Toluene removal biofilter modeling: Optimization and case study

Based on the model proposed by De Visscher and Van Cleemput for methane oxidation in landfill cover soils, a simulation model for biofiltration of toluene-contaminated air has been developed for biofilters with substrate inhibition. A convenient way to optimize biofilter performance was developed assuming Haldane kinetics. It was calculated that for a typical oilsands operation emitting 200 ton of toluene annually, 90% of the toluene can be removed by a 740 m³ biofilter, if the waste gas sent to the biofilter has a toluene concentration of 2.25 g m⁻³. The optimal initial concentration increases with increasing target efficiency.     

N_2/CO_2/H_2O抑制甲烷爆炸化学动力学机理分析

应用敏感性分析方法对N2,CO2和H2O抑制甲烷爆炸的化学动力学机理进行了理论分析,结果表明:在N2,CO2和H2O的抑制作用下,在甲烷氧化链式反应进程中起关键"桥梁"作用的自由基——CH3和HCO的生成受到强烈抑制,从而使得甲烷氧化链式反应进程受到影响和破坏;CO2和H2O除了具有N2所具有的抑燃、抑爆特性外,还会参与甲烷氧化链式反应,并对CH4氧化放热产生阻碍作用。     

流动搅动法研究针铁矿对亚砷酸盐的吸附特征

采用流动搅动法,在溶液p H、浓度和温度影响条件下,研究针铁矿对亚砷酸盐吸附的特征.结果表明,在不同条件下,亚砷酸盐的吸附过程分为快反应和慢反应这2个阶段.随溶液p H的升高,砷的吸附量逐渐降低,表观吸附速率常数(k')逐渐增大,半反应时间(t1/2)也就越小,砷的吸附反应达到平衡时间就越短,且砷的扩散速率常数b值也逐渐降低.溶液p H 3.0和p H7.0时,砷最大吸附量分别为246.9 mg·kg~(-1)和99.8 mg·kg~(-1).随着砷浓度的升高,针铁矿对砷的吸附量增加,表观吸附速率常数(k')逐渐增大;砷浓度为0.10 mg·L~(-1)和1.00 mg·L~(-1)时,砷的最大吸附量分别为96.5 mg·kg~(-1)和249.1 mg·kg~(-1).Freundlich方程中吸附常数Kf值随着时间的延长逐渐降低,其吸附能力是逐渐减弱的.Langmuir方程分配因子RL在0~1之间,表现为针铁矿上砷的吸附为优惠吸附.随着温度的升高,针铁矿对砷的吸附量增加,表观吸附速率常数k'值也逐渐升高.温度为298K和313 K时,砷最大吸附量分别为241.1 mg·kg~(-1)和315.6 mg·kg~(-1).用抛物线扩散方程b值来计算扩散过程的伪热力学常数,砷吸附反应的活化能(E*a)为14.60 k J·mol~(-1).砷扩散活化焓变(ΔHθ)随着温度的升高有所降低,ΔHθ均为正值,扩散过程为吸热反应,升高温度有利于砷的吸附;活化自由能变(ΔGθ)随着温度的上升而升高,升高温度有利于加快扩散过程;ΔSθ值均为负,说明吸附反应使体系有序度增加.     

超声辅助生物淋滤废旧Zn-C电池锌锰溶出的研究

以氧化硫硫杆菌(A.thiooxidans)为淋滤菌株对废旧Zn-C电池电极材料中的Zn、Mn进行了生物浸提,比较研究了化学浸提、生物淋滤和不同超声辅助方法生物淋滤体系下的Zn、Mn的溶出效率及溶出动力学.结果表明:不同超声辅助方法中,超声+生物淋滤体系Zn、Mn溶出最优,Zn、Mn的最大溶出率分别为94.2%和65.5%,并提高了溶释速率.此外,对于Mn的溶出,化学淋滤体系符合边界层扩散控制模型,生物淋滤和超声+生物淋滤体系符合收缩核Stoke's regime模型,而Zn的溶出均符合化学反应控制模型.     

对羟基联苯在黄河兰州段底泥上的吸附行为

为研究典型有机污染物在黄河兰州段的吸附规律及影响因素,以黄河兰州段的底泥为供试样品,选择对羟基联苯(phydroxy biphenyl,PHB)为代表性有机污染物,采用批量实验法研究了底泥对PHB的吸附动力学和热力学特征及其影响因素.结果表明,黄河兰州段底泥对PHB吸附动力学的最优模型为准二级动力学模型,吸附热力学过程更符合单分子层吸附的Langmuir等温吸附模型(R20.974),在25~45℃温度范围内,PHB在黄河兰州段底泥上的吸附平均自由能(E)在0.913~1.00 k J·mol~(-1)之间,吸附过程中,ΔGθ和ΔHθ均小于0,ΔSθ均大于0,表明黄河兰州段底泥对PHB的吸附过程主要是物理吸附,属于自发放热过程且体系的混乱度是增加的.分析黄河兰州段底泥对PHB吸附影响因素的结果表明,粒径越小,黄河底泥对PHB的吸附量越大;PHB的初始质量浓度越高,黄河底泥对PHB的吸附量越大;当p H在4.23~7.00之间时,吸附量随pH升高而缓慢下降,当pH7.00时,吸附量随pH升高急剧下降,且在pH=10.3附近,吸附量几乎为零;体系中离子强度增大,PHB吸附量增大,但当离子强度到一定值时,由于竞争吸附作用,会抑制底泥对PHB的吸附,造成吸附量的下降.     

给水厂铝污泥特性分析及吸附氮磷性能试验

对典型给水厂铝污泥的元素组成及含量、比表面积和孔径结构、结构基团等特性进行了系统分析。利用静态试验对其吸附水溶液中氨氮和磷酸盐的性能进行考察,确定了其吸附等温线、吸附速率模型及参数。分析表明:铝污泥中铝、铁、硅等元素含量较多,污泥本身以无定形的非晶体物质为主,具有较大的比表面积和发达的孔隙结构,孔径处于介孔范围,红外光谱分析表明铝污泥中含有大量的铝羟基络合物(Al—OH)和Si—O—Si键。铝污泥对磷和氨氮的吸附等温线可分别用Langmuir和Freundlich等温式描述,吸附动力学符合拟二级动力学模型,铝污泥对氨氮的吸附存在快速吸附后并解吸至稳定的现象。     

稻壳沸石的合成及其对磷酸盐的吸附/脱附动力学

以稻壳为原料采用煅烧-水热合成法制备了合成沸石,运用XRD和SEM表征了合成沸石的特性,通过静态实验,研究了合成沸石对磷酸盐的吸附和脱附机理。结果表明:12 h后产物发现了Na P沸石的特征峰和亚晶结构,延长水热合成晶化的时间有利于沸石晶核的形成。沸石对磷酸盐的吸附机理符合伪二级模型,实测值与伪二级吸附动力学模型的拟合值相差在1.1%以内。颗粒内扩散速率是由膜扩散和内扩散共同控制,颗粒内扩散速率常数kp随初始浓度的增加而减小。升温有利于磷酸盐的脱附,MNa OH/P>8.0时(MNa OH/P为Na OH物质的量与吸附的磷酸盐物质的量之比),磷酸盐的脱附率可达82.9%。伪二级脱附动力学模型的拟合结果优于伪一级,拟合值与实测值相差在1.7%以内。     

氨氧化菌混培物在O2/微量NO2下的氨氧化动力学

运用序批式试验,在无分子氧条件下,确定了好氧氨氧化菌的NO₂型氨氧化动力学方程,得到了最大氨氧化速率［q_NO2,max=0.144　mg·(mg·h)^-1］、二氧化氮半饱和常数(k_NO2=0.821 μmol·L^-1）和二氧化氮抑制性常数（k_i=1.721 μmol·L^-1）.在微量NO₂气体中添加2% O₂氧气后,氨氧化速率明显提高,最大氨氧化速率发生在体积分数2% O₂和50×10^-6 NO₂的条件下,达到0.198 　mg·(mg·h)^-1.在21%　O₂和微量NO₂条件下,氨氧化速率继续大幅度提高;在21%　O₂和100×10^-6　NO₂时氨氧化速率达到0.477 　mg·(mg·h)^-1,比无NO₂空气曝气条件下氨氧化速率高3倍.提出了NO₂表观强化氨氧化函数的概念,建立了在O₂和微量NO₂混合气体下的氨氧化动力学方程,利用2%　O₂和微量NO₂条件下的实验结果验证了动力学方程,讨论了NO₂强化氨氧化的机理.     

活性黑KN-B染料的生物降解研究

通过试验考察了厌氧条件下活性黑KN-B的生物降解历程,同时对染料的降解动力学及降解机理进行了初步探讨与分析。结果表明:厌氧颗粒污泥可以单独降解活性黑KN-B(以活性黑为单一碳源时,活性黑KN-B的24降解率为43.1%),也可以在以葡萄糖为共基质条件下降解活性黑KN-B;以活性黑KN-B为单一碳源时其降解过程符合一级反应动力学方程,而以葡萄糖为共基质时其降解过程符合二级反应动力学方程;对降解前和降解24h后的降解液采用UV一可见、红外光谱分析,用UV-可见光谱发现活性黑KN-B在可见光区600nm处的吸收峰已消失,并且紫外区309nm处的吸收峰减弱,但255nm处的吸收峰增强,说明活性黑KN-B染料中的偶氮键断裂后生成芳香胺类化合物,这些中间产物可进一步降解。用红外光谱分析,结果与UV-可见光谱分析一致。