论文题目: 流化床反应器微生物固定化载体多孔膜微囊制备与性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化工过程机械
作者: 王广金
导师: 陈文梅
关键词: 微生物固定化,多孔膜微囊,载体,生物球,界面聚合,界面沉淀聚合,相转化,聚醚砜,流化床反应器,传质模型
文献来源: 四川大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着现代工业的飞速发展,环境问题已引起了人类社会的广泛关注。废水生物处理技术是去除废水中有机污染物最经济最有效的方法。在废水生物处理技术中,固定化微生物载体的使用是提高生物处理效果的重要途径之一。现有的微生物固定化载体形式均存在一定的缺点,针对该问题,本文提出了一种微生物固定化新体系—多孔膜微囊载体系统。论文首先尝试了采用界面沉淀聚合法和界面聚合法分别制备得到聚酯和聚酰胺多孔膜微囊载体,然后,在国内外首次采用相转化法制备聚醚砜多孔膜微囊载体,系统地研究了具有指状通孔结构的微囊载体的制备原理、方法及条件,研究了成膜材料、添加剂和制膜条件对多孔膜微囊载体结构的影响,探明了多孔膜微囊载体的微生物固定化性能及微生物细胞在微囊内外的生长与代谢规律,定量描述了流化床反应器中基质在固定化微生物多孔膜微囊载体中的传质特性,建立了依靠进料基质浓度和进料体积流量对出水基质浓度进行预测的数学模型,取得了创新性研究成果。 采用界面沉淀聚合法制备得到的聚酯多孔膜微囊载体的SEM图象表明,载体呈囊状球体,内外表面较致密,内外表面间的断面上有大空穴存在;但由于制备装置和操作限制,制备的载体多偏心,断面结构不均一。将该载体应用在静态实验中固定化微生物处理人工合成废水,从产气情况看,并未表现出好于基质型多孔载体的产气性能,原因是载体的致密表面影响基质传递,同时载体密度小,多悬浮在人工合成废水和接种污泥上部,微生物固定化效果不佳。采
论文目录:
1 总论
1.1 废水生物处理技术及其发展
1.1.1 废水生物处理基本理论
1.1.1.1 废水生物处理分类
1.1.1.2 有机污染物去除机理
1.1.2 废水生物处理的典型工艺
1.1.2.1 活性污泥法
1.1.2.2 生物膜法
1.1.3 废水生物处理的新发展
1.1.3.1 废水生物处理新工艺新反应器的出现
1.1.3.2 生化物化组合处理工艺的研究和应用
1.1.3.3 固定化微生物技术在废水处理技术中的广泛应用
1.1.3.4 功能化微生物的开发和应用
1.1.3.5 现代科学技术在废水处理技术中的广泛应用
1.2 微生物固定化废水处理技术及其发展
1.2.1 微生物固定化技术的分类、载体选择及其主要特征
1.2.1.1 吸附法
1.2.1.2 包埋法
1.2.1.3 包络法
1.2.1.4 共价结合法
1.2.1.5 交联法
1.2.1.6 聚集-交联法
1.2.1.7 无载体固定化方法
1.2.2 影响微生物固定化的重要因素
1.2.2.1 微生物的性质
1.2.2.2 载体性质
1.2.2.3 环境特征
1.2.3 微生物固定化技术在废水处理中的应用
1.2.3.1 难降解有机废水的处理
1.2.3.2 含重金属离子的处理
1.2.3.3 高浓度有机废水的处理
1.2.3.4 其他领域的应用
1.2.4 废水处理微生物固定化技术的发展趋势
1.2.4.1 微生物固定化技术作用机理的深入研究
1.2.4.2 混合固定化技术的进一步研究和开发
1.2.4.3 开发廉价高效的固定微生物载体
1.2.4.4 提高载体的重复使用率，延长使用寿命
1.2.4.5 适合特定处理的微生物种群的选择
1.2.4.6 开发新型高效的固定化微生物反应器
1.3 本文研究的目的、技术路线与主要内容
1.3.1 研究目的、意义
1.3.2 研究目标
1.3.3 主要研究内容
1.3.4 本论文研究内容结构框图
2 界面沉淀聚合法制备聚酯多孔膜微囊载体
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 原料、试剂和仪器
2.2.2 微囊载体制备工艺
2.2.3 共聚物P(HEMA-MMA)的制备
2.2.3.1 试剂的纯化
2.2.3.2 制备工艺
2.2.4 应用多孔膜微囊载体的人工合成废水厌氧静态实验
2.2.5 分析测试方法
2.3 结果与讨论
2.3.1 界面聚合法的实验参数与载体形貌参数
2.3.2 多孔膜微囊载体结构形貌
2.3.3 静态实验结果与讨论
2.4 本章小结
3 界面聚合法制备聚酰胺多孔膜微囊载体
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验试剂及装置
3.2.2 制备工艺
3.2.3 应用多孔膜微囊载体的人工合成废水厌氧静态实验
3.2.4 多孔膜微囊载体结构形貌分析
3.2.4.1 载体微观形貌分析
3.2.4.2 载体固定微生物微观形貌分析
3.2.4.3 其他
3.3 结果与讨论
3.3.1 多孔膜微囊载体结构形貌
3.3.2 静态实验结果与讨论
3.4 本章小结
4 相转化法制备聚醚砜多孔膜微囊载体
4.1 引言
4.2 相转化法制膜基本原理
4.2.1 相转化法制膜的形成机理
4.2.2 制膜工艺条件
4.3 实验部分
4.3.1 实验试剂及仪器
4.3.2 相转化法制备聚醚砜微囊工艺
4.3.2.1 聚合物的选择
4.3.2.2 溶剂/非溶剂体系的选择
4.3.2.3 添加剂的选择
4.3.2.4 聚醚砜微囊制备工艺
4.3.3 聚醚砜微囊表面致孔工艺
4.3.3.1 致孔添加剂表面制孔工艺
4.3.3.2 凝固浴表面制孔工艺
4.3.3.3 表面腐蚀制孔工艺
4.3.4 载体密度调节物质的选择
4.3.5 载体直径调节工艺
4.3.6 载体稳定性的表征
4.3.6.1 载体的热力学稳定性
4.3.6.2 载体的化学稳定性
4.3.7 载体结构形貌和结构参数表征
4.3.7.1 载体微观形貌分析
4.3.7.2 抗压强度表征
4.4 结果与讨论
4.4.1 聚醚砜微囊结构形貌
4.4.2 聚醚砜微囊表面致孔制备多孔膜微囊载体
4.4.2.1 致孔添加剂表面制孔
4.4.2.2 凝固浴表面制孔
4.4.2.3 表面腐蚀制孔
4.4.3 载体密度的调节
4.4.4 多孔膜微囊制备工艺参数对载体结构的影响
4.4.4.1 制膜材料PES含量变化的影响
4.4.4.2 添加剂种类、用量的影响
4.4.4.3 凝固水浴温度变化的影响
4.4.4.4 腐蚀时间变化的影响
4.4.4.5 不同直径载体的结构
4.4.5 载体的热力学稳定性
4.4.6 载体的化学稳定性
4.5 本章小结
5 聚醚砜多孔膜微囊载体微生物固定化性能实验
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 废水组成、接种污泥及载体
5.2.2 实验工艺流程及反应器
5.2.2.1 好氧静态实验
5.2.2.2 厌氧静态实验
5.2.2.3 单一厌氧流化床反应器
5.2.2.4 一体式流化床反应器
5.2.3 分析测试项目及方法
5.2.3.1 载体固定微生物微观形貌分析
5.2.3.2 污泥和废水指标测定
5.3 结果与讨论
5.3.1 好氧环境下多孔膜微囊载体固定微生物的静态实验效果
5.3.2 厌氧环境下多孔膜微囊载体固定微生物的静态实验效果
5.3.3 一体式流化床反应器好氧段初试结果
5.3.4 单一厌氧流化床反应器中的处理性能
5.3.4.1 单一厌氧流化床反应器系统启动
5.3.4.2 单一厌氧流化床反应器系统的连续运行结果
5.3.4.3 各操作因素对系统运行处理效果的影响
5.4 本章小结
6 聚醚砜多孔膜微囊载体生物颗粒特性及基质传质动力学
6.1 引言
6.2 聚醚砜多孔膜微囊载体形成生物颗粒的原理
6.3 单一厌氧流化床反应器反应动力学数学模型的建立
6.3.1 多孔膜微囊载体生物颗粒基质浓度分布模型
6.3.2 基质在生物球液膜层的传质
6.3.3 生物球表面基质的扩散通量
6.3.4 反应器基质平衡模型
6.4 基质传质动力学数学模型实验验证
6.4.1 参数的确定
6.4.1.1 反应速率常数 K的确定
6.4.1.2 生物膜密度ρ_f的确定
6.4.1.3 生物颗粒内有效扩散系数D的确定
6.4.1.4 生物颗粒表面积确定
6.4.2 模型验证
6.5 本章小结
7 主要结论和创新点
符号说明
参考文献
作者在读期间科研成果简介
声明
致谢
发布时间: 2005-10-08
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