有害芳香烃类物质在好氧生物反应器中的生物降解与挥发的动态建模解析.pptx
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1、主要内容主要内容 论文简介论文简介 材料和方法材料和方法 模型描述模型描述3 3 结果与讨论结果与讨论 结论结论4 41 12 25 5第1页/共31页1 论文简介论文简介 好氧生物处理过程是目前可行的去除工业废水中有害有机物最好的技术之一。但在挥发性有机化合物(苯,甲苯,乙苯,对二甲苯,富马酸二甲酯即萘)存在的情况下,挥发对其从液相中去除做了很大的贡献(占很大比例)。其中一个主要课题就是预测生物降解过程中挥发和生物降解之间的竞争,它们都取决于目标分子。本研究的目的是开发一个综合的动力学模型,用以评估分子在挥发性有机化合物移除的主要途径(生物降解和挥发)中,不同操作条件、反应动力学参数和物理特
2、性带来的影响。第2页/共31页2 材料和方法材料和方法实验装置是一个由玻璃材料制成的序批式反应器(SBRSBR),规格为:145145毫米245245毫米(内径高度)圆柱型,提供反应体积为2.5 L2.5 L。反应器中的温度保持在2020,pHpH值维持在70.570.5。该反应器装有一个叶轮搅拌器(4 4刀片船用螺旋桨,直径5 5厘米)。入口空气通过一个不锈钢细气泡扩散器吹入到反应器中。固定空气流量为0.528Nm0.528Nm3 3 air air d d 1 1,以保持氧浓度达到2 mgO2 mgO2 2/L/L。2.1 实验装置第3页/共31页2 材料和方法材料和方法2.1 实验装置运
3、行107107天第一阶段0-410-41天第二阶段41-6741-67天第三阶段67-10767-107天不添加DCP,DMPB:461,T:473,E:190,X:190,NAP:46DMP:59和 DCP:349B:326,T:335,E:135,X:190,NAP:32,DMP:128 and DCP:101B:388,T:394,E:159,X:159,NAP:38,6 6小时/周期进水1010分钟反应305305分钟污水排放1515分钟沉淀3030分钟第4页/共31页2 材料和方法材料和方法每天监测混合液CODCOD,出口可溶性CODCOD,混合液悬浮固体(MLSSMLSS)和混合液
4、挥发性悬浮固体(MLVSSMLVSS)。CODCOD测量方法符合AFNOR NFT90-101AFNOR NFT90-101标准。MLSSMLSS和MLVSSMLVSS表征方法分别符合AFNOR90-105AFNOR90-105和AFNOR90-029AFNOR90-029标准。液相中芳香族化合物浓度的测量采用HS-GC-MSHS-GC-MS(顶空-气相色谱-质谱)法。在GC-MSGC-MS法中,使用氦气作为载气,其在塔柱的流速为1.2 mL min1.2 mL min 1 1。2.2 分析技术第5页/共31页2 材料和方法材料和方法 首先于反应器中描述挥发,在软化水体两种不同的非生物条件下:
5、第一次测试只搅拌(430430转每分),第二个测试既曝气(Q QG G=0.528 Nm=0.528 Nm3 3 air d air d 1 1)又搅拌(430430转每分)。瞬时注射后,目标污染物的浓度随着时间的推移进行了监测。采用气相色谱法测量苯系和萘的浓度。同样地,在有生物的条件下做挥发测试。2.3 挥发的动力学实验第6页/共31页3 模型描述模型描述传统的双膜理论假设质量传递的全部阻力来自(气体和液体)穿过相邻气-液界面的两个薄膜时的阻力。如果化合物挥发性十分强,如BTEXBTEX和NAPNAP,界面传质的速率由液相阻力控制的假设是可以被接受的(气相阻力可忽略不计)。因此,溶质通过水表
6、面的传输速率由下式给出:3.1 气/液传质模型第7页/共31页气泡曝气模型的根据是质量平衡在上升气泡流气相中的应用,这里假设空气流速是恒定的,液相混合良好。气泡的气-液传质同样可以由液相传质阻力控制。然而,使用标准几何形状的反应器和细气泡曝气,实验数据表明,气泡上升到表面时它与液体的平衡几乎已经完成。在这种假设下,传输速率与气体流率直接相关。这意味着,液相中组分z z的浓度S Sz z及其在上升气泡空气中的分压P Pz z之间的关系为:3 模型描述模型描述3.1 气/液传质模型第8页/共31页 M Mz z是摩尔质量。在这些条件下,传输速率与传送到大气中的气体量相关:3 模型描述模型描述3.1
7、 气/液传质模型第9页/共31页其中Q QG G为气体流率,y yz z为芳族化合物的体积分数,V Vm m是分子体积,V V是液体体积。依据亨利定律可由(3 3)和(4 4)导出:3 模型描述模型描述3.1 气/液传质模型第10页/共31页因此,在这项研究中,气泡曝气挥发是通过常量k kbub,zbub,z的一级反应动力学建模的。其中:3 模型描述模型描述3.1 气/液传质模型第11页/共31页整体挥发过程被视为表面挥发和泡沫转移的总和,这都遵循一级反应动力学。因此,k kvol,zvol,z是挥发过程的全局一阶常量:3 模型描述模型描述3.1 气/液传质模型第12页/共31页如果在反应器中
8、发生挥发(非生物实验,仅仅只有挥发),溶质浓度(S Sz z)的演变如下:3 模型描述模型描述3.1 气/液传质模型第13页/共31页表表1 好氧生物反应器中七种特定化合物(好氧生物反应器中七种特定化合物(BTEX,NAP,DMP,DCP)和)和易降解化合物的生物降解和传质现象的动态模型的矩阵表示易降解化合物的生物降解和传质现象的动态模型的矩阵表示描述生物反应器中生物降解和气/液传质过程的集成数学模型被提出来。相关过程动力学和化学计量系数以GujerGujer矩阵格式表示出来了(表1 1),提出的模型有2020个状态变量。3 模型描述模型描述3.2 生物动力学模型和集成的通用模型第14页/共3
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