论文部分内容阅读
光催化与生物降解直接耦合（ICPB）技术,借助于多孔载体,将难降解污染物的光催化产物由载体表面传质至内部并被生物进一步降解矿化。ICPB同步解决了单一光催化技术对有机物矿化不完全,以及单一生物降解技术的生物活性受污染物抑制的问题。尽管ICPB被广泛应用于酚类、染料与抗生素等废水的处理,但目前还鲜见构建ICPB反应动力学模型的研究。实际上,数学模型对理解反应机制,预测工艺参数及处理成本具有重要意义。本研究基于ICPB的特征与机制,以盐酸四环素（TCH）废水为处理对象,构建ICPB的动力学模型,并进行实验验证。本研究以水热法制备的Ag/TiO2作为光催化剂负载于聚氨酯海绵骨架,随后接种活性污泥使载体内部生长生物膜,构建了ICPB体系。研究结果表明,ICPB在8 h内对TCH的降解率达到93.6%,矿化率达到67.8%。降解过程中载体内部生物量稳定在1.49 mg/载体,生物活性ATP稳定在4.6×105 RLU。产物的毒理性分析显示ICPB体系的出水无生物毒性,而单一光催化体的出水生物毒性显著,对水蚤的抑制性比ICPB高73.4%。可见,ICPB体系能将TCH矿化完全并产生几乎没有毒性的小分子物质。以产物浓度为桥梁,将二级光催化动力学模型和Monod方程耦联。通过假设（1）所有的光催化产物均能被生物利用和（2）稳定状态时载体内部生物量为常数,简化TCH降解过程解析,并构建ICPB降解和矿化TCH的反应动力学模型。设计ICPB降解和矿化TCH的基础实验并获得模型参数。采用First Optimization软件获得模型拟合结果。结果表明,模型拟合与实验数据的相关性R2均在0.92以上。ICPB对TCH及COD降解速率常数比单一光催化相分别提高了10%与38%。然而,简单光催化反应动力学模型与Monod方程叠加不能准确预测TCH的降解与矿化。可见,论文所构建的数学模型能准确预测TCH降解与矿化,为ICPB的工艺放大与参数优化奠定了重要理论基础。