好氧逆流化床生物反应器启动方案的研究

逆流化床作为一种新型的污水处理生物反应器在近年来得到了广泛关注。然而,对于应用于好氧污水生物处理的逆流化床反应器,快速有效的启动方法的研究尚未见相关报道。作者旨在探究好氧逆流化床生物膜反应器(AIFB)启动过程中操作模式和操作条件对于微生物膜形成和反应器处理效率的影响,并最终建立一个优化的快速启动方案。对聚乙烯颗粒(PE)进行了活性炭包覆,得到活性炭包覆颗粒(PEC)作为微生物载体,以启动过程中挥发性悬浮固体浓度(VSS)、附着挥发性固体浓度(AVS)、进出水化学需氧量(COD)、反应器有机负荷(OLR)作为主要标准以评价生物膜生长特性和反应器处理性能,依次研究了3种不同的启动方案且对有效的启动方案进一步进行了优化。实验发现:32 d的间歇培养启动方案和15 d的固定水力停留时间(HRT)为72 h的连续进水启动方案均获得了很低的生物膜浓度(AVS<50 mg/L)和较低的有机物去除能力。而6 d的逐渐降低HRT的连续进水快速启动方案获得了高生物膜浓度(AVS=514 mg/L)且在高有机负荷(6 gCOD/(L·d))的情况下实现了高COD去除效率(95%)。应用快速启动方案对比了活性炭包覆前后两种颗粒的启动过程,发现PEC颗粒获得了微生物膜浓度(AVS=514 mg/L)约为PE(AVS=269 mg/L)的两倍。好氧逆流化床启动过程中,短水力停留时间(HRT<3 h)是冲出悬浮微生物并使生物膜得到快速增长的关键,同时应用活性炭包覆的载体有利于生物膜形成。

秸秆水热炭与热裂解炭结构表征及铅吸附机制研究

以玉米秸秆为原料,在不同温度下(280℃和320℃),分别采用水热炭化法和热裂解炭化法制备秸秆水热炭和热裂解炭,对比分析了两种生物质炭的结构差异,并结合等温吸附模型和吸附动力学模型研究了秸秆水热炭和热裂解炭对铅离子的吸附机制。结果表明:随着反应温度的升高,水热炭的脱氢效果更显著,形成了无序的晶体结构及丰富的表面含氧官能团;热裂解炭的脱氧效果更显著,其表面含氧官能团较少,且形成了有序的晶体结构。水热炭的孔隙率先增大、后减小,呈现致密、平滑的表面形貌;热裂解炭的孔隙率持续增加,具有显著的中孔结构特征,呈现粗糙多孔的表面形貌。秸秆水热炭和热裂解炭分别在4 h和10 h达到吸附平衡,理论平衡吸附量分别可达214.16 mg/g和133.99 mg/g。秸秆热裂解炭对铅离子吸附符合准一级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,表明其吸附反应为多分子层吸附过程;而秸秆水热炭对铅离子吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,表明其吸附反应为单分子层吸附过程。结合两种生物质炭的结构特征可知,热裂解炭主要依靠铅离子在其孔隙内的扩散运动进行物理吸附,其中大尺寸中孔的存在更有利于铅离子克服空间障碍进入孔隙,但吸附能力相对较弱,且容易脱附。络合反应是水热炭脱除水中铅离子主要机制,即含氧官能团与铅离子结合形成络合物的化学吸附,其吸附能力较强,且不容易脱附。