超临界流体技术制备污水处理用多孔载体工艺研究

摘要

生物膜多孔载体性能的优劣是影响微生物在其内部附着生长进而影响污水处理效率的关键因素，因此，制备性能优良的多孔载体是目前亟待解决的关键问题。采用超临界 CO2诱导相分离-循环干燥工艺以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为模型材料，成功制备了 PMMA多孔载体，并以扫描电镜对载体的内部结构进行表征，考察了PMMA初始浓度、CO2压力、温度、保压时间 t1、干燥时间 t2、卸压时间 t3等操作条件对多孔载体内部结构的影响。本实验范围内得到的最优操作条件为PMMA初始溶液浓度20wt.％，CO2压力10MPa，CO2温度45℃，t190min，t290min，t390min。
　　此外，以醋酸纤维素(CA)为模型材料制备污水处理用醋酸纤维素多孔载体，采用失重法对制备的醋酸纤维素多孔载体进行孔隙率的测定，考察了聚合物溶液初始浓度，CO2压力和温度对多孔载体孔隙率的影响。所得本实验范围内最佳操作条件为CA初始浓度12wt.%，CO2温度50℃，CO2压力12MPa。基于以上制备的多孔载体，将其应用在氨氮废水介体加速实验中，旨在考察PMMA多孔载体和醋酸纤维素多孔载体对不同氧化还原介体的固定效果以及不同氧化还原介体对反硝化菌的促进加速效果，进而获得制备多孔载体的较优结构参数和操作参数。
　　结合分形理论在多孔介质研究中的应用，建立了仿蜂巢型多孔介质模型，并以Fluent流体软件对流体在其内部的流动特性进行了模拟。多孔介质内随初始流速的增大，流体剪切力增大，微生物在小孔内附着生长的几率降低；在相同初始流速条件下，随着多孔介质内部孔径的增大，适宜在多孔介质内微生物生长的区域减小，生物膜较难形成；多孔载体底层内的流速随载体厚度的增大而降低，则多孔载体底层的微生物因得不到营养物质而脱落死亡。本模拟范围内得到的最佳流体流动特性参数为初始流速为0.001m/s和模型结构参数孔径直径为20μm。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 污水处理用多孔载体材料

1.3 污水处理用多孔载体材料性能评价指标

1.4 污水处理用多孔载体研究现状

1.5 本课题的研究内容

1.6 本章小结

第2章 实验原理及实验设备

2.1 ScCO2诱导相分离-循环干燥技术实验原理及实验材料

2.2 ScCO2诱导相分离-循环干燥技术制备多孔载体实验设备

2.3 多孔载体制备实验过程

2.4 氨氮废水介体加速实验原理

2.5 氨氮废水介体加速实验设备

2.6 菌种和培养基的配制

2.7 氨氮废水介体加速实验过程

2.8 氨氮废水介体加速实验步骤

2.9 本章小结

第3章 PMMA多孔载体的制备及表征

3.1 引言

3.2 实验材料

3.3 PMMA多孔载体的制备

3.4 PMMA多孔载体表征

3.5 结果与讨论

3.6 结论

3.7 本章小结

第4章 醋酸纤维素多孔载体的制备及应用实验

4.1 醋酸纤维素多孔载体的制备

4.2 氨氮废水介体加速实验

4.3 本章小结

第5章 分形理论及多孔介质内流体流动数值模拟

5.1 分形几何理论

5.2 仿蜂巢型多孔介质内部流体流动数值模拟

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢