氯苯类污染物超临界水氧化反应动力学研究

利用石英微反应器,以H_2O_2为氧化剂,研究了氯苯类有机污染物(邻二氯苯和间氯甲苯)去除和CO_2生成反应的动力学.结果表明:超临界水氧化法可有效地去除废水中的含氯有机物,邻二氯苯和间氯甲苯的去除反应和CO_2生成反应均遵循一级反应动力学.在360~440℃范围内邻二氯苯去除反应和CO_2生成反应的活化能分别为96.3,172.4kJ/mol;在260~340℃范围内间氯甲苯去除反应的活化能为128.8kJ/mol,在360~460℃范围内CO_2生成的活化能为76.3kJ/mol.     

外源H2对沼气发酵体系的影响

以水稻秸秆为原料,在30 L搅拌发酵罐中55℃下进行厌氧发酵产沼气实验,探索外源H₂的连续导入对发酵过程的影响。结果表明：外源H₂的导入可以实现沼气的原位提纯,CH₄相对平均体积分数从69.6%可提高到94.4%（搅拌速度100 r·min^-1）,同时CO₂相对平均体积分数从30.4%降低至5.6%（搅拌速度100 r·min^-1）;对比无搅拌的小试装置,搅拌速度为50 r·min^-1时,搅拌可将外源H₂的利用率从91.0%提高到93.1%,转化率从85.0%提高到96.8%;外源氢的导入可明显促进丙酸、丁酸和异丁酸的降解,可有效地避免发酵过程中VFAs的累积问题,同时搅拌的加强对发酵体系乙酸分解产CH₄和沼液中CO₂的消耗也有明显的促进作用,最终使得沼液的pH略有上升;外源H₂的通入与搅拌改变了发酵系统内的微生物群落组成比例,但并未对系统内的产CH₄微生物群落结构产生明显的影响。     

外源H_2对沼气发酵体系的影响

以水稻秸秆为原料,在30L搅拌发酵罐中55℃下进行厌氧发酵产沼气实验,探索外源H_2的连续导入对发酵过程的影响。结果表明:外源H_2的导入可以实现沼气的原位提纯,CH4相对平均体积分数从69.6%可提高到94.4%(搅拌速度100 r·min~(-1)),同时CO_2相对平均体积分数从30.4%降低至5.6%(搅拌速度100 r·min~(-1));对比无搅拌的小试装置,搅拌速度为50 r·min~(-1)时,搅拌可将外源H_2的利用率从91.0%提高到93.1%,转化率从85.0%提高到96.8%;外源氢的导入可明显促进丙酸、丁酸和异丁酸的降解,可有效地避免发酵过程中VFAs的累积问题,同时搅拌的加强对发酵体系乙酸分解产CH_4和沼液中CO_2的消耗也有明显的促进作用,最终使得沼液的pH略有上升;外源H_2的通入与搅拌改变了发酵系统内的微生物群落组成比例,但并未对系统内的产CH_4微生物群落结构产生明显的影响。     

基于拉曼光谱的可视化石英微反应器中间氯甲苯超(亚)临界水氧化研究

借助可视化石英微反应器和拉曼光谱,探究了间氯甲苯的超临界水氧化过程,实现了对产物CO_2的原位测定。实验观测了间氯甲苯-H_2O/H_2O_2体系在加热冷却过程的相态变化,研究了氧化剂倍数、反应温度、反应时间对有机物去除率的影响,以及反应温度和反应时间对CO_2产率的影响。结果表明:(1)在升温(10℃?min~(-1))与降温(10℃?min~(-1))过程,间氯甲苯-H_2O/H_2O_2体系在加热和冷却过程均发生了明显相态变化,温度升至304.2℃时,油-水相界面消失,到400℃时,相界面消失形成均一相;经升温和降温后,间氯甲苯-H_2O_2体系有机物的体积较为明显减小;(2)随氧化剂(H_2O_2)倍数的增加,有机物去除率的提高呈先快后慢的趋势,适宜氧化剂倍数为1.50;温度越高、反应时间越长,有机物的去除率越高;当温度为340℃、反应时间为8 min时,间氯甲苯的去除率达到99.4%;(3)CO_2的产率随着温度的升高或反应时间的延长而增加,当温度为460℃,反应时间为8 min时,CO_2的产率达到100.0%;间氯甲苯在超临界水中的氧化过程为多步反应。     

沼气微氧发酵过程硫转化及微生物群落

以水稻秸秆与猪粪为原料,探究微氧发酵过程中S元素的转化与微生物群落特征以及通氧量的影响。结果表明,厌氧发酵过程中原料的S元素约有65.7%转化为H2S进入沼气,19.0%进入发酵后的沼液,15.3%残留在沼渣中。微氧条件下,沼液中S2-的浓度(100 mg/L)远低于厌氧条件的250 mg/L,约71.8%的S元素转化为H2S然后被氧化成为S单质和少量SO42-。H2S去除效率随通氧量的增大而增大,当通氧量为11.85 L/m3沼气时,约96%的H2S被氧化脱除。根据高通量测序结果,与厌氧发酵相比,在微氧条件下,沼液中微生物多样性仅有轻微变化,比较稳定;硫氧化菌明显增多,而产甲烷菌无明显变化。较高浓度硫氧化菌的存在,有利于沼气中H2S的及时转化,可减轻H2S对产甲烷菌活性的抑制,从而促进厌氧发酵的进行。     

超临界芬顿氧化法处理对氨基苯酚

以对氨基苯酚(PAP)为典型模拟有机污染物,在超临界芬顿氧化(SCFO)条件下,利用紫外-可见分光光度计、GC等方法考察了温度、过氧倍数、反应时间和芬顿条件等对PAP降解效率的影响,并与超临界水氧化技术进行了对比。实验结果表明,SCFO体系可有效降解废水中的PAP,较适宜的工艺条件为:420℃、过氧倍数2、pH=3.0、Fe~(2+)质量浓度0.3mg/L。PAP在SCFO体系中进行降解时,Fe~(2+)和H~+与H_2O_2在一定时间内构成芬顿环境,充分发挥超临界水氧化和芬顿氧化的协同作用,生成氧化能力极强的HO·,故能在较低的温度和较短的时间内快速氧化降解有机物。PAP在SCFO条件下的活化能为80.23 kJ/mol,指数前因子为6.63×10~3 s~(-1),对氧化剂和有机物的反应级数分别为0和1。