玉米秸秆活性炭制备及其在垃圾渗滤液处理中的应用研究

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垃圾渗滤液具有较高的氨氮以及COD,水质复杂且水量变化幅度较高,所以降低其中的高氨氮以及COD是重要的处理目标。而吸附法是较为常用的物理方法,选择高效率且经济的活性炭吸附剂,是吸附法处理废水的关键。故本试验采用自制的玉米秸秆活性炭作为吸附剂,并将其进行酸改性(HCl),对活性炭进行化学改性以提高其吸附性能以探究其通过吸附去除氨氮及COD的效果。本试验首先通过以玉米秸秆活性炭为原料制备活性炭吸附剂,并通过化学及物理表征测定其吸附性能,并将数据进行等温吸附曲线分析以及动力学分析。随后再将其投入SBR装置中,以建立BAC填料装置,并将其脱氮效率与SBR装置加以比较,并研究了BAC反应器最佳的工作方式;BAC装置的脱氮途径;通过观测两个装置的EPS变化进而确定活性炭对减轻膜污染的贡献,最终通过探析不同条件因素对BAC装置脱氮效率的影响,确定BAC装置脱氮的最佳环境条件。主要研究主要成果如下:本试验自制的活性炭经过Langmuir等温吸附模型拟合后的线性相关系数R~2=0.86大于Freundlich模型的R~2=0.998。即自制的活性炭的吸附机理与Freundlich等温吸附模型最接近,即该自制的玉米秸秆活性炭表面是呈现不均匀分布,且点位吸附势也各不同。通过Lagergren准一二级动力学发现Lagergren准二级动力学模型可以最准确的描述玉米秸秆活性炭吸附氨氮的动力学过程,即:活性炭的单位面积的吸附点位的吸附势来决定的,并且此吸附过程主要以化学吸附为主。BAC反应器中的氨氮比氧化速率与亚硝酸盐氮比氧化速率均高于SBR中的两者的速率,但SBR装置中生成的NO2-N明显高于BAC装置,即BAC装置中生成的大量NO2-N通过高效的反硝化反应后得到了去除,即BAC装置的反硝化脱氮性能要明显优于SBR装置。同时,B反应器由于加入了活性炭,相比于A反应器对于水中的EPS有较好的去除效果,可以抑制EPS的分泌并对其进行吸附,在实际水处理中可以有效降低膜污染作用。BAC装置中增大活性炭的投加量促进了反硝化反应发生但却对硝化脱氮过程形成抑制。BAC反应器的脱氮效果受到碳源的可生物降解程度的影响较大。选择乙酸钠作为BAC装置中的外加碳源可以取得最佳的脱氮效果,TN平均去除率达到了61.75%;选择葡萄糖脱氮效果最低,TN平均去除率为50.7%。即选择乙酸钠充当外加碳源可以获得最佳脱氮效果。温度对BAC装置进行同步硝化反硝化反应脱氮效果有较大影响,温度过高或者过低均不利于BAC装置进行同步硝化反硝化反应。在本试验中,选择温度为30℃后的装置的脱氮效率要高于15℃及45℃,达到了最佳的同步硝化反硝化的脱氮效果。综上,自制的玉米秸秆活性炭有对于氮素有良好的吸附去除效果,且BAC填料反应器具有相对于SBR反应器更高的脱单效率。
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