15L.(g MLVSS.d)-1,分别是CSTR系统的1.62、2.05和1.15倍。

L-半胱氨酸对连续流发酵生物制氢的促进作用

为了研究L-半胱氨酸对连续流厌氧发酵生物制氢系统的影响,通过运行两组平行的连续流搅拌槽式反应器(CSTR),一组随进水连续添加0.1 g/L的L-半胱氨酸,另一组不添加,对比考察两组系统的氧化还原电位、生物量、产酸发酵情况以及产氢能力.结果发现添加L-半胱氨酸反应器的氧化还原电位降至-400 mV以下仅需1 d,形成稳定的乙醇型发酵仅需25 d;而未添加L-半胱氨酸的反应器则分别需要10 d和35 d.达到稳定运行状态时,添加L-半胱氨酸反应器的产氢速率为3.06 L/d,高于未添加L-半胱氨酸的2.99 L/d.研究表明L-半胱氨酸能够促进形成适宜乙醇型产氢发酵的低氧化还原电位环境,从而加快连续流产氢系统的启动进程,并提高系统的产氢能力.

ABR发酵系统运行特性及产氢效能研究

为解决连续流搅拌槽式反应器(CSTR)发酵制氢系统存在的不足,如单位基质氢气转化率低、因搅拌带来的耗能,抗负荷冲击能力不强等问题,开展了厌氧折流板反应器(ABR)发酵产氢的研究.结果表明,在35℃和进水COD 5000mg/L等条件下,ABR系统可在26d达到乙醇型发酵,其比产氢速率为0.13L/(gMLVSS.d),而在同样条件下,CSTR达到乙醇型发酵后,比产氢速率仅为0.06L/(gMLVSS.d).ABR通过生物相的分离,使产氢系统梯级利用有机物并达到深度产氢的目的.与CSTR相比,ABR具有较高的产氢活性、较低能源消耗等优点,是一种较为理想的有机废水发酵制氢反应设备.

本体聚合ABS树脂技术进展

综述了国内外主要本体聚合丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂生产工艺,分析了各工艺的技术特点及其成熟度,总结了本体聚合工艺中的关键技术(如ABS树脂性能的影响因素和橡胶粒径的控制方法等)。本体法是最佳的ABS树脂生产工艺,正成为研究重点。本体聚合ABS树脂工艺的研究方向:调整工艺配方、加入第三单体改性、将本体ABS树脂与乳液接枝-掺混法获得的ABS树脂共混制备高性能的ABS树脂新产品。

CSTR和ABR甲烷发酵系统运行特征比较

厌氧发酵技术是解决环境污染及能源需求问题的重要途径。针对常见的连续流搅拌槽式反应器(CSTR)和厌氧折流板反应器(ABR)存在的甲烷发酵技术问题,开展了产甲烷系统的调控技术研究。在特定条件下,比较CSTR和ABR两类反应器的甲烷发酵系统效能。结果表明,在进水COD为4 000 mg/L、HRT为24 h条件下,CSTR系统运行73 d后可形成完整甲烷发酵,对COD的去除率维持在70%左右,但系统运行不够稳定。在接种污泥、进水COD、HRT等相同的情况下,ABR系统运行17 d后,对COD的去除率即可达到74%;保持有机负荷为4 kg/(m3·d)不变,通过调控ABR进水COD浓度、HRT等后,对COD的去除率可达到90%以上。与CSTR相比,ABR通过生物相的分离(产酸发酵菌群、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群等沿程分布于各格室并呈现不同的优势度),增强了产氢产乙酸作用,使系统去除效能更高、抗冲击负荷能力更强,运行也更稳定。