基于生物增强工艺的新型活性炭净水特性与评价指标研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a226959
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
水源污染的日益严重及水质标准的不断提高为保障供水安全提出了挑战。生物增强活性炭深度处理工艺(Bio-Enhanced Activated Carbon Process,BEAC)因其高效性和稳定性而得到广泛应用。适用于BEAC工艺的活性炭应兼顾吸附性能和功能菌固定能力,这就要求活性炭具有更加合理的孔结构分布。但目前我国净水厂常用的活性炭以微孔型吸附炭为主,以微孔型炭构建的BEAC工艺仍存在着一些问题。微孔型炭对天然有机物的吸附效能和功能菌固定化能力有限,使得BEAC工艺的净水效能和活性炭的适用寿命得不到有效的提高。因此,开展适用于BEAC工艺的新型高效活性炭的研究对于保障供水安全具有重要的理论意义与工程应用价值。本文针对经活化前氧化与深度活化进行孔结构调整的煤质活性炭,探讨了孔结构调控对活性炭表面物化特性,吸附性能指标和功能菌固定能力的影响;优选出基于生物增强新型高效活性炭(XHIT型炭)。研究结果表明,与净水厂常用的破碎活性炭(PS)和柱状活性炭(ZJ15)相比,经孔结构调控后的XHIT型炭具有同步发达的中孔(0.7041 cm3/g)和大孔容积(0.153 cm3/g),微孔容积也达到了(0.2616 cm3/g)。孔径分布在20.4~208.2?范围内中孔(孔容积为0.6848 cm3/g)的增加提高了XHIT型炭的吸附效能,其碘吸附值(VIN)、亚甲蓝吸附值(VMB)和腐殖酸吸附值(VHA)分别达到1100 mg/g、251 mg/g和1.033mg/g。与常用活性炭PS和ZJ15相比,XHIT型炭表面的菌量经24 h循环固定后分别提高了45.84%和21.40%。通过小试试验与快速吸附试验(RSSCT)相结合的方式,以净水厂常用的PS型和ZJ15型活性炭为参照,对比研究了XHIT型炭净化松花江水源水的特性;从微孔污染物总量控制的角度,明确了生物增强活性炭生物降解与吸附发挥协同作用的量化关系。研究结果表明,采用XHIT型炭所构建的普通生物活性炭工艺(Biological Activated Carbon-BAC,标记为C-XHIT体系)及BEAC工艺(标记为B-XHIT体系)对富里酸类、腐殖酸类、芳香类、烷类、苯类及萘类等有机污染物的去除效能均优于PS型和ZJ15型活性炭。生物降解及吸附协同效能量化研究表明:XHIT型炭的通水倍数(KBV)由39.50增加至96.06m3·水/kg·炭时,B-XHIT体系内由生物降解作用贡献的CODMn累积去除量(比率)由31674.72 mg·CODMn/kg·炭(33.40%)增加至61364.53 mg·CODMn/kg·炭(47.53%)。对活性炭表面生物量及菌群结构的分析表明,XHIT型炭的表面微环境及孔结构分布特性较净水厂常用活性炭(PS和ZJ15)更加适宜优势功能菌及水源水中菌群的表面固定化及增殖。通过小试试验体系的快速穿透试验,基于CODMn穿透点和吸附性能指标的变化特性研究了XHIT型炭的使用寿命;探讨了评价炭寿命及净水效能的代表性指标。研究结果表明,小试试验体系的进水CODMn均值为3.28±0.47 mg/L时,XHIT型炭所构建的小试试验体系第二次达到CODMn穿透点(CODMn达到3.0mg/L)时,C-XHIT和B-XHIT体系累积可处理水量(2st-KBVC-3.0和2st-KBVB-3.0)分别达到75.20和96.06 m3·水/kg·炭;以CODMn表征的有机物污染物累积去除量(2st-QCC-3.0和2st-QCB-3.0)分别达到103875.2和129089.85 mg·CODMn/kg·炭。相关性分析表明,各试验体系的CODMn半数穿透点(KBVC/B-1.5)与2st-KBVC/B-3.0及2st-QCC/B-3.0之间具有良好的非线性相关性,证实了以KBVC/B-1.5作为评价不同类型活性炭使用寿命的代表性指标的合理性。研究同时证实了单纯基于性能指标国标限制值评价活性炭寿命的不足,并对主要吸附性能指标的限制值进行了修正。在对XHIT型炭特性表征、净水效能、吸附与生物降解协同效能及使用寿命分析成果的基础上,构建了基于生物增强工艺的XHIT型活性炭的综合加权评价指标体系。研究结果表明,通过对活性炭基础指标体系的完善及理想模式炭(MST)和性能指标权重(Wi)的引入,以体现不同类型活性炭孔结构分布特征及吸附性能的12项主要指标进行加权综合量化评分(CQI评分),可以明确活性炭对功能菌的固定能力和对CODMn的累积去除能力。对XHIT型炭的净水经济性指标的对比核算结果表明,XHIT型炭在吨水处理成本有所降低的同时,可提高对CODMn表征的有机物污染物的累积去除量;XHIT型炭在BAC及BEAC工艺条件下的净水性价比优于净水厂常用活性炭PS和ZJ15。综上,通过本文系统的研究了孔结构分布特性对其吸附效能及功能菌固定能力的影响;活性炭表面生物降解与吸附作用协同效能的量化关系;基于净水效能和吸附性能指标变化特性相结合的活性炭寿命评价方法;生物增强的活性炭加权综合评价指标体系。所获得的研究成果可为保障BEAC工艺的长期稳定运行提供理论依据,同时将对我国供水行业活性炭新材料的广泛应用提供理论和技术支持。
其他文献
Sporns P B对187例颈动脉或大脑中动脉闭塞的患者进行了血栓切除术,与非心源性血栓相比,心源性血栓的特点为纤维蛋白/血小板比例更高,红细胞更少,白细胞更多。在所有缺血性卒
文章讨论了区块链技术及其特性在保险行业的适用性、适用场景和案例,以及实践应用中面临的问题和误区,并给出了发展建议。区块链技术适用于保险业务是由其特性所决定的,区块
当前,由于软件设计开发工作复杂度不断提升,以及开发人员缺少安全设计、安全编码、开发安全的意识和安全编码能力等原因,软件漏洞数量不断增加,漏洞的严重程度不断加深,给软
带约束拉杆钢管混凝土柱是一种新型结构构件。通过沿柱纵横向每隔一定间距设置能约束钢管外凸变形的约束拉杆,为钢管提供侧向支撑,延缓和避免钢管的局部屈曲;同时限制钢管的
目的:探讨综合干预模式在重症医学科医院感染预防控制中的应用效果。方法:对某三级医院重症医学科护理工作中医院感染预防控制实施综合干预模式,观察逐年预防控制重症医学科医院
为提高双压轮仿形全自动旋压机床竞争力,采用三角形隶属函数构造模糊一致性判断矩阵和采用层次分析法计算指标权重,提出了双压轮仿形全自动旋压机床满意度模糊层次分析评价模
<正>维吾尔医学作为祖国医药学的重要组成部分,具有浓郁的西域文化和民族医学特色,在中国乃至世界范围内具有不可替代性,是新疆维吾尔自治区医疗卫生事业中独具特色和优势的
文章以Boussinesq公式为依据,获得了均布荷载作用于矩形面积上时计算地基内侧向压力的方法。文章的结果可用以计算作用于刚性墙上的侧向压力。文章还探讨了计算地基内剪应力影响值的方法
Soft clays,which have been commonly encountered in real construction projects,are widely distributed in the deltas of major rivers and coastal area of the south
简要介绍了在Visual Basic中利用WinSock控件,通过TCP协议与远程计算机建立连接的使用方法。阐述了设计步骤,以及在VB中具体实现的过程,并给出了详细的代码。