生化法處理工業(yè)含酚廢水——新型反應(yīng)器、條件優(yōu)化、動力學(xué)模型和多組分同時分析方法.pdf

1、本工作使用生化法處理工業(yè)有機含酚廢水，該方法具有操作費用低廉、負(fù)荷大等特點，而且可以將有機污染物降解、礦化而轉(zhuǎn)化為二氧化碳，水及各種無機物形式，是一種綠色工藝。 工作中設(shè)計了一種新型復(fù)式循環(huán)生物反應(yīng)器，是一具有湍動程度高，傳質(zhì)效果好特征的三相流化床裝置。實驗中從取自天津市紀(jì)莊子污水處理廠的污泥中培養(yǎng)、分離、并馴化出兩株嗜酚菌。經(jīng)16SrDNA基因序列測量，確認(rèn)所分離出來的兩株嗜酚菌為Klebsiella oxytoca和Bra

2、chybacterium rhamnosum，而且本文所討論Brachybacterium sp.屬細菌降解苯酚研究屬于首例報道。利用得到的嗜酚菌在復(fù)式循環(huán)生物反應(yīng)器中處理難降解含高濃度苯酚和2，4-二氯苯酚工業(yè)廢水。降解實驗證實了，Klebsiella oxytoca和Brachybacterium rhamnosum菌降解苯酚速度高于在相同溫度及初始苯酚濃度下假單胞菌屬降解苯酚的反應(yīng)速度，文中討論了不同工藝條件下的有機污染物降解效果

3、及其影響因素。同時根據(jù)質(zhì)量、動量和熱量守恒原理及熱力學(xué)基本方程建立了復(fù)式循環(huán)生物反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型，并得到了其數(shù)值解。 文中討論了苯酚降解動力學(xué)行為，并且從統(tǒng)計熱力學(xué)和非平衡態(tài)熱力學(xué)出發(fā)，建立了一個新的具有普遍意義的適于復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)體系動力學(xué)模型。作為該方程應(yīng)用的一個例證，討論其在苯酚降解實驗中的應(yīng)用。結(jié)果顯示應(yīng)用所建立的動力學(xué)方程不僅僅能夠在苯酚低濃度和高濃度生物降解區(qū)域很好的描述反應(yīng)進程，而且在實驗溫度范圍25.0℃-32.

4、0℃內(nèi)利用Arrhenius方程，可以準(zhǔn)確的描述整體的苯酚降解動力學(xué)行為，其置信度為0.9996，屬于極高度顯著性。這點與現(xiàn)在通行的描述恒溫過程的適用于低濃度生物生長Monod模型與適用于高濃度抑制反應(yīng)的Haldane模型是完全不同的。模擬結(jié)果同時顯示出，即使在恒溫條件下對化學(xué)反應(yīng)進程的描述，本方程也遠遠好于Haldane方程對實驗進程的描述。 在研究工業(yè)廢水的苯酚及氯酚降解過程中，需要同時定量檢測苯酚及氯酚，而多組分同時分析

5、方法在化學(xué)計量學(xué)中正是現(xiàn)階段的研究熱點所在。文中提出了非線性吸光度的概念，修正了一直沿用的線性Beer定律。并且首先將非線性Kalman濾波應(yīng)用于計量學(xué)中。實驗中應(yīng)用非線性吸光度表示式同時測量了苯酚—鄰氯苯酚混合體系、苯酚-2,4-二氯苯酚混合體系、對氯苯酚—鄰氯苯酚混合體系以及鄰苯酚-2,4-二氯苯酚等四對雙組分混合體系。所得結(jié)果與同時分析中的經(jīng)典多元最小二乘法、基于線性吸光度的Kalman濾波方法、以及現(xiàn)在通行同時分析標(biāo)準(zhǔn)方法，偏最

6、小二乘法進行比較，回收實驗結(jié)果一致的表明，經(jīng)典最小二乘法的平均相對誤差最大，基于線性吸光度的Kalman濾波方法與偏最小二乘法的平均相對誤差接近，而所有基于非線性吸光度擴展Kalman濾波方法實驗的平均相對誤差均小于現(xiàn)在常規(guī)使用的上述三種同時分析方法。將同一個表示式，即非線性吸光度應(yīng)用于四種不同的混合體系的同時測量中，而且與其它三種常規(guī)分析方法比較都得到了最小的平均相對誤差，說明使用非線性吸光度描述混合體系的紫外-可見光吸收光譜是可靠的

7、，并且也是可以推廣的。工作中提出了三組分混合體系的非線性吸光度表示式，并根據(jù)該式同時測量了苯酚鄰氯苯酚與2，4-二氯苯酚三組分混合體系以及鄰氯苯酚、2,4-二氯苯酚與2,4,6-三氯苯酚三組分混合體系。對于有2,4,6-三氯苯酚存在的三組分混合體系，由于2,4,6-三氯苯酚的強極性作用導(dǎo)致吸收光譜的嚴(yán)重變形，至今未見一例有關(guān)三氯苯酚的同時分析報道，本文根據(jù)所建立的非線性吸光度關(guān)系式，成功的對鄰氯苯酚、2,4-二氯苯酚與2,4,6-三氯苯