厌氧颗粒污泥与生物气气泡的动态作用力
发布时间：2021-07-06 08:19
厌氧消化技术是一种可持续的有机废水处理技术,它在降解有机污染物的同时,还可以产生CH4等清洁能源,在近几十年得到了广泛应用。其中升流式厌氧污泥床反应器（UASB）作为目前研究最多、应用最为广泛的高速厌氧反应器,具有典型的气-液-固三相流体系。UASB的产气性能受多种因素的影响,且胞外聚合物作为生物气气泡脱离时最后接触的物质,在厌氧颗粒污泥（AGS）与生物气气泡间的相互作用中起关键作用。因此探讨污泥与单个气泡间的动态作用力对深入研究反应器中的气泡行为,丰富反应器气液传质理论具有重要的指导意义。本论文在分别研究有机负荷率（OLR）和外源聚苯乙烯纳米颗粒（Pd-PS）对厌氧反应器产甲烷性能影响的基础上,利用原子力显微镜（AFM）的气泡胶体探针技术,在单颗粒单气泡的水平直接测量不同种类AGS分别与CH4和C02模拟生物气气泡间的动态作用力,为反应器的气泡生成与运动提供新的见解。主要研究成果概括如下:（1）解析了不同OLR对厌氧消化系统发泡性能的影响规律。随着OLR的提升,反应器中的CH4产量显著降低,H2产量逐渐增加。由于系统的缓冲能力不足,出现了厌氧发泡现象。随着反应负荷的增加,溶液中的表面...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２原子力显微镜??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ａｔｏｍｉｃ?Ｆｏｒｃｅ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ??
到??激光点在垂直和水平方向的偏移量。垂直方向的偏移量由上半部分和下半部分的??差值得到，水平方向偏移量可以由左半部分和右半部分的差值得到。探针悬臂在??这里被看作是一端固定的弹簧，由光电检测器测得的激光点偏移量［２７］，再根据胡??克定律Ｆ＝－ｋｘＡｘ，即可计算出探针悬臂与样品表面之间的相互作用力。??Ｌｉｇｈｔ?ｓｏｕｒｃｅ??Ｐｈｏｔｃ＞－ｄｅｉｅｃ！ｏｒ?、、??ｃｊ??Ｓａｍｐｌｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?——？?－ｒｆｅＬ?＼??Ｃｍｔｉｌｃｙｃｔ??Ｐｒｏｂｅ??图１－３原子力显微镜的基本设置［２８］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｂａｓｉｃ?ｓｅｔｕｐ?ｕｐ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＡＦＭ??当探针在样品表面进行连续扫描时，可以得到探针与样品表面上每一点的相??互作用力，从而生成表面形貌图，得到样品表面粗糙度等信息。另一方面，当探??针仅与样品表面某一点位置在垂直方向上的分离也会提供有用的信息。ＡＦＭ的??压电驱动系统首先带着悬臂所在的基底一起在垂直方向上靠近样品表面，然后再??向反方向回缩，在该点上往复运动。在整个运动过程中，探针悬臂的偏折、振幅??和相位等动态模式下的其他信号就会被同时测量与记录下来，形成力曲线［２９］，从??而得到样品间的最大粘附力和杨氏模量等重要参数。??１．２．３原子力显微镜的工作模式??当探针与样品之间的距离不同时，探针所受的力也是不同的。一般地，当两??个物体相互靠近时，长程作用力是相互吸引的，而当两个物体足够靠近并开始??“接触”的时候，电子轨道重叠，斥力逐渐占上风并开始变成相互排斥的状态。??如果是测量液体中的柔软样品时，需要考虑静电力和其它相互作用力，情况会复??杂地多。尽管
?山东大学硕士学位论文???段，ＣＨ４产量在ＯＬＲ为Ｍ．ＯＯｇＶＳ?Ｌ＋ｄ－１和ｌＳ＾ｇＶＳ?Ｌ＋ｄ－１时几乎降至０，并??在分批消化的整个过程中未发现明显的时变差异。但是，当ＯＬＲ为０．４７?ｇＶＳ－Ｌ??和４．６７?ｇ?ＶＳ?Ｌ＋ｄ－１时，ＣＨ４产量在第２天到４天之间均显著增加，这是因??为初始底物所积累的ＶＦＡｓ被进一步转化为ＣＨ４。??如图２－ｌｂ所示，ＯＬＲ的增加使得Ｈ２产量增加。相比于ＯＬＲ为０．４７ｇＶＳ?Ｌ－??ｉｄ－１和４．９６?ｇＶＳ?Ｌ＋ｄ－１的情况，其累积产氢气量为０ｍＬＨ２／ｇＧｌｕｃｏｓｅ，而在ＯＬＲ??为１４．００ｇＶＳ．Ｌ＋ｄ－１时，记录了最高的累积产氢气量（１０６．９８ｍＬＨ２／ｇＧｌｕｃｏｓｅ），??其中第?２?天为?２６．６８?ｍＬＨ２／ｇ?Ｇｌｕｃｏｓｅ，第?８?天为?２９．７５?ｍＬＨｂ／ｇ?Ｇｌｕｃｏｓｅ。同时，??当ＯＬＲ不断增加时（从０．４７、４．６７、１４．００至ｌＳ＾ｇＶＳ．Ｌ＋ｄ－１），反应器的平均??ｐＨ值逐渐降低，分别为６．９、５．８、４．８和４．７，这表明反应器对高ＯＬＲ的缓冲能??力不足。尽管产生了?Ｈ２，但更多的有机物未参与消化反应。因此，高ＯＬＲ不仅??容易发泡，还浪费了有机物底物。先前关于ＯＬＲ和发泡现象的相关性研究还得??出结论，高ＯＬＲ会导致有机物的部分降解和生物表面活性剂的积累值得一??提的是，大部分降解缓慢的有机物也会从反应器中流出。??３５０????３５?????Ｉ－：３?＼?．?Ｉ？０：ｂ?．?ａ??１?－＾?＾??３，１５０?－?Ｊ?？４．６７ｇＶＳ．Ｌ１．ｄ，?旦?１５?：?／?ｇ?ＶＳＬ＇１ｄ＇＼＼??２?ｌｌｖ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Binding characteristics of perylene, phenanthrene and anthracene to different DOM fractions from lake water[J]. MEI Yi1, WU Fengchang1, 2, WANG Liying1, BAI Yingchen1, LI Wen1, LIAO Haiqing2 1. State Key Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China. 2. State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China. Journal of Environmental Sciences. 2009(04)
本文编号：3267881
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２原子力显微镜??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ａｔｏｍｉｃ?Ｆｏｒｃｅ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ??
到??激光点在垂直和水平方向的偏移量。垂直方向的偏移量由上半部分和下半部分的??差值得到，水平方向偏移量可以由左半部分和右半部分的差值得到。探针悬臂在??这里被看作是一端固定的弹簧，由光电检测器测得的激光点偏移量［２７］，再根据胡??克定律Ｆ＝－ｋｘＡｘ，即可计算出探针悬臂与样品表面之间的相互作用力。??Ｌｉｇｈｔ?ｓｏｕｒｃｅ??Ｐｈｏｔｃ＞－ｄｅｉｅｃ！ｏｒ?、、??ｃｊ??Ｓａｍｐｌｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?——？?－ｒｆｅＬ?＼??Ｃｍｔｉｌｃｙｃｔ??Ｐｒｏｂｅ??图１－３原子力显微镜的基本设置［２８］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｂａｓｉｃ?ｓｅｔｕｐ?ｕｐ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＡＦＭ??当探针在样品表面进行连续扫描时，可以得到探针与样品表面上每一点的相??互作用力，从而生成表面形貌图，得到样品表面粗糙度等信息。另一方面，当探??针仅与样品表面某一点位置在垂直方向上的分离也会提供有用的信息。ＡＦＭ的??压电驱动系统首先带着悬臂所在的基底一起在垂直方向上靠近样品表面，然后再??向反方向回缩，在该点上往复运动。在整个运动过程中，探针悬臂的偏折、振幅??和相位等动态模式下的其他信号就会被同时测量与记录下来，形成力曲线［２９］，从??而得到样品间的最大粘附力和杨氏模量等重要参数。??１．２．３原子力显微镜的工作模式??当探针与样品之间的距离不同时，探针所受的力也是不同的。一般地，当两??个物体相互靠近时，长程作用力是相互吸引的，而当两个物体足够靠近并开始??“接触”的时候，电子轨道重叠，斥力逐渐占上风并开始变成相互排斥的状态。??如果是测量液体中的柔软样品时，需要考虑静电力和其它相互作用力，情况会复??杂地多。尽管
?山东大学硕士学位论文???段，ＣＨ４产量在ＯＬＲ为Ｍ．ＯＯｇＶＳ?Ｌ＋ｄ－１和ｌＳ＾ｇＶＳ?Ｌ＋ｄ－１时几乎降至０，并??在分批消化的整个过程中未发现明显的时变差异。但是，当ＯＬＲ为０．４７?ｇＶＳ－Ｌ??和４．６７?ｇ?ＶＳ?Ｌ＋ｄ－１时，ＣＨ４产量在第２天到４天之间均显著增加，这是因??为初始底物所积累的ＶＦＡｓ被进一步转化为ＣＨ４。??如图２－ｌｂ所示，ＯＬＲ的增加使得Ｈ２产量增加。相比于ＯＬＲ为０．４７ｇＶＳ?Ｌ－??ｉｄ－１和４．９６?ｇＶＳ?Ｌ＋ｄ－１的情况，其累积产氢气量为０ｍＬＨ２／ｇＧｌｕｃｏｓｅ，而在ＯＬＲ??为１４．００ｇＶＳ．Ｌ＋ｄ－１时，记录了最高的累积产氢气量（１０６．９８ｍＬＨ２／ｇＧｌｕｃｏｓｅ），??其中第?２?天为?２６．６８?ｍＬＨ２／ｇ?Ｇｌｕｃｏｓｅ，第?８?天为?２９．７５?ｍＬＨｂ／ｇ?Ｇｌｕｃｏｓｅ。同时，??当ＯＬＲ不断增加时（从０．４７、４．６７、１４．００至ｌＳ＾ｇＶＳ．Ｌ＋ｄ－１），反应器的平均??ｐＨ值逐渐降低，分别为６．９、５．８、４．８和４．７，这表明反应器对高ＯＬＲ的缓冲能??力不足。尽管产生了?Ｈ２，但更多的有机物未参与消化反应。因此，高ＯＬＲ不仅??容易发泡，还浪费了有机物底物。先前关于ＯＬＲ和发泡现象的相关性研究还得??出结论，高ＯＬＲ会导致有机物的部分降解和生物表面活性剂的积累值得一??提的是，大部分降解缓慢的有机物也会从反应器中流出。??３５０????３５?????Ｉ－：３?＼?．?Ｉ？０：ｂ?．?ａ??１?－＾?＾??３，１５０?－?Ｊ?？４．６７ｇＶＳ．Ｌ１．ｄ，?旦?１５?：?／?ｇ?ＶＳＬ＇１ｄ＇＼＼??２?ｌｌｖ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Binding characteristics of perylene, phenanthrene and anthracene to different DOM fractions from lake water[J]. MEI Yi1, WU Fengchang1, 2, WANG Liying1, BAI Yingchen1, LI Wen1, LIAO Haiqing2 1. State Key Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China. 2. State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China. Journal of Environmental Sciences. 2009(04)
本文编号：3267881
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