柑橘皮生物活性炭研制及滲濾液后續(xù)處理技術(shù)研究.pdf

1、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，容易形

2、成生物活性炭。基于此，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，

3、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

4、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(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

5、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

6、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

7、熒光強(qiáng)度下降率達(dá)到80.0％～88.0％，高激發(fā)波長類色氨酸熒光強(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M＞100k Da的有機(jī)

8、物從原污水中的25％下降至約12％，分子量M＜1k 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)。
　　

9、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/gCarbon，明顯高于商品活性炭的366.4 nmolP/gCarbon，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(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)