【摘要】：隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展,以三氯乙烯(trichloroethylene, TCE)為代表的大量有機(jī)氯代烴因不合理的使用、處理和處置進(jìn)入環(huán)境造成嚴(yán)重的水環(huán)境污染。顆�；钚蕴�(granular activated carbon, GAC)吸附工藝作為一套成熟可靠的工藝被廣泛用于難降解有機(jī)污染物的去除,可以達(dá)到深度凈化的目的(如10μg/L)；生物活性炭(biological activated carbon, BAC)工藝可以通過(guò)生物再生的方式克服活性炭吸附容量的限制,延長(zhǎng)活性炭的使用周期；厭氧膨脹顆粒污泥床(expanded granular sludge bed, EGSB)反應(yīng)器對(duì)高濃度有毒污染物有獨(dú)特的處理優(yōu)勢(shì)；生物滴濾器(biotrickling filter, BTF)對(duì)于氣體抽提后的難降解有機(jī)氣體有良好的去除效果。本文探討了上述這四種工藝用于去除TCE的可行性,考察不同工藝操作條件對(duì)TCE去除效果的影響,分析它們各自的適用場(chǎng)合和應(yīng)用前景,從而為特定TCE污染情況的處理提供切實(shí)可行的方法。 為評(píng)價(jià)活性炭對(duì)TCE的吸附性能,以10種不同原料制備的活性炭樣品進(jìn)行了TCE的平衡容量實(shí)驗(yàn)和連續(xù)流微型快速穿透(MCRB)實(shí)驗(yàn)。各種活性炭對(duì)TCE的吸附容量的排列與其苯酚值排列相同,TCE初始濃度和少量甲醇的加入不會(huì)影響活性炭的吸附容量。相比其他炭型,含有豐富中孔的煤質(zhì)炭對(duì)TCE吸附容量較低,但吸附容量利用率較高,適合用于實(shí)際工藝中去除TCE；由毛竹制備而成的竹質(zhì)炭,對(duì)TCE的去除量和吸附容量利用率均頗為可觀,是一種值得開(kāi)發(fā)的新型環(huán)保炭型。水體中的共存有機(jī)物會(huì)降低活性炭對(duì)TCE的吸附容量,其競(jìng)爭(zhēng)吸附的程度跟水體中有機(jī)物的分子量大小分布有關(guān)。兩個(gè)串聯(lián)的活性炭炭床是高效低耗吸附處理工藝的關(guān)鍵單元,因?yàn)榍爸锰看驳睦寐誓艿玫酱蠓忍嵘?后置炭床能保障出水達(dá)標(biāo)。 好氧條件下TCE只能通過(guò)共代謝方式降解。苯酚是一種高效的共代謝基質(zhì),以活性污泥培養(yǎng)馴化的苯酚混合菌為T(mén)CE降解菌源,通過(guò)批式降解實(shí)驗(yàn)評(píng)估其對(duì)TCE的降解性能。苯酚能誘導(dǎo)產(chǎn)生氧化酶和TCE共代謝需要的能量,是TCE共降解過(guò)程中必不可少的共代謝基質(zhì)；TCE的大幅度降解要在苯酚基本利用后才會(huì)發(fā)生。通過(guò)接種馴化好的TCE降解菌,可以迅速啟動(dòng)BAC系統(tǒng)；在170天的連續(xù)運(yùn)行期間,BAC對(duì)TCE的去除率維持在20-40%。使用對(duì)TCE具有高吸附量的活性炭能確保BAC工藝在運(yùn)行初期和有沖擊負(fù)荷情況下的高度處理效果。生長(zhǎng)基質(zhì)苯酚的進(jìn)水濃度是TCE去除效率的關(guān)鍵因素,苯酚濃度過(guò)高會(huì)加重TCE共代謝的競(jìng)爭(zhēng)性抑制,過(guò)低不足以維持其高效降解。苯酚濃度在2-4mg/L,苯酚/TCE進(jìn)水負(fù)荷比率在15左右時(shí),BAC對(duì)TCE的去除率最高達(dá)到40%左右。根據(jù)TCE-苯酚的共代謝降解規(guī)律,使用苯酚、TCE單獨(dú)循環(huán)進(jìn)水的工藝操作模式,有效避免了競(jìng)爭(zhēng)性抑制,較好地維持了微生物的生長(zhǎng)和降解活性,強(qiáng)化了TCE去除效率；在每天2h苯酚進(jìn)水、22h TCE的進(jìn)水情況下,TCE去除率最高為72%(進(jìn)水濃度200μg/L),平均去除率達(dá)到65%,最大去除能力為0.39g/m3/h。 厭氧條件下TCE能通過(guò)還原脫氯依次轉(zhuǎn)化為二氯乙烯、一氯乙烯和乙烯。利用生物強(qiáng)化的方法將商業(yè)脫氯菌SDC-9投入到接種顆粒污泥的厭氧EGSB反應(yīng)器中,達(dá)成快速啟動(dòng)；進(jìn)水濃度在2-10mg/L,水力停留時(shí)間在6h時(shí),TCE的去除率為85%左右,其最大去除能力超過(guò)1.5g/m3/h。將EGSB轉(zhuǎn)為序批式操作模式,延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間有助于乙烯的生成。厭氧顆粒污泥是一種優(yōu)良的生物載體,可以很好地負(fù)載特定降解菌并有效防止微生物脫落,從而使EGSB反應(yīng)器工藝達(dá)到長(zhǎng)期穩(wěn)定降解TCE的功能。 通過(guò)接種SDC-9快速啟動(dòng)厭氧BTF；空床停留時(shí)間為12min時(shí),穩(wěn)定運(yùn)行下的氣態(tài)TCE去除率在99%以上(進(jìn)氣濃度為700mg/m3),終產(chǎn)物乙烯占到50%左右。厭氧BTF對(duì)TCE的最大去除能力達(dá)到9.0g/m3/h,顯示出優(yōu)越的處理性能,而且150多天的穩(wěn)定運(yùn)行證實(shí)了BTF不會(huì)因床層堵塞等問(wèn)題造成處理性能的下降。在運(yùn)行過(guò)程中,降解TCE的床層區(qū)域會(huì)逐漸轉(zhuǎn)移到反應(yīng)器前半部分。不同高度床層的處理性能與脫氯菌種和基因的種類、數(shù)量和活性之間存在關(guān)聯(lián)性。停運(yùn)60天后厭氧BTF內(nèi)的微生物只剩2%的TCE降解活性,同時(shí)微生物總量減少了50%,但BTF重啟后可以快速恢復(fù)TCE去除性能；停運(yùn)28天和60天的厭氧BTF分別在1天和8天后基本恢復(fù)原先的TCE去除能力,但全面恢復(fù)之前的降解性能(乙烯轉(zhuǎn)化率)則需要更長(zhǎng)時(shí)間。 本課題研究了四種各具特色并有各自適用場(chǎng)合的TCE去除工藝。GAC工藝主要用于去除TCE輕度污染水體,達(dá)到深度凈化的目的；BAC工藝持續(xù)穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng),能長(zhǎng)期穩(wěn)定的處理低濃度TCE(500μg/L)水體；厭氧EGSB反應(yīng)器工藝具有較高的TCE去除能力,適用于TCE嚴(yán)重污染水體(10mg/L)的處理；對(duì)于需要使用氣提去除水體里TCE的場(chǎng)合,厭氧BTF工藝可以高效去除進(jìn)氣中的TCE,潛在的應(yīng)用前景廣闊。本文的特色在于：在GAC工藝研究階段,提出使用苯酚值可以預(yù)測(cè)活性炭對(duì)于TCE的吸附性能,丹寧酸值能表征吸附容量利用率,競(jìng)爭(zhēng)吸附對(duì)活性炭吸附容量的影響程度跟水體中有機(jī)物的分子量大小分布有關(guān),同時(shí)驗(yàn)證了MCRB測(cè)試可以準(zhǔn)確模擬傳統(tǒng)穿透實(shí)驗(yàn),并提出一套高效低耗的GAC吸附工藝；在BAC工藝中,通過(guò)研究TCE-苯酚的共代謝降解規(guī)律,研發(fā)了新型的苯酚、TCE循環(huán)進(jìn)水的BAC運(yùn)行模式,有效提高了BAC工藝對(duì)TCE的降解效率；在厭氧BTF中,研究了相關(guān)菌種和特定基因在BTF不同床層高度的分布變化及隨時(shí)間的遷移轉(zhuǎn)換,揭示了脫氯菌群和功能基因的種類、數(shù)量和活性與BTF處理性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性；同時(shí),還對(duì)厭氧BTF在停運(yùn)閑置期間微生物的TCE脫氯性能、活性和數(shù)量的變化進(jìn)行了分析,并評(píng)估了反應(yīng)器在長(zhǎng)期停運(yùn)后的恢復(fù)運(yùn)行效果。
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X703.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫芹菊;;三氯乙烯污染的地下水生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J];環(huán)境科學(xué)與管理;2007年06期

2 柏麗梅;石玉明;孫興濱;;厭氧膨脹顆粒床(EGSB)反應(yīng)器在有機(jī)廢水治理中的研究進(jìn)展[J];環(huán)境科學(xué)與管理;2009年01期

3 張達(dá)政,陳鴻漢,李海明,鄒勝章,劉立才;淺層地下水鹵代烴污染初步研究[J];中國(guó)地質(zhì);2002年03期

4 高霏;劉菲;陳鴻漢;;三氯乙烯污染土壤和地下水污染源區(qū)的修復(fù)研究進(jìn)展[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2008年08期

5 郭華明,王焰新;地下水有機(jī)污染治理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J];地質(zhì)科技情報(bào);1999年02期

6 鄭景生,呂蓓;PCR技術(shù)及實(shí)用方法[J];分子植物育種;2003年03期

7 張朝暉;呂錫武;;生物活性炭濾池去除水中溶解性有機(jī)碳的研究[J];中國(guó)給水排水;2008年01期

8 袁亞男;劉文忠;;實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)的類型、特點(diǎn)與應(yīng)用[J];中國(guó)畜牧獸醫(yī);2008年03期

9 陳翠柏,楊琦,沈照理;地下水三氯乙烯(TCE)生物修復(fù)的研究進(jìn)展[J];華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào);2003年01期

10 董春娟,呂炳南,陳志強(qiáng),馬立,蘇秀英;處理生物難降解物質(zhì)的有效方式——共代謝[J];化工環(huán)保;2003年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 段云霞;韓振為;隋紅;李鑫剛;;三氯乙烯(TCE)和甲苯初始質(zhì)量濃度的不同對(duì)共代謝的影響[A];中國(guó)化工學(xué)會(huì)2003年石油化工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 王雪蓮;三氯乙烯的好氧共代謝與揮發(fā)模型研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2006年

2 丁穎;生物濾器處理惡臭氣體及其微生物生態(tài)研究[D];浙江大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 李青花;揮發(fā)性有機(jī)氯化物TCE的活性炭吸附生物再生處理研究[D];大連理工大學(xué);2000年

2 劉永慧;生物過(guò)濾法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物[D];大連理工大學(xué);2002年

3 瞿畏;生物滴濾器中揮發(fā)性有機(jī)物去除的關(guān)鍵影響因素[D];湖南大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2732234