磁场流化床生物脱硫研究

论文摘要

微生物法脱硫技术具有工艺简单、成本低、能耗少,无需高温、高压、催化剂、无二次污染等优势,是治理含硫污染物的重要技术,具有重要的社会、环境和经济效益。根据硫酸盐还原菌（SRB）和无色硫细菌（CSB）的硫代谢特点,设计出硫酸盐废水及硫化物废水生物脱硫工艺,硫酸盐废水生物脱硫系统主要由固定化SRB生物膜磁场流化床（anMSFB）构成。硫化物废水生物脱硫系统主要是固定化CSB生物膜磁场流化床（aMSFB）。为了实现系统的高效脱硫运行,从以下方面展开了深入研究:（1）生物磁场稳态流化床反应器（MSFB）成功运行的关键之一是合成既适合于微生物固载又具有较强磁性的多孔载体,因此,磁性多孔珠的合成是系统运行的基础。以苯乙烯为单体,二乙烯基苯为交联剂,羧甲基纤维素与明胶作为分散剂,采用悬浮共聚法合成出磁性聚苯乙烯多孔珠（MPB）。扫描电镜分析表明所制MPB表面粗糙、孔洞密集、粒径均匀（460μm）、呈单分散性;MPB具有球形度高、吸水性强、密度小（1050 kg/m3）特点;压汞仪和孔径仪测定表明MPB具有大的比表面积（11400 m2/m3）和大的孔度（67.6%）,孔径分布较窄,而且平均孔径介于细菌大小范围内,表面和孔洞内结合酸酐基（酐基含量可达18 mmol/g）,因而具有良好的亲水性和生物相容性,微生物聚集量大,是很好的酶和微生物固定化载体;MPB具有较强的磁响应性（在有磁铁时,其沉降速率达2.9 cm/min）,因此,MPB适合用作MSFB的填充颗粒。（2）由于MSFB不仅可解决厌氧生物反应器的低反应效率,又可通过磁力稳定作用解决生物流化床反应器在高流速下生物颗粒的流失,因此,采用MSFB作为本系统的厌氧硫酸盐还原和好氧产硫生物反应器。考察了MSFB在不同磁场强度下的流化现象,研究了进液流速对空隙率和压力降的影响,确定了其最佳运行参数:电流强度为5A,最小流化速度55 mL/min。（3）生物脱硫系统运行工况的研究对其应用意义重大。驯化后的SRB和CSB菌群分别接入已填充有MPB的anMSFB和aMSFB中,采用载体浸泡挂膜法进行启动运行,然后通入模拟废水进入稳定负荷运行。通过显微、扫描电镜等方法研究了系统anMSFB和aMSFB反应器的生物膜组成及生物膜量;考察了pH、温度对SO42-和S2-去除率的影响;确定了anMSFB反应器中SO42-的降解动力学方程及aMSFB反应器中S2-的降解动力学方程;理论推导出在特定进液废水浓度和脱硫率下anMSFB反应器及aMSFB反应器中MPB颗粒的填充高度。以上研究为固定化生物膜磁场流化床反应系统应用于含硫废水处理奠定了坚实的基础。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1. 前言
• 1.1 含硫污染物的危害
• 1.2 脱硫技术简介
• 1.3 微生物脱硫研究状况
• 1.4 用于脱硫的微生物
• 1.5 生物膜研究进展
• 1.6 反应器简介
• 1.7 磁场流化床
• 1.7.1 磁性载体研究
• 1.7.2 磁性流化床研究进展
• 1.8 课题意义及研究内容
• 2. 材料和方法
• 2.1 材料和仪器设备
• 2.1.1 仪器和设备
• 2.1.2 材料和试剂
• 2.2 磁性多孔珠的制备
• 2.2.1 制备方法
• 2.2.2 性质表征
• 2.3 磁场流化床的稳态流化分析
• 2.3.1 实验设备和过程
• 2.3.2 磁稳流化区的确定
• 2.4 磁场流化床处理高硫酸盐废水
• 2.4.1 实验设备和工艺流程图
• 2.4.2 SRB的驯化
• 2.4.3 SRB的固定化
• 2.4.4 反应动力学
• 2.4.5 反应器的优化设计
• 2.5 磁场流化床处理硫化物废水
• 2.5.1 实验设备和工艺流程图
• 2.5.2 CSB的驯化
• 2.5.3 CSB的固定化
• 2.5.4 反应动力学
• 2.5.5 反应器的优化设计
• 2.6 分析测定
• 2.7 数据统计及分析
• 3. 结果和讨论
• 3.1 磁性多孔珠的性质表征
• 3.2 磁场流化床的稳态流化分析
• 3.2.1 不同磁场强度下的流化现象
• 3.2.2 磁场流化床的稳态化
• 3.2.3 磁场流化床的床层空隙率
• 3.2.4 磁场流化床的压力降
• 3.3 磁场生物流化床处理高硫酸盐废水
• 3.3.1 固定化生物膜量
• 3.3.2 反应动力学
• 3.3.3 反应器设计
• 3.4 磁场流化床处理硫化物废水试验
• 3.4.1 固定化生物膜量
• 3.4.2 反应动力学
• 3.4.3 反应器设计
• 结论
• 全文主要结论
• 本论文的特色和创新点
• 参考文献
• 符号与缩略语
• 致谢