管式生物过滤器处理乙苯废气的性能研究

摘要

苯、甲苯、乙苯及二甲苯(BTEX)等单环芳烃类是重要的工业溶剂，每年都世界各地有大量的BTEX蒸气排放到大气中，势必会影响大气环境和人类健康。目前，生物净化法是去除这类污染物的有效方法之一。与传统的处理方法相比，如活性炭吸附、液体洗涤、浓缩、燃烧和催化燃烧等，对于低浓度的BTEX气体，生物净化法具有设备简单、投资运行费用低、无二次污染等多项优点。对于使用生物法处理苯、甲苯和二甲苯气体的研究，国内外已有报道，但对乙苯净化的报道所见不多，本文即对乙苯的生物法净化进行实验研究。
　　 生物过滤由于其良好的成本效益和环境友好性已经成为控制挥发性有机化合物(VOCs)含量和气味气体排放的常规技术。营养物质的均匀分布，生物膜，介质床内的气体流是成就一个性能优良的生物过滤器至关重要的因素。而由本实验室开发的管式生物过滤器(TBFs)已经证明了这种优势。
　　 本实验的管式生物过滤器以聚氨酯海绵作为填料，研究了在不同有机负荷、气体停留时间(EBCT)、进气量和表面活性剂等条件下乙苯废气的去除效率(RE)。实验同时记录了管式生物过滤器启动阶段的表现。初期使附着在填料上的微生物暴露在浓度为40 mg·m-3的乙苯废气中40天，此时的气体停留时间为15秒，使微生物慢慢适应并逐步降解乙苯废气。然后连续地控制管式生物过滤器的入口乙苯浓度为40，80，120和160 mg·m-3，以使有机负荷逐步升高。结果表明，乙苯去除效率随着有机负荷的增大而逐步减小。当气体停留时间从15秒增加到30秒和60秒而有机负荷控制在38.60 g·m-3·h-1时，乙苯废气去除效率略微增加。此外，随着进气量的增大乙苯废气的最大平均去除效率有所下降而此时的降解容量增大，这个过程中乙苯进气浓度保持不变。结果进一步说明了，在营养液中加入聚乙二醇辛基苯基醚这种表面活性剂可以提高乙苯废气的去除效率。
　　 除此之外实验结果证明了:用本生物过滤器进行乙苯废气的处理，具有填料使用寿命长，易于控制，去除效率高，去除能力大等优点。因此，此方法降解VOCs具有广阔的应用前景。另外在长达238天的实验期间，此管式生物过滤器在未进行反冲洗的条件下，能够长期稳定运行对低浓度乙苯废气有较强降解能力。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 挥发性有机物及其来源与危害

1．1．1 挥发性有机物的概念

1．1．2 VOCs的种类和来源

1．1．3 VOC控制排放标准

1．1．4 VOCs的主要危害

1．2 VOCs的常规处理方法

1．2．1 吸附法

1．2．2 吸收法

1．2．3 冷凝法

1．2．4 膜技术

1．2．5 燃烧法

1．2．6 光催化技术

1．2．7 高压脉冲电晕法

1．2．8 生物法

1．2．9 各种处理方法比较

1．3 生物处理法

1．3．1 生物法的起源与应用

1．3．2 生物法净化VOCs的理论原理

1．3．3 生物法的分类

1．3．4 各种生物法的比较

1．3．5 生物法净化技术的研究现状及发展趋势

1．4 研究目的、意义和研究内容

1．4．1 研究目的与意义

1．4．2 研究内容

第2章 实验材料与方法

2．1 管式生物过滤系统

2．1．1 实验装置

2．1．2 工艺流程

2．1．3 配气系统

2．1．4 营养液供给系统

2．1．5 恒温水浴系统

2．2 实验条件的控制

2．2．1 反应器温度的控制

2．2．2 反应器湿度的调节

2．2．3 营养物质的供给

2．3 实验材料

2．3．1 VOC废气的模拟

2．3．2 聚氨酯海绵填料

2．3．3 表面活性剂的选取

2．3．4 实验药品

2．3．5 仪器设备

2．4 实验方法

2．4．1 分析仪器

2．4．2 分析条件

2．4．3 样品测定

2．4．4 控制操作条件

2．4．5 反应器启动

2．5 标准曲线的制定

第3章 结果与讨论

3．1 实验内容

3．2 运行参数

3．3 微生物的驯化和管式生物过滤器启动性能研究

3．4 不同有机负荷对管式生物过滤器性能的影响

3．5 不同EBCT对管式生物过滤器性能的影响

3．6 不同进气量对管式生物过滤器性能的影响

3．7 表面活性剂对管式生物过滤器性能的影响

3．7．1 表面活性剂在生物法降解VOCs中的机理

3．7．2 表面活性剂对微生物及生物膜的影响

3．8 生物反应器生物相初步研究

3．9 低负荷下的长期运行性能

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学位论文目录

致谢