上流式生物膜反应器降解MTBE的研究

论文摘要

甲基叔丁基醚（MTBE）是一种广泛使用的无铅汽油添加剂，已成为地下水中常见的污染物，对地下水资源、饮用水安全和人体健康构成严重的威胁。因此，研究MTBE的污染修复技术显得十分重要和迫切。传统的吸附、吹脱、高级氧化等物化治理方法存在成本高、二次污染以及操作维护困难等缺点。生物法被认为是一种经济、有效、环境友好的MTBE降解技术，已成为近几年的研究热点。本研究采用两套上流式生物膜反应器（UFBR）对含MTBE的模拟废水进行好氧生物降解实验，考察了水力停留时间（HRT）、进水MTBE质量浓度和温度等条件对MTBE去除率的影响。结果表明：陶粒UFBR和活性炭UFBR分别经过114 d和66 d完成挂膜。HRT是决定MTBE去除率的重要因素，当进水MTBE质量浓度为25±1 mg／L时，随着HRT从5.8 h增至23.8 h，陶粒UFBR对MTBE的去除率从58.66％升至84.95％，活性炭UFBR从60.59％升至87.49％。进水中MTBE质量浓度的增加导致其去除率降低，当HRT为18.6 h时，随进水浓度从5 mg／L增至25 mg／L，陶粒UFBR对MTBE的去除率从93.22％下降至83.15％，活性炭UFBR对MTBE的去除率从94.87％下降至83.92％。在低温条件下，UFBR降解MTBE的性能受到较大的影响，波动的幅度较大。整个实验期间，MTBE挥发量约占总去除率的4％-10％，可见生物降解占主导作用。基于UFBR的推流式特征，在进行了大量实验研究和分析的基础上，经动力学分析和推导，确定反应器符合Eckenfelder动力学模型。综上所述，UFBR是修复受MTBE污染的地下水的有效方法。依据推导所得的反应器动力学模型，优化UFBR的结构和设计是进一步提高其运行性能的关键。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 课题背景与研究目的
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究内容和目的
• 1.3 课题的创新之处
• 1.4 课题来源
• 第二章 文献综述
• 2.1 MTBE的来源和毒性
• 2.1.1 MTBE的来源
• 2.1.2 MTBE的毒性
• 2.2 MTBE的物理化学性质
• 2.3 MTBE的污染治理技术
• 2.3.1 MTBE的物化处理方法
• 2.3.2 MTBE的生物降解技术
• 2.3.3 MTBE的植物修复技术
• 2.4 生物反应器的类型
• 2.4.1 悬浮生长生物反应器
• 2.4.2 固定膜生物反应器
• 第三章 实验装置与分析方法
• 3.1 实验流程和UFBR的设计
• 3.1.1 实验流程
• 3.1.2 UFBR的设计
• 3.2 实验仪器与试剂
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验试剂
• 3.3 分析方法
• 第四章 PM1菌的摇瓶实验及富集培养
• 4.1 PM1菌的研究进展
• 4.2 PM1菌降解MTBE的最佳条件
• 4.2.1 pH值
• 4.2.2 溶解氧DO
• 4.3 共存污染物对PM1菌降解MTBE的影响
• 4.3.1 TBA对PM1菌降解MTBE的影响
• 4.3.2 BTEX对PM1菌降解MTBE的影响
• 4.4 PM1菌的富集培养
• 4.5 小结
• 第五章 UFBR启动与挂膜
• 5.1 生物膜的形成机理
• 5.2 填料参数测定
• 5.2.1 陶粒
• 5.2.2 颗粒状活性炭
• 5.3 陶粒UFBR的挂膜
• 5.3.1 挂膜装置
• 5.3.2 挂膜过程中MTBE的去除率
• 5.3.3 MTBE去除率的分析
• 5.3.4 陶粒表面生物膜MTBE降解分析
• 5.3.5 挂膜前后陶粒表面的照片
• 5.4 活性炭UFBR的挂膜
• 5.4.1 挂膜装置
• 5.4.2 活性炭的吸附性考察
• 5.4.3 挂膜过程中MTBE的去除率
• 5.4.4 MTBE去除率的分析
• 5.4.5 活性炭表面生物膜MTBE降解分析
• 5.4.6 挂膜前后活性炭表面的照片
• 5.5 小结
• 第六章 反应器中MTBE生物降解的实验研究
• 6.1 陶粒UFBR降解MTBE的研究
• 6.1.1 HRT对MTBE去除率的影响
• 6.1.2 进水中MTBE质量浓度对去除率的影响
• 6.1.3 低温条件下陶粒UFBR的性能
• 6.2 活性炭UFBR降解MTBE的研究
• 6.2.1 HRT对MTBE去除率的影响
• 6.2.2 进水中MTBE质量浓度对去除率的影响
• 6.2.3 低温条件下活性炭UFBR的性能
• 6.3 小结
• 第七章 UFBR动力学模型的确定
• 7.1 反应器的动力学模型简介
• 7.2 模型推导及结果
• 7.3 小结
• 第八章 结论和建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录