【摘要】：柑橘皮是一種典型的富含纖維素、半纖維素的農業(yè)廢棄物,它具有獨特的天然孔隙,和其他農業(yè)廢棄物相比較,它具有孔隙發(fā)達和比表面積大等特性。論文在分析柑橘皮特性的基礎上,認為柑橘皮的天然孔隙有利于形成中孔發(fā)達的活性炭,并有利于活化劑進入物料內部,使柑橘皮活性炭可以在較溫和的條件下被活化,得到孔隙發(fā)達且表面官能團豐富的活性炭。論文基于柑橘皮活性炭被保留基團的性質,認為柑橘皮活性炭表面被保留的天然有機基團具有較強的親生物特性,有利于生物生長,容易形成生物活性炭。基于此,論文對柑橘皮活性炭制作親生物活性炭的工藝過程和工藝參數進行了研究,并以難降解垃圾滲濾液生化尾水為處理對象,探索了生物活性炭(BAC)的培養(yǎng)、馴化、固定過程,形成了用于垃圾滲濾液生化尾水進一步處理的臭氧/柑橘皮生物活性炭(O3-BAC)技術。研究結果表明: ①采用一步化學活化法、通過調配活化劑的浸漬比、浸漬時間、加熱溫度、保溫時間等參數制備了具有親生物特性的柑橘皮活性炭。試驗結果表明,以氯化鋅為活化劑,在浸漬比3:1、浸漬時間36h、550℃活化并保溫1.0h,得到的柑橘皮活性炭碘值、亞甲基藍吸附值分別為1523.1mg/g、262.5mL/g,BET比表面積為1477m2/g,中孔孔容、總孔容分別為1.440 m3/g、2.090 m3/g,孔徑分布集中,平均孔徑為3.87nm,屬于中孔孔隙發(fā)達的活性炭。論文進一步用紅外光譜檢測了活性炭的表面官能團,表明在此條件下制備的柑橘皮活性炭含有羥基、羰基、甲氧基及內酯基等親水性官能團。XRD分析表明柑橘皮活性炭的亂層石墨化趨勢比較明顯,微晶直徑和微晶厚度小,反應活性高。 ②論文分析了柑橘皮活性炭的吸附特性,發(fā)現柑橘皮活性炭具有Ⅰ型吸附等溫線特征。靜態(tài)實驗表明柑橘皮活性炭對滲濾液生化尾水具有良好的吸附性能,UV254值和TOC去除率分別為63.0%、59.7%,應用三維熒光光譜對吸附過程進行了跟蹤,發(fā)現柑橘皮活性炭對滲濾液生化尾水中類富里酸的吸附能力較強。研究進一步表明,可以采用擬二級動力學模型描述柑橘皮活性炭對滲濾液生化尾水的吸附過程,吸附活化能為12.72 kJ·mol-1;Freundlich模型在實驗范圍內具有比Langmuir模型更好的相關性,1/n為0.3078～0.3147;柑橘皮活性炭的理論極限吸附量約12.0 mg/g。 ③論文比較了柑橘皮活性炭和商品活性炭用于生物活性炭載體時的掛膜、啟動特性及運行效果。結果表明,按照SBR工藝運行模式對污泥進行馴化,將馴化污泥按照動態(tài)掛膜和靜態(tài)膜固定方式運行,可以實現生物炭反應器的快速掛膜和啟動。研究發(fā)現將馴化污泥配制成500mg/L的污泥菌液、按生物炭反應器體積濃度2~4g/L控制掛膜污泥量、并按照掛膜液循環(huán)流量400~560mL/min、下向流循環(huán)方式運行,生物炭反應器可以在1~2d內實現穩(wěn)定掛膜。柑橘皮生物活性炭系統可以在1天內完成微生物的固定化,快于商品生物活性炭;有機物去除率大于70.0%,比商品生物活性炭高5.0%～10.0%。三維熒光光譜跟蹤發(fā)現,滲濾液生化尾水經過柑橘皮生物活性炭池后類富里酸熒光強度下降率達到80.0%~88.0%,高激發(fā)波長類色氨酸熒光強度下降率也達到了50.0%以上,顯著優(yōu)于商品生物活性炭的60.0%～70.0%和33.0%。 ④面對越來越嚴格的滲濾液排放標準,圍繞滲濾液達標排放為目的,構建了以柑橘皮活性炭為基礎的臭氧/柑橘皮生物活性炭(O3-BAC)污水處理技術。通過跟蹤滲濾液生化尾水中有機物分子量的改變過程,發(fā)現投加10.0mg/L臭氧時,滲濾液生化尾水中分子量M100k Da的有機物從原污水中的25%下降至約12%,分子量M1k Da的有機物從原污水中的7%增加至30%以上;同時,該廢水的B/C也從0.186增加至0.313。研究進一步表明,在水力負荷為4.62m3/m2.d,進入O3-BAC污水處理系統的滲濾液生化尾水COD濃度小于700mg/L、NH3-N小于110mg/L時,出水COD小于100mg/L、NH3-N小于10mg/L,可以實現垃圾滲濾液的達標排放(GB16889—2008)。 ⑤論文還對生物活性炭的沿程性能及動力學特征進行了初步探討。發(fā)現微生物與具有親生物特性的柑橘皮活性炭結合牢固,微生物量最高達到429.9 nmolP/g Carbon,明顯高于商品活性炭的366.4 nmolP/g Carbon,微生物活性高10.0%～20.0%左右。微生物沿程分布總體呈逐漸降低趨勢,生物活性炭對有機物的去除主要集中于進水端炭層,在90cm范圍內的炭層能夠去除50.0%以上的有機物,占總去除率的80.0%以上。一級反應動力學方程可以較好地描述有機物的降解規(guī)律,反應速率常數沿程遞減。生物活性與反應速率常數有很好的相關性,自制柑橘皮生物活性炭反應速率常數與生物活性相關系數為0.9596,而與生物量的相關系數只有0.2044。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X703
【圖文】：

平均孔徑為 3.23nm，屬于較小的中孔范圍，但總孔容并不大。圖1.1是用ASAP2010獲取的柑橘皮粉末吸附等溫線和解吸等溫線。由圖可知，柑橘皮粉末的吸附等線類似Ⅱ型等溫線（BDDT 分類）的起始段，沒有拐點的存在表明只存在單層吸附而沒有向多層吸附的轉變，不宜直接用作吸附材料。柑橘皮具有疏松多孔和富含親水性表面基團的特性，比表面積較大，可以用來處理各種廢水。直接將柑橘皮用作吸附劑，使用簡單、方便，但由于沒有對柑橘廢棄物進行深度的炭化、活化處理，所得吸附劑的比表面積較小，吸附能力有限。而且達到飽和吸附后，需要再生或更換，費用較高、過程復雜，實際應用受到一定限制。1.4 垃圾滲濾液及生化尾水的特性1.4.1 填埋場垃圾滲濾液的特性垃圾滲濾液一般是指超過垃圾及其所覆土層持水量和表面蒸發(fā)潛力的雨水進入填埋場地后

活性炭的孔隙結構模型

天然基團以親水性官能團為主，具有較強的親生物特征。3.4.2 柑橘皮活性炭的微觀結構（TEM）本論文采用透射電鏡(TEM)對柑橘皮活性炭的微觀結構進行了觀察，見圖3.4。TEM照片表明，柑橘皮活性炭具有豐富的中孔孔隙，同時也存在少量大孔。用作生物活性炭池系統的填料時，活性炭的發(fā)達孔隙有利于微生物附著和對有機物的吸附。圖3.4 柑橘皮活性炭的TEM照片Fig.3.4 TEM image of orange peel activated carbon相關博士學位論文 2011年 第10期 工程科技Ⅰ輯 B027-80-44

【引證文獻】

相關期刊論文 前1條

1 何莉;張琳苑;吉芳英;謝志剛;黃鶴;;BAC深度處理垃圾滲濾液生化尾水的試驗研究[J];中國給水排水;2012年21期

本文編號：2806697