有害芳香烃类物质在好氧生物反应器中的生物降解与挥发的动态建模.ppt

Dynamic modeling of biodegradation and volatilization of hazardous aromatic substances in aerobic bioreactor 有害芳香烃类物质在好氧生物反应器中的生物降解与挥发的动态建模 化研1215 王伟龙 日 期 主要内容 论文简介 材料和方法 模型描述 3 结果与讨论 结论 4 1 2 5 1 论文简介 好氧生物处理过程是目前可行的去除工业废水中有害有机物最好的技术之 一。但在挥发性有机化合物（苯，甲苯，乙苯，对二甲苯，富马酸二甲酯即 萘）存在的情况下，挥发对其从液相中去除做了很大的贡献（占很大比例） 。其中一个主要课题就是预测生物降解过程中挥发和生物降解之间的竞争， 它们都取决于目标分子。本研究的目的是开发一个综合的动力学模型，用以 评估分子在挥发性有机化合物移除的主要途径（生物降解和挥发）中，不同 操作条件、反应动力学参数和物理特性带来的影响。 2 材料和方法 实验装置是一个由玻璃材料制成的序批式反应器（SBR） ，规格为：145毫米×245毫米（内径×高度）圆柱型，提 供反应体积为2.5 L。反应器中的温度保持在20℃，pH值 维持在7±0.5。该反应器装有一个叶轮搅拌器（4刀片船 用螺旋桨，直径5厘米）。入口空气通过一个不锈钢细气 泡扩散器吹入到反应器中。固定空气流量为0.528Nm3 air d?1，以保持氧浓度达到2 mgO2/L。 2.1 实验装置 2 材料和方法 2.1 实验装置 运行107天 第一阶段 0-41天 第二阶段 41-67天 第三阶段 67-107天 不添加DCP，DMP B: 461, T: 473, E: 190, X: 190, NAP: 46 DMP: 59和 DCP: 349 B: 326, T: 335, E: 135, X: 190, NAP: 32, DMP: 128 and DCP: 101 B: 388, T: 394, E: 159, X: 159, NAP: 38, 6小时/周期 进水 10分钟 反应 305分钟 污水排放 15分钟 沉淀 30分钟 2 材料和方法 每天监测混合液COD，出口可溶性COD，混合液悬浮固体 （MLSS）和混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）。COD测量 方法符合AFNOR NFT90-101标准。 MLSS和MLVSS表征方法 分别符合AFNOR90-105和AFNOR90-029标准。 液相中芳香族化合物浓度的测量采用HS-GC-MS（顶空-气 相色谱-质谱）法。在GC-MS法中，使用氦气作为载气， 其在塔柱的流速为1.2 mL min?1。 2.2 分析技术 2 材料和方法 首先于反应器中描述挥发，在软化水体两种不同的 非生物条件下：第一次测试只搅拌（430转每分）， 第二个测试既曝气（QG = 0.528 Nm3 air d?1）又搅 拌（430转每分）。瞬时注射后，目标污染物的浓度 随着时间的推移进行了监测。采用气相色谱法测量苯 系和萘的浓度。 同样地，在有生物的条件下做挥发测试。 2.3 挥发的动力学实验 3 模型描述 传统的双膜理论假设质量传递的全部阻力来自（气体和 液体）穿过相邻气-液界面的两个薄膜时的阻力。如果化 合物挥发性十分强，如BTEX和NAP，界面传质的速率由液 相阻力控制的假设是可以被接受的（气相阻力可忽略不 计）。因此，溶质通过水表面的传输速率由下式给出： 3.1 气/液传质模型 气泡曝气模型的根据是质量平衡在上升气泡流气相中的 应用，这里假设空气流速是恒定的，液相混合良好。气 泡的气-液传质同样可以由液相传质阻力控制。然而， 使用标准几何形状的反应器和细气泡曝气，实验数据表 明，气泡上升到表面时它与液体的平衡几乎已经完成。 在这种假设下，传输速率与气体流率直接相关。这意味 着，液相中组分z的浓度Sz及其在上升气泡空气中的分 压Pz之间的关系为： 3 模型描述 3.1 气/液传质模型 Mz是摩尔质量。在这些条件下，传输速率与传 送到大气中的气体量相关： 3 模型描述 3.1 气/液传质模型 其中QG为气体流率，yz为芳族化合物的体积分 数，Vm是分子体积，V是液体体积。依据亨利 定律可由（3）和（4）导出: 3 模型描述 3.1 气/液传质模型 因此，在这项研究中，气泡曝气挥发是通过常量 kbub,z的一级反应动力学建模的。其中： 3 模型描述 3.1 气/液传质模型 整体挥发过程被视为表面挥发和泡沫转移的 总和，这都遵循一级反应动力学。因此， kvol,z是挥发过程的全局一阶常量：