生物氧化预处理技术

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生物氧化预处理技术范文第1篇

【关键词】：自来水厂；处理工艺；现状；发展趋势

1、我国自来水厂水处理工艺技术的应用现状

在常规的水处理工艺中，主要处理病原微生物的水源、胶体物质和悬浮物。我国自来水厂一般采用混凝、沉淀、过滤和消毒常规工艺净水技术（图1），该工艺仍为国内大多数自来水厂所采用。混凝工艺中的混凝剂一般使用聚合氯化铝、三氯化铁和硫酸铝等，至于助凝剂和混凝过程中的pH调节则很少使用。经过几十年的发展，已发展了多种适合各地情况的不同形式和性能的处理构筑物，如快速混合、水力或机械搅拌的絮凝设施；不同结构和型式的沉淀、澄清池；带有气水反冲洗、均质滤料、多层滤料的过滤设施等，其中V型滤池已得到广泛应用。由于技术和经济条件的限制，液氯是目前国内水厂使用最多的消毒剂，也有水厂采用次氯酸钠或二氧化氯作消毒剂。自来水水处理工艺上述常规工艺一直被我国自来水厂视为自来水净水工艺的基本环节，以符合饮用水水质标准，以满足人们对生活用水的需求。

1.1预处理工艺

预处理工艺是在常规处理工艺之前，预先用物理、化学、生物的方法对水源进行处理，例如氧化作用、吸附和生物絮凝等，用于去除水中的氨氮、有机污染物、异臭、亚硝酸盐氮及铁、锰等，从而减轻常规工艺中的处理负担，进而改善和提高饮用水的质量。

自来水厂在进行净水处理的过程中，都会采取预处理工艺对水源进行预处理。自来水厂进行预处理工艺主要分为化学氧化预处理工艺、生物预处理工艺以及吸附预处理工艺。化学氧化预处理工艺主要采用臭氧氧化，臭氧预氧化能够消除水中的浮游生物、病毒、细菌和孢子等一些可以导致疾病的微生物，在长时间氧化的过程中还能够灭除一些隐孢子虫等难去除的微生物，还有除藻和去除臭味的作用。生物预处理工艺主要是生物膜技术，这种技术手段能够有效吸附水源中有害物质和异味。另外生物膜在吸附微生物的过程中，还能加快微生物新陈代谢的速度，使得水源中有害物质和微生物能够在最短的时间内溶解。吸附工艺主要手段是粉末活性碳，尤其m用于水质季节性及突发性事故的水源净化处理，粉末活性炭可以有效地去除水中色度、异嗅异味和溶解的有机污染物，提高供水水质。

1.2 深度处理工艺

随着社会的发展，人们对饮用水的要求也越来越高，在对水源进行水处理的时候，仅仅采取常规工艺和预处理方法并不能全面清除水源中的有害物质和病菌，因此在这个过程中还应该进行深度处理。这样才能保证自来水达到直接饮用的状态。采用颗粒活性炭进行过滤是目前所有饮用水深度处理技术中应用最广泛的一种深度处理技术，其根本原因在活性炭本身就具有一定吸附作用，能够有效分离水中的杂质，可以有效地去除水中色度、异嗅异味和溶解的有机污染物，对于提升饮用水水质具有非常重要的作用。 活性炭滤池处理工艺的缺点是基建和运行费用较高，容易滋生细菌产生亚硝酸盐等致癌物，不能够适应突发性污染或相对短期污染，并且如何判断活性炭滤料失效，需要更换或者再生，目前还没有一个统一固定技术标准，将成为今后给排水工艺的研究课题。

2、自来水厂处理工艺发展趋势

随着近年来水体污染的加剧，我国自来水厂水处理工艺面临的挑战也越来越大，主要有臭氧化副产物问题，生物安全性问题和藻类分泌藻毒素问题。其中臭氧化副产物主要有两种，溴酸盐和次溴酸盐，这两种物质都是对人体有害的物质。生物安全问题则由于所用于吸附原水有害物质的活性炭长期在水中会生长大量的微生物，这些微生物中不乏有一些对人体有害的物质，进入到水中，无法被消毒物质杀死，所以吸附工艺也需要相应的改进。至于藻类分泌藻毒素问题，主要原因为原水富营养化，原水中藻类氧化使原本藻类中的有毒物质释放到水体中。这些问题将是以后水处理工艺研究的重点方向。

自来水厂反冲洗废水，虽然反冲洗废水中无机成分占绝大多数，但其悬浮物浓度很高，如果将这部分水直接排入水体，不仅是对水资源的一种浪费，还会对受纳水体造成污染。目前国内只有少数水厂对排泥水进行处理，取得了一定的效果。随着环境保护力度的日益加大，自来水厂实施排泥水减量化、无害化和资源化处置势在必行。但由于缺乏实践经验，对不同水源、不同水处理工艺所产生的排泥水的处理工艺、脱水方式以及预处理药剂的合理选取还有待进一步研究。

结束语

目前我国自来水厂水处理技术工艺的使用情况已形成以常规处理工艺为主体，预处理、深度处理工艺作补充的局面。随着社会和科技的发展，自来水厂应用预处理技术和深度处理技术将会得到更加广泛的应用。随着水质检测技术的不断发展和水质标准的不断提高，一些安全性高、能耗省、药耗低、占地少、操作管理简单的新处理技术工艺将是未来发展的方向。

【参考文献】：

[1]曲琳.自来水厂水处理工艺的应用现状及发展趋势[J].民营科技，2015（6）

生物氧化预处理技术范文第2篇

关键词：净水厂 微污染源 水 处理技术 现状

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0083-02

微污染主要是在水源中含有各种毒素以及各种有害物，部分水质已经和国家要求的地表水标准不相符合，在经过一些特殊性的处理以后，可以被用作饮用水。微污染水源当中包含很多化学性物质，有机物、藻类、铁、锰等，这种水质的主要特征是含有高锰酸钾指数超标，并且伴有高臭味。最近几年多个地区的水源受到了不同程度的污染，尽管有些部门一直在研究和实践，但是还是面临着微污染水中有机物含量高的威胁，所采取的过滤形式以及消毒处理也不能满足人们对水源的有效使用。

1 净水厂微污染源水处理技术现状

1.1 强化混凝沉淀方式

强化混凝沉淀方式是净水过程中使用的主要方式之一，其中的本质就是使用传统的混凝原理，对水质中含有的污染物进行去除，在水处理的过程中很多专家学者都认为此种工艺方式能够对水质进行更好的控制，并且也是经济实用的主要方式。使用强化混凝沉淀的方式需要强化混凝剂的添加量，让胶体更加稳定，主要是吸附作用的影响下让胶体沉淀。还要加入一些助凝剂，起到强化吸附桥的作用，最后加入氧化以及混凝综合作用的药剂，在有机物的化学反应条件下能够对混凝所发生的条件以及pH值进行改变。

1.2 强化过滤方式

在过滤层吸附以及沉淀和筛滤的基础上能够将水质中含有的一些杂物进行隔离，让水得到澄清的处理。在当前，使用的过滤方式主要有将滤料进行替换，使用多层滤料的方式、使用改性滤料、水源在过滤池之前加入助滤剂、强化普通滤池的生物方面作用。有学者在自然界当中筛选出来具有铁、锰以及氨氮作用的优势菌，让其在载体的表面，这样才能不断增强净水的主要功能，在使用生物方式进行过滤的过程中，所得出的铁的浓度为每升0.24～0.60 mg，经过试验以后下降到每升0.05 mg，锰也由原来的每升7.26～8.37 mg，变为每升0.5 mg。

2 现代化水源净化预处理技术分析

2.1 化学氧化预处理技术

化学氧化预处理技术就是使用化学氧化剂，以此达到转化和破坏以及降解水中污染物的目标，进而提升水源可生化的降解性。这样也能够改善混凝的基本效果，并且减少混凝剂的使用量，还能减少水源当中的藻类。经常使用的化学氧化剂主要有高锰酸钾以及臭氧、过氧化氢等。有专家对预氧化进行微污染的处理，在实验过程中所得到的氧化剂在最佳的条件下，三种预氧化工艺流程都能够和国家饮水标准相符合，在氧化以后要使用常规性的工艺将水中的污染物进行剔除，能够有效提升水质，臭氧净化水工艺方式是住宅建筑部门所推荐的有效饮用水氧化处理的方式之一[1]。

2.2 生物氧化预处理技术

使用常规性的净水工艺方式需要增加生物处理工艺，并且借助微生物在新陈代谢方面的活动，让水源中的有机污染物被去除。生物预处理技术所去除的是水中的氨氮以及有机物，这是一种行之有效的办法，有关研究已经表现出来，在适当的温度以及环境条件下，此种方式所去除的氨氮能够达到80%以上，以此让水中的氯消耗量得以减少，让卤代生物的生成量也被降低，与此同时还能极大地改善混凝的沉淀，让混凝剂的用量也得以减少。当前的生物氧化预处理设备使用的是生物锅炉反应器，生物转盘以及塔式过滤器还有渗透方式的土地处理系统[2]。

2.3 吸附A处理技术

使用物质的吸附换预处理技术对水源中所存在的污染物进行去除，能够让水源的沉淀效果得以最大程度的改善。此项工艺方式使用的是吸附剂制浆，在进行常规的净水之前需要进行源水混合，并且在絮凝池内部进行污染物的吸附，让污染物在絮体上一同去除。吸附剂所使用的是活性炭还有沸石以及粘土等。此种方式在长期使用下，所具有的弊端是费用非常高，并且污泥的含量也比较大。

2.4 空气吹脱法

在水中溶解的有机物，在实际的浓度上还有平衡性的浓度上存在一定的差异性，吹脱能够将发挥性的物质分散到气相当中，以此让有机物被挥发。此种方式的成本费用非常低，并且操作上也非常简单、方便，能够将污染物中的杂物有效去除。使用吹脱方式能够去除的杂物有30多种，但是这样的方式对于一些难以挥发的有机物去除非常困难[3]。

3 深度处理技术分析

3.1 生物活性炭深度处理技术

生物活性炭的深度处理技术主要是使用活性炭的吸附，让在水中生长的一些活性炭生物进行氧化。此项技术当中，活性炭已经充当了吸附剂的作用，对一些生物的助长有非常大的作用，能够提升水处理的基本效果，延长活性炭的积极性作用，以此起到比较好的使用效果，提升经济效益，减少运行成本等。氨氮氧化物因为受到了生物硝化的作用就能够极大减少氯气的使用，并且极大地降低水源当中THMS的生成量。此种方法在使用过程中需要避免使用被氯化，否则生物就不可能在活性炭上生长，并且在各种水流的冲刷过程中微生物可能发生脱落的现象，对水质产生影响[4]。

3.2 臭氧活性炭深度处理技术

臭氧活性炭深度处理技术主要是让活性炭和氧化作用联合在一起，以此发挥出活性炭的吸附性性能，还能发挥出臭氧的氧化作用。在净水的工艺当中，存在很多小分子，这样对活性炭的吸附有作用。大分子的有机物会让活性炭的使用不是非常充分。臭氧活性炭深度处理的流程主要是臭氧氧化，活性炭的吸附，最后是臭氧氧化工艺方式。在加入臭氧的过程中，水源中所存在大分子被分解为小分子结构，这样的活性炭才更加容易被吸收[5]。

4 结语

综上所述，该文对净水厂微污染源水处理技术现状进行了分析和研究，并且对一些现代化的微污染处理技术也做了简要概括，在此过程中，微污染水处理技术还需要进行不断的探索和分析，经过百年的净水发展才能给人们的生活提供一个健康的用水环境。

参考文献

[1] 朱文倩，徐斌，林琳，等.微污染水源中溶解性有机氮组成规律及其水处理特性[J].中国环境科学，2014，28（1）：130-135.

[2] 曾扬，刘亮，黄蓉，等.净水厂微污染源水处理技术现状[J].广州化工，2016，44（5）：164-166.

[3] 于佳卉，范功端，苏昭越，等.超滤组合工艺对微污染原水的净水效能中试研究[J].市政技术，2016，34（2）：144-148.

[4] 马士禹，张云艳，唐建国，等.微纳气液界面水环境修复技术的原理与应用[J].净水技术，2014，14（4）：19-24.

生物氧化预处理技术范文第3篇

关键词：焦化 废水处理 技术

焦炭是高耗水产业，每年全国焦化废水的排放量约为2.85 亿t。焦化废水是煤在高温干馏过程中以及煤气净化、化学产品精制过程中形成的废水，水质随原煤组成和炼焦工艺而变化，是一种典型的难降解有机废水。其成分复杂，毒性大，它的超标排放对人类、水产、农作物都可构成很大的危害。总之，焦化废水污染，是工业废水排放中一个突出的环境问题，也是摆在人们面前的一个急需解决的课题。

目前焦化废水一般按常规方法先进行预处理，然后再进行生物脱酚二次处理。但往往经上述处理后，外排废水中COD、氰化物及氨氮等指标仍然很难达标。针对这种状况，近年来国内外出现了许多比较有效的焦化废水治理技术。这些方法大致分为物化法、生物法、化学法和循环利用等4类。

一、焦化废水的预处理技术

焦化废水中部分有机物不易生物降解，需要采用适当的预处理技术。

常用的预处理方法是厌氧酸化法。这是一种介于厌氧和好氧之间的工艺，其作用机理是通过厌氧微生物水解和酸化作用使难降解有机物的化学结构发生变化，生成易降解物质。焦化废水经厌氧酸化预处理后，可以提高难降解有机物的好氧生物降解性能，为后续的好氧生物处理创造良好条件。

二、焦化废水的二级处理技术

（一）物理化学法

（1）吸附法

吸附法处理废水，就是利用多孔性吸附剂吸附废水中的一种或几种溶质，使废水得到净化。常用吸附剂有活性炭、磺化煤、矿渣、硅藻土等。这种方法处理成本高，吸附剂再生困难，不利于处理高浓度的废水。

（2）利用烟道气处理焦化废水

由冶金工业部建筑研究总院和北京国纬达环保公司合作研制开发的“烟道气处理焦化剩余氨水或全部焦化废水的方法”已获得国家专利。该技术将焦化剩余氨水去除焦油和SS后，输入烟道废气中进行充分的物理化学反应，烟道气的热量使剩余氨水中的水分全部汽化，氨气与烟道气中的SO2反应生成硫铵。

该方法投资省，占地少，以废治废，运行费用低，处理效果好，环境效益十分显著，是一项十分值得推广的方法。但是此法要求焦化的氨量必须与烟道气所需氨量保持平衡，这就在一定程度上限制了方法的应用范围。

（二）生物处理法

生物处理法是利用微生物氧化分解废水中有机物的方法。目前，活性污泥法是一种应用最广泛的焦化废水好氧生物处理技术。这种方法是让生物絮凝体及活性污泥与废水中的有机物充分接触；溶解性的有机物被细胞所吸收和吸附，并最终氧化为最终产物（主要是CO2）。非溶解性有机物先被转化为溶解性有机物，然后被代谢和利用。

生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行费用相对较低等优点，但是生物降解法的稀释水用量大，处理设施规模大，停留时间长，投资费用较高，对废水的水质条件要求严格，这也就对操作管理提出了较高要求。

（三）化学处理法

（1）焚烧法

焚烧法治理废水始于20世纪50年代。该法是将废水呈雾状喷入高温燃烧炉中，使水雾完全汽化，让废水中的有机物在炉内氧化，分解成为完全燃烧产物CO2和H2O及少许无机物灰分。

焚烧处理工艺对于处理焦化厂高浓度废水是一种切实可行的处理方法。然而，尽管焚烧法处理效率高，不造成二次污染，但是处理费用昂贵使得多数企业望而却步，在我国应用较少。

（2）催化湿式氧化技术

催化湿式氧化技术是在高温、高压条件下，在催化剂作用下，用空气中的氧将溶于水或在水中悬浮的有机物氧化，最终转化为无害物质N2和CO2排放。湿式催化氧化法具有适用范围广、氧化速度快、处理效率高、二次污染低、可回收能量和有用物料等优点。但是，由于其催化剂价格昂贵，处理成本高，且在高温高压条件下运行，对工艺设备要求严格，投资费用高，国内很少将该法用于废水处理。

（3）化学混凝和絮凝

化学混凝和絮凝是用来处理废水中自然沉淀法难以沉淀去除的细小悬浮物及胶体微粒，以降低废水的浊度和色度，但对可溶性有机物无效，常用于焦化废水的深度处理。该法处理费用低，既可以间歇使用也可以连续使用。

（4）臭氧氧化法

臭氧的强氧化性可将废水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水中很快分解为氧，不会造成二次污染，操作管理简单方便。但是，这种方法也存在投资高、电耗大、处理成本高的缺点。同时若操作不当，臭氧会对周围生物造成危害。因此，目前臭氧氧化法还主要应用于废水的深度处理。在美国已开始应用臭氧氧化法处理焦化废水。

（5）光催化氧化法

目前，这种方法还仅停留在理论研究阶段。这种水处理方法能有效地去除废水中的污染物且能耗低，有着很大的发展潜力。但是有时也会产生一些有害的光化学产物，造成二次污染。由于光催化降解是基于体系对光能的吸收，因此，要求体系具有良好的透光性。所以，该方法适用于低浊度、透光性好的体系，可用于焦化废水的深度处理。

（6）电化学氧化技术

电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物质使污染物发生氧化还原转变。目前的研究表明，电化学氧化法氧化能力强、工艺简单、不产生二次污染，是一种前景比较广阔的废水处理技术。

（四）废水循环使用

高浓度的焦化废水经过脱酚，净化除去固体沉淀和轻质焦油后，送往熄焦池以供熄焦，实现酚水的闭路循环。从而减少了排污，降低了运行等费用。但是此时的污染物转移问题也值得考虑和进一步研究。

三、结语

总之，我们应根据焦化废水的特点，深入研究先进的处理技术，寻求既高效又经济的处理方法，降低运行费用，提高达标率，改善环境质量，减轻焦化废水对各地水体的污染，实现水资源的循环利用。这既是当前经济建设需要解决的现实问题，也是未来技术攻关所需要面对的的重点。

参考文献：

生物氧化预处理技术范文第4篇

[关键词]饮用水；净化处理；技术

中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0050-01

引言

目前，水源普遍存在溶解性有机物增多、氨氮浓度升高、水体有异味、色度增高、藻类大量繁殖等问题。在受污染水源水体中，同时存在胶体颗粒、无机离子、藻类个体、溶解性有机物、不溶性有机物、病原体等，而且它们之间并不是一个个完全独立的子系统，而是相互联系、密不可分的一个污染物复杂体系。当受污染的水体作为饮用水水源时，就会对人体健康产生危害。作为供水行业而言，水污染带来的负面影响直接波及到了安全供水问题，给人民的身体健康、生活、社会安定都带来很多问题，引起了人们越来越多的关注。

一、饮用水相关技术分析

1.1预处理技术

预处理技术是指在常规水处理工艺前面。采用适宜的物理、化学和生物的处理方法，对水中的污染物进行初级去除。减轻常规水处理工艺的负担，提高污染物净化效率，改善和提高水质。

1.1.1化学氧化预处理技术

化学氧化预处理技术是指向水体中投加化学氧化剂，氧化分解水中的污染物。常用的化学氧化剂有氯气、臭氧、高锰酸钾和紫外光氧化及其联合工艺。化学氧化法可有效降低水中的有机物含量，提高水中有机物的可生化降解性.有利于后续处理；可控制因水体污染而生成的微生物和藻类的生长，提高混凝效果，但会使氯化后的出水致突变活性增加，且运行费用较高。目前只在一些有特殊要求的小型供水系统中有所应用。

1.1.2生物预处理技术

生物预处理技术是去除污染水体中可生物降解有机污染物和氨氮、亚硝酸盐、铁、锰等无机污染物的一种行之有效的方法，对低浓度有机污染物有较好的去除效果，在适宜的环境温度下，氨氮去除率可达80%以上，不仅能改善混凝沉淀性能，减少混凝剂用量.为后续常规处理工艺及深度处理减轻污染物负荷，提高系统净化能力，而且还可以减少水处理中氯的消耗量.降低水中卤代有机物的生成量，使整个处理系统出水更安全可靠。

1.1.3吸附预处理技术

吸附预处理技术是利用物质的吸附性能或交换作用来去除水中污染物的方法。主要有粉末活性炭吸附、黏土吸附等。国外利用粉末活性炭脱色除嗅。已取得成功的经验和较好的效果。但是粉末活性炭参与混凝沉淀过程后，残留于污泥中，目前尚无很好的回收再生利用方法，只能作一次性使用，致使处理费用较高，其实际应用也只是在一些有特殊要求的供水系统中配置。

1.2强化混凝

强化混凝是指向水中投加适量的混凝剂并控制一定的pH值，通过电中和作用、吸附作用等来提高常规处理中天然有机物的去除效果，最大限度地去除消毒副产物的前驱物。混凝剂种类按化学成分可分为无机和有机混凝剂。无机混凝剂主要是铁盐、铝盐及其水解聚合物，有机混凝剂主要是高分子物质，按基团带电情况分为阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型等。水体中有机物去除率的大小主要受混凝剂的种类和性质、混凝剂的添加量以及pH值等因素的影响，然而过量的混凝剂会提高处理成本，增加污泥处理的困难。

1.2.1深度处理技术

深度处理技术是指在常规处理工艺后，采用适当的处理方法，将常规处理工艺不能有效去除的污染物加以去除，提高和保证饮水水质。主要技术有活性炭吸附、臭氧氧化、生物活性炭、光催化氧化和膜技术等。

1.2.2活性炭吸附

活性炭是一种多孔性物质，具有很高的比表面积。其去除污染物主要靠的是微孔吸附作用。活性炭对水体的色度、臭味有很好的去除作用。活性炭对水中其他有机物也有吸附作用。许多研究发现活性炭对微量有机物的吸附作用有独特之处。可较好地吸附一些杀虫剂，还可以去除水中的致突变物质。但是，活性炭价格及高再生成本限制了其广泛应用。目前我国只有一些特殊城市和有特殊要求的供水厂采用活性炭吸附工艺。

1.2.3臭氧活性炭联用

臭氧活性炭联用技术是采用先臭氧氧化，后活性炭吸附，在活性炭吸附中又继续氧化的方法，扬长避短，使活性炭充分发挥吸附作用。

1.2.4生物活性炭

生物活性炭是在活性炭上培养生物膜，使其同时具有生物膜去除污染物和活性炭吸附两种特性。生物活性炭增加水中溶解性污染物的去除效率，延长活性炭再生周期和降低三卤甲烷的生成量。该技术只能用在氯化工艺前，否则不能形成微生物膜。

1.2.5光催化氧化

光催化氧化特点是氧化能力强，反应前后氧化触媒材料不发生变化。由于设备简单、初期投资和运行费用低。是供水深度处理中非常有应用前景的处理方法。但实际应用中必须寻求最佳的粉状催化剂、使用后的回收及活性再生方法。通过在不同载体上如陶瓷、活性炭、纤维、玻璃、沸石和SiO2制备光催化剂，有效提高了该技术的应用范围。利用自然阳光照射实现水质净化和保持水质不受微生物等污染。但是与常规水处理工艺相比，处理成本、设备体积、费用等偏高，普及应用还受到限制。催化剂固载技术的开发，提高催化效果、设备小型化、系列化是该技术的关键。

1.3电化学净化

电化学净化是利用特殊材料的电极在水体里的脉冲放电，使水体中产生氧化自由基，可快速降解水体中的有机污染物。该技术克服了生物净化方法速度慢、条件要求高及污染物浓度阈值的限制。

1.3.1膜滤

膜滤是指用高分子薄膜作介质，以附加能量为动力，对双组分或多组分溶液进行表面过滤分离的物理处理方法。按滤膜孔径大小分为反渗透、超滤、微滤、纳滤。膜滤技术去除污染物范围广。不需要投加药剂，运行可靠，设备紧凑，容易自动控制。但基建投资和运转费用高，易发生堵塞，需要高水平的预处理和定期的化学清洗。市场上琳琅满目的饮水净化设备有从欧美日等地区和国家进口的，也有合资或国内企业生产的。

1.3.2生物慢滤技术

生物慢滤技术是由不同粒径的沙粒集配成过滤塔.沙粒表面上形成的生物膜及沙粒本身的过滤作用对水体中的污染物进行净化。该技术可使水体中的有机污染物、重金属和病原菌等的去除率达到90%以上。面对水源水质日益恶化的状况。常规饮用水处理工艺已显得力不从心。必将导致供水厂处理工艺的更新换代。因此，除采用严格措施控制水源污染外.迫切需要研究开发经济、高效的微污染饮用水处理技术及装置。

结语

优质饮用水处理技术种类很多，其中包括许多现有的自来水处理技术，污水处理技术和新发展的处理工艺。饮用水除污染技术是物理、化学、生物多种技术的组合，其中膜技术、高级氧化、吸附技术是较有前途的三项关键技术。其中生活污水处理技术正在从传统常规的生物和化学等处理方法逐渐向更新更有效的方向发展。因此，在饮用水净化处理技术的探索过程中，一方面是开发新技术来处理的各类污水、废水，实现污废水的循环利用；二是要充分合理利用城市“三水”资源。

参考文献

[1] 李京京，张鲁江.中国农村地区可持续发展能源战略研究（Ⅱ）中国农村地区中长期能源需求预测研究[J].农业工程学报，1998（2）.

[2] 周怀东，彭文启.中国地表水水质评价[J].中国水利水电科学研究院学报，2004（4）.

生物氧化预处理技术范文第5篇

关键词：麦草；预处理；组分；溶解性能

中图分类号：X712 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）01-0033-05

Changes of Components and Dissolution Performance of Wheat Straw after Pretreated with Different Methods

YU Ji，YE Ju-di，LI Xiao-bao，ZHAI Shu-jin，SU Meng，YAN Wei，HONG Jian-guo

（School of Chemical Engineering， Nanjing Forestry University，Nanjing 210037， China）

Abstract： Wheat straw was pretreated in solution of sodium hydroxide， sulphuric acid and 1，2-ethylenediamine. The changes of components and structure of different solution were investigated. The change of crystallinity was characterized by X-ray diffraction. Results showed that wheat straw pretreated in solution of sodium hydroxide-sulphuric acid had the most decrease of crystallinity. Pretreated wheat straw can dissolve in NaOH/urea/thiourea aqueous solution. The dissolving property of wheat straw pretreated was compared. Results showed that wheat straw pretreated in solution of sodium hydroxide-sulphuric acid had the best ability of dissolution.

Key words： wheat straw； pretreatment； components； dissolution performance

收稿日期：2013-05-10

基金项目：国家公益性行业（林业）科研专项（201204803）；江苏高校优势学科建设工程资助项目

作者简介：虞 霁（1987-），男，江苏丹阳人，在读硕士研究生，研究方向为废弃物处理与资源化利用，（电话）15380924672（电子信箱）

；通讯作者，洪建国，男，教授，博士生导师，主要从事废弃物资源化利用研究，（电子信箱）.cn。

作为自然界中含量丰富的可再生资源，木质纤维的研究和应用长期以来受到研究者广泛的关注。木质纤维主要由纤维素、半纤维素和木质素三部分组成。然而，由于分子间与分子内氢键的大量存在，并且具有晶区和非晶区共存的复杂结构，木质纤维很难溶于水和普通的有机溶剂，这大大限制了木质纤维的工业应用[1]。氢氧化钠/硫脲/尿素/水溶液体系被认为是纤维素的良好溶剂，具有溶解性能稳定和溶剂易回收的优点，因此，可以将氢氧化钠/硫脲/尿素/水溶液体系应用于木质纤维的溶解上[2，3]。但是，由于木质纤维的复杂结构，使得纤维素、半纤维素、木质素之间的连接很难被打破，不易被溶剂所触及，因此，需要在溶解之前进行一定的预处理。木质纤维的预处理方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法主要是机械粉碎，可通过切、碾、磨等工艺使生物质原料的粒度变小，增加和试剂接触的表面积，除此之外，还包括高能电子辐射处理、微波和超声波处理、蒸汽爆破技术等[4]。化学法主要包括氢氧化钠溶液润胀、稀酸预处理、液氨预处理等[5]。生物法是利用分解木质素的微生物除去木质素以解除其对纤维素的包裹作用，能耗低，操作简单，不污染环境，但其处理周期长，效率不高[6]。因此，采用乙二胺、氢氧化钠和硫酸等对麦草进行预处理，研究了预处理后麦草组分和结构变化及预处理对麦草在氢氧化钠/硫脲/尿素/水溶液体系中溶解性能的影响，以期提高麦草的处理效率。

1 材料与方法

1.1 材料

麦草（来自安徽泗县，粉碎后过100目筛，在105 ℃鼓风干燥箱中烘干后备用。麦草的总纤维素含量58.57%，木质素含量30.98%，灰分含量10.45%）；氢氧化钠、无水乙二胺、硫酸、硫脲、尿素等均为分析纯。

D/max 2500型X射线衍射仪（采用CuKα射线，Ni滤波，λ=1.540 56×10-10m，扫描范围2θ=6.0°～40.0°）。

1.2 方法

1.2.1 麦草的预处理

1）氢氧化钠处理法。20 g麦草在200 g质量分数为5%的氢氧化钠溶液中室温搅拌24 h后，用大量去离子水洗涤至中性，在105 ℃鼓风干燥箱中烘干，计算损失率，备用。

损失率=

■×100%

2）乙二胺处理法。20 g麦草在200 g质量分数为75%的乙二胺中室温搅拌4 h，用大量去离子水洗涤至中性，在105 ℃鼓风干燥箱中烘干，计算损失率，备用。

3）硫酸处理法。20 g麦草加入到100 g一定质量分数的硫酸溶液中，煮至沸腾后一定时间，然后用大量去离子水洗涤至中性，在105 ℃鼓风干燥箱中烘干，计算损失率，备用。

4）氢氧化钠-硫酸处理法。20 g麦草在200 g质量分数为5%的氢氧化钠溶液中室温搅拌24 h后，用大量去离子水洗涤至中性，在105 ℃鼓风干燥箱中烘干，加入到100 g质量分数为1%的硫酸溶液中煮至沸腾后一定时间，用大量去离子水洗涤至中性，在105 ℃鼓风干燥箱中烘干，计算损失率，备用。

5）微波处理法。20 g麦草加入到装有155 g水的烧杯中，进行微波处理一定时间后，加入氢氧化钠、尿素、硫脲进行溶解。

6）超声波处理法。20 g麦草加入到装有155 g水的烧杯中，将烧杯放入超声仪中处理一定时间后，加入氢氧化钠、尿素、硫脲进行溶解。

1.2.2 麦草的溶解 将2 g处理后的麦草和200 g氢氧化钠/尿素/硫脲/水（质量比为8.0∶6.5∶8.0∶77.5）的溶液置于冰箱中预冷冻15 min，加入锥形瓶中混合均匀，置于-6 ℃恒温循环器中搅拌3 h后离心分离，上清液用大量去离子水将纤维素析出，残渣部分用大量去离子水洗涤至中性，在105 ℃鼓风干燥箱中烘干并称重，得到残渣质量。计算残渣的质量占未处理前麦草质量的比例并分析[7]。

残渣的剩余率=■×100%

1.2.3 分析方法 总纤维素采用GB/T 2677.10-1995中的方法测定，木质素采用GB/T 2677.8-1994中的方法测定，灰分采用GB/T 2677.3-1993中的方法测定，X射线衍射：D/max 2500型X射线衍射仪（采用CuKα射线，Ni滤波，λ=1.540 56×10-10m，扫描范围2θ=6.0°～40.0°）。

2 结果与分析

2.1 不同预处理方法对麦草组分的影响

2.1.1 碱处理对麦草组分的影响 麦草中总纤维素、木质素以及灰分的质量分数的变化可以反映出其组分的变化。采用5%NaOH和75%乙二胺作为碱处理剂，考察氢氧化钠与乙二胺对麦草组分的影响。碱处理前后麦草各组分的质量分数见表1。由表1可知，通过对未预处理的麦草与碱处理后麦草中总纤维素、木质素以及灰分质量分数的比较发现，碱处理后的麦草总纤维素的质量分数大大提高，而木质素与灰分的质量分数则下降。这是因为碱处理可以有效地去除秸秆外层的果胶、蜡质等物质，而且木质素溶于碱，使得木质素的质量分数降低，同时碱处理可以去除一部分灰分，所以总纤维素的质量分数明显增加。

2.1.2 酸处理对麦草组分的影响 采用硫酸处理麦草，考察了酸处理对麦草各组分的影响。硫酸处理前后麦草各组分的质量分数见表2。由表2可知，通过对未预处理的麦草与酸处理后麦草中总纤维素、木质素以及灰分质量分数的比较发现，酸处理后的麦草总纤维素的质量分数有所升高，而木质素的质量分数略有提高，灰分的质量分数则相对下降；相同硫酸浓度条件下，总纤维素的质量分数随着煮沸时间的增加保持不变或略有降低，而木质素与灰分的质量分数保持不变或略有提高。由此可知，硫酸处理可以提高麦草总纤维素和木质素的质量分数，但是质量分数的增幅均很小。这是因为纤维素被木质素和半纤维素包裹起来形成致密结构，且外层还有果胶、蜡质等物质，硫酸虽然去除了一小部分的半纤维素和木质素，但因为去除的量较少，造成的影响并不明显；同时，硫酸与麦草中一些小分子物质反应，将这些包裹在的小分子物质去除，使得总纤维素和木质素的质量分数有所增加。

2.1.3 先碱后酸处理对麦草组分的影响 先采用5%氢氧化钠室温搅拌处理24 h后再用1%硫酸煮沸麦草，考察了先碱后酸处理对麦草各组分的影响。处理前后麦草各组分的质量分数见表3。由表3可知，通过对未预处理的麦草、5%氢氧化钠室温搅拌24 h后的麦草和先碱后酸处理的麦草中总纤维素、木质素以及灰分质量分数的比较发现，相对于未处理的麦草而言，先碱后酸处理的麦草，总纤维素的质量分数有所升高但幅度不大，木质素的质量分数升高，灰分的质量分数降低；相对于5%氢氧化钠室温搅拌24 h后的麦草而言，总纤维素的质量分数下降幅度较大，木质素的质量分数大幅度升高，灰分的质量分数略有升高；随着1%硫酸煮沸时间的增加，先碱后酸处理后的麦草的总纤维素、木质素、灰分质量分数变化不大。这是因为先碱后酸处理可以将部分纤维素、半纤维素降解，使得总纤维素的含量相对于碱处理下降，并且先碱后酸处理可以使被降解的木质素缩聚重新生成木质素，因此木质素的质量分数相对于碱处理反而大幅度增加[8]。

2.2 预处理后麦草在氢氧化钠/尿素/硫脲/水的溶液体系中的溶解性能

由于不同预处理方式对麦草组分及结构的影响，会导致麦草中总纤维素、木质素以及灰分的质量分数不同，从而影响了预处理后麦草在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中的溶解性能。图1是各种预处理麦草的损失率及其在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中溶解后残渣的剩余率。

溶解性能可用溶解率表示，溶解率一般是以溶解后减少的质量来计算的，严格来讲应该是总损失率，未经处理原料中的小分子物质等均计入在内。处理过的原料中的小分子物质已基本去除，特别是碱预处理的原料，因为碱能溶解木质素，碱预处理时麦草中木质素有较多量溶解至碱液中，再用氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液溶解时溶解率就不如未处理原料。因此，以残渣剩余率来考察各种预处理对麦草在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液中的溶解效果，即残渣剩余率越大，溶解效果越差。

由图1可知，各种预处理麦草在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中溶解后残渣的剩余率均有差异。原料、微波以及超声波处理的麦草在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中溶解后残渣的剩余情况基本相同，先碱后酸处理麦草溶解后的残渣量最少，总损失率为74.00%，减去预处理时损失率56.05%，在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中溶解率为原料的17.95%，而碱处理和酸处理后溶解的溶解率分别为17.28%和42.81%。仅从溶解率来看，用酸预处理后的麦草在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中的溶解率更高。但从溶解后滤液析出情况来看，原料、碱处理、酸处理、微波以及超声波处理的麦草溶解后滤液均无析出物。文献报道氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系主要用来快速溶解纤维素，溶解后滤液加大量水后可以析出纤维素[9]。试验中滤液无析出物的原因可能有：第一，麦草在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中的溶解以小分子和木质素为主，纤维素未溶解；第二，体系中溶解了纤维素，但溶解的纤维素发生了降解。对预处理前后麦草及溶解后残渣组分进行测定，分析溶解前后各组分的变化，可以帮助分析其真正的原因。由分析可知，有大部分木质素以及近50%的总纤维素溶解在体系中，但滤液无析出物。这是因为总纤维素中包含了纤维素和半纤维素，溶解的应以半纤维素居多，纤维素溶解较少，且溶解的纤维素可能降解为低分子物质而无法析出。同样计算分析可知，未处理、碱处理、酸处理、微波及超声波处理麦草中均是溶解了小分子物质、木质素、半纤维素和少量的纤维素，但纤维素以降解为主。超声波和微波预处理虽然对溶解体系的残渣剩余率影响不大，但从残渣组分看，跟未处理原料相比，促进了木质素在体系中的溶解。碱处理麦草在预处理过程中去除了大部分的木质素，因此在复合溶剂中木质素的溶解相对较少。

各预处理麦草溶解后残渣中各组分的质量分数见表4。由表4可知，对于先碱后酸处理，1 g麦草经处理后得到0.439 5 g麦草，溶解前麦草中总纤维素、木质素、灰分的含量分别为0.264 1、0.158 0、0.017 7 g；溶解后麦草残渣中总纤维素、木质素、灰分的含量分别为0.105 6、0.146 0、0.008 3 g。所以，先碱后酸处理后的麦草样品中大部分总纤维素可以溶解在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中，而溶解的木质素量很少。在预处理过程中，半纤维素已基本溶解在5% NaOH中，剩下的总纤维素以纤维素为主，所以溶解后减少的总纤维素主要就是纤维素。离心后滤液加入大量水后有较多白色析出物这一现象也证明了这一点。这可能是因为碱处理后打开了木质素与纤维素之间的链接，溶解了大量的半纤维素木质素、小分子物质，使纤维素能溶于复合溶剂体系中。

因此，通过比较几种预处理麦草在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中的溶解性能，可以发现先碱后酸处理的麦草再在该体系中溶解总的效果最好，物理预处理麦草在该体系中的溶解效果不明显。

2.3 预处理前后麦草、溶解后残渣和析出物的结构变化

麦草经过预处理后，其化学组分发生了很大的变化，预处理后麦草的X射线衍射图谱也发生了改变。未经处理和预处理后的麦草秸秆纤维素的X射线衍射图谱如图2所示。由图2可知，所有样品的XRD图谱均显示出结晶区纤维素的结晶衍射峰，在2θ=34.8°处的衍射峰都较弱。经化学处理后，2θ=16.5°和2θ=22.5°处的结晶衍射峰得到显著加强。而且，与未经处理的麦草相比，峰形变得更尖。结果表明，麦草经化学处理后能降低其他无定型物质的含量。这意味着经化学处理后得到了纯度更高的麦草纤维素[10]。

由溶解后残渣的XRD谱图可知，经溶解后，2θ=16.5°处的结晶衍射峰基本消失，2θ=22.5°处的结晶衍射峰显著加强，这表明麦草经过溶解后的残渣，其麦草纤维素的结晶度下降，形态正由纤维素Ⅰ向纤维素Ⅱ转化。由析出物的XRD谱图可知，滤液经加水析出所得的纤维素2θ=16.5°和2θ=34.8°处的衍射峰都基本消失，2θ=22.5°处的结晶衍射峰明显减弱，这意味着，经水析出的纤维素结晶度下降，纤维素形态由纤维素Ⅰ转化为纤维素Ⅱ，由平行链转化为反平行链堆砌结构，微晶取向基本保持不变，结晶度降低[11]。

3 结论

1）对麦草采用碱、酸、先碱后酸预处理，对处理前后的麦草秸秆组分进行了分析。结果表明，酸、碱化学处理方法能有效去除麦草秸秆纤维中的半纤维素、木质素和小分子物质，处理后的麦草秸秆总纤维素的含量得到提高。

2）不同的预处理方法会使麦草秸秆纤维结构发生不同变化，对其在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中的溶解性能也会产生不同的影响。未处理、碱处理、酸处理、微波及超声波处理麦草在氢氧化钠/硫脲/尿素/水的溶液体系中均以半纤维素、木质素和小分子物质溶解为主，纤维素的溶解以降解为主；先碱后酸处理的麦草再在该体系中溶解总的效果最好；物理预处理麦草在该体系中的溶解效果不明显。

3）由X射线衍射图谱可知，麦草纤维经化学处理后能降低其他无定型物质的含量。溶解后残渣的纤维素晶型在发生转变，滤液经水析出的纤维素结晶度很小，纤维素形态由纤维素Ⅰ转化为纤维素Ⅱ。

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