【摘要】：柑橘皮是一種典型的富含纖維素、半纖維素的農(nóng)業(yè)廢棄物,它具有獨(dú)特的天然孔隙,和其他農(nóng)業(yè)廢棄物相比較,它具有孔隙發(fā)達(dá)和比表面積大等特性。論文在分析柑橘皮特性的基礎(chǔ)上,認(rèn)為柑橘皮的天然孔隙有利于形成中孔發(fā)達(dá)的活性炭,并有利于活化劑進(jìn)入物料內(nèi)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(dá)且表面官能團(tuán)豐富的活性炭。論文基于柑橘皮活性炭被保留基團(tuán)的性質(zhì),認(rèn)為柑橘皮活性炭表面被保留的天然有機(jī)基團(tuán)具有較強(qiáng)的親生物特性,有利于生物生長(zhǎng),容易形成生物活性炭�；诖�,論文對(duì)柑橘皮活性炭制作親生物活性炭的工藝過程和工藝參數(shù)進(jìn)行了研究,并以難降解垃圾滲濾液生化尾水為處理對(duì)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(jìn)一步處理的臭氧/柑橘皮生物活性炭(O3-BAC)技術(shù)。研究結(jié)果表明: ①采用一步化學(xué)活化法、通過調(diào)配活化劑的浸漬比、浸漬時(shí)間、加熱溫度、保溫時(shí)間等參數(shù)制備了具有親生物特性的柑橘皮活性炭。試驗(yàn)結(jié)果表明,以氯化鋅為活化劑,在浸漬比3:1、浸漬時(shí)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(lán)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(dá)的活性炭。論文進(jìn)一步用紅外光譜檢測(cè)了活性炭的表面官能團(tuán),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(nèi)酯基等親水性官能團(tuán)。XRD分析表明柑橘皮活性炭的亂層石墨化趨勢(shì)比較明顯,微晶直徑和微晶厚度小,反應(yīng)活性高。 ②論文分析了柑橘皮活性炭的吸附特性,發(fā)現(xiàn)柑橘皮活性炭具有Ⅰ型吸附等溫線特征。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)表明柑橘皮活性炭對(duì)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(yīng)用三維熒光光譜對(duì)吸附過程進(jìn)行了跟蹤,發(fā)現(xiàn)柑橘皮活性炭對(duì)滲濾液生化尾水中類富里酸的吸附能力較強(qiáng)。研究進(jìn)一步表明,可以采用擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型描述柑橘皮活性炭對(duì)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(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)具有比Langmuir模型更好的相關(guān)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(shí)的掛膜、啟動(dòng)特性及運(yùn)行效果。結(jié)果表明,按照SBR工藝運(yùn)行模式對(duì)污泥進(jìn)行馴化,將馴化污泥按照動(dòng)態(tài)掛膜和靜態(tài)膜固定方式運(yùn)行,可以實(shí)現(xiàn)生物炭反應(yīng)器的快速掛膜和啟動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)將馴化污泥配制成500mg/L的污泥菌液、按生物炭反應(yīng)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(yùn)行,生物炭反應(yīng)器可以在1~2d內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定掛膜。柑橘皮生物活性炭系統(tǒng)可以在1天內(nèi)完成微生物的固定化,快于商品生物活性炭;有機(jī)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(xiàn),滲濾液生化尾水經(jīng)過柑橘皮生物活性炭池后類富里酸熒光強(qiáng)度下降率達(dá)到80.0%~88.0%,高激發(fā)波長(zhǎng)類色氨酸熒光強(qiáng)度下降率也達(dá)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(duì)越來越嚴(yán)格的滲濾液排放標(biāo)準(zhǔn),圍繞滲濾液達(dá)標(biāo)排放為目的,構(gòu)建了以柑橘皮活性炭為基礎(chǔ)的臭氧/柑橘皮生物活性炭(O3-BAC)污水處理技術(shù)。通過跟蹤滲濾液生化尾水中有機(jī)物分子量的改變過程,發(fā)現(xiàn)投加10.0mg/L臭氧時(shí),滲濾液生化尾水中分子量M100k Da的有機(jī)物從原污水中的25%下降至約12%,分子量M1k Da的有機(jī)物從原污水中的7%增加至30%以上;同時(shí),該廢水的B/C也從0.186增加至0.313。研究進(jìn)一步表明,在水力負(fù)荷為4.62m3/m2.d,進(jìn)入O3-BAC污水處理系統(tǒng)的滲濾液生化尾水COD濃度小于700mg/L、NH3-N小于110mg/L時(shí),出水COD小于100mg/L、NH3-N小于10mg/L,可以實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液的達(dá)標(biāo)排放(GB16889—2008)。 ⑤論文還對(duì)生物活性炭的沿程性能及動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了初步探討。發(fā)現(xiàn)微生物與具有親生物特性的柑橘皮活性炭結(jié)合牢固,微生物量最高達(dá)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(shì),生物活性炭對(duì)有機(jī)物的去除主要集中于進(jìn)水端炭層,在90cm范圍內(nèi)的炭層能夠去除50.0%以上的有機(jī)物,占總?cè)コ实?0.0%以上。一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可以較好地描述有機(jī)物的降解規(guī)律,反應(yīng)速率常數(shù)沿程遞減。生物活性與反應(yīng)速率常數(shù)有很好的相關(guān)性,自制柑橘皮生物活性炭反應(yīng)速率常數(shù)與生物活性相關(guān)系數(shù)為0.9596,而與生物量的相關(guān)系數(shù)只有0.2044。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：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(diǎn)的存在表明只存在單層吸附而沒有向多層吸附的轉(zhuǎn)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(tuán)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(jiǎn)單、方便，但由于沒有對(duì)柑橘?gòu)U棄物進(jìn)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(dá)到飽和吸附后，需要再生或更換，費(fèi)用較高、過程復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)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(chǎng)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(jìn)入填埋場(chǎng)地后

活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)模型

天然基團(tuán)以親水性官能團(tuán)為主，具有較強(qiáng)的親生物特征。3.4.2 柑橘皮活性炭的微觀結(jié)構(gòu)（TEM）本論文采用透射電鏡(TEM)對(duì)柑橘皮活性炭的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shí)也存在少量大孔。用作生物活性炭池系統(tǒng)的填料時(shí)，活性炭的發(fā)達(dá)孔隙有利于微生物附著和對(duì)有機(jī)物的吸附。圖3.4 柑橘皮活性炭的TEM照片F(xiàn)ig.3.4 TEM image of orange peel activated carbon相關(guān)博士學(xué)位論文 2011年 第10期 工程科技Ⅰ輯 B027-80-44

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)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(yàn)研究[J];中國(guó)給水排水;2012年21期

本文編號(hào)：2806697