生物滴滤器处理挥发性有机物的模拟研究

摘要

生物滴滤器(Bio—trickling Filters，BTFs)是一种处理低浓度挥发性有机物(Volatile Organic Compounds， VOCs)的有效手段，它通过生长在填料表面的生物膜内的微生物捕获并降解污染物来实现污染物的治理，具有成本低、操作简便、无二次污染等优点，它克服了传统生物过滤器运行过程中出现的气体短流、营养液分布不均等问题，能一定程度上减轻反应器内生物膜的过度蓄积或堵塞。对不同操作条件下生物滴滤器去除VOCs、生物膜生长动力学、生物膜时空分布规律、生物膜蓄积率等进行模拟研究，对于了解生物法处理机理、促进生物膜反应器在VOCs控制方面的研发与应用，具有重要的理论和实际意义。 本研究在气液双膜理论的基础上，依据质量守恒定律和莫诺特动力学方程，建立了挥发性有机物在生物滴滤器气相、水相和生物膜相中的传质降解模型。模型考虑了因生物膜增长而导致的介质比表面积和空隙率变化，及其对去除效率的影响。通过忽略液相传质阻力来简化模型，分别运用配置法、解析法、龙格—库塔法来数值求解生物膜相和气相的传质降解和生物膜的增长模型方程，并在MATLAB软件环境编程求解。 模型研究结果表明：甲苯去除效率随气体停留时间的增加而增加，随进气有机负荷的增加而减小，在进气口处甲苯降解速度最大，随着到进气口轴向距离的增大，去除效率增加速率呈递减趋势；进气口处填料孔隙率随气体停留时间的增加而下降，随进气有机负荷的增加而下降；生物滴滤器内生物膜蓄积率随气体停留时间的增加而增加，随进气有机负荷的增加而增加；生物滴滤器内甲苯浓度分布模拟曲线说明进气口处的填料层对甲苯去除起最重要的作用，甲苯的去除效率增加速度随到进气口轴向距离的增加而减小。 试验结果证明该模型能较好地模拟生物滴滤器去除VOCs的动态运行性能。有助于更好的理解系统运行机理并优化系统设计参数，为实现生物过滤法在废气治理中的应用和推广奠定基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录，主要符号表

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2 VOCs污染治理技术

1.2.1 吸附法

1.2.2 吸收法

1.2.3 冷凝法

1.2.4膜分离法

1.2.5燃烧法

1.2.6 光催化技术

1.2.7 电晕法

1.2.8生物法

1.3.1 生物处理技术原理

1.3.2 生物法的适用范围及优缺点

1.3.3废气生物处理技术的发展概况

1.3.4生物过滤技术的主要研究方向

1.3.5主要生物处理技术

1.3.6气相生物反应器的关键设计控制参数

1.3.7生物处理法的菌种研究

1.4生物过滤过程的模型研究

1.4.1 生物过滤的机理

1.4.2各类模型简述

1.4.3 模型参数的估算

1.4.4生物过滤过程模拟的挑战

1.5立题目的与研究内容

1.5.1 立题目的

1.5.2研究内容

第2章 研究方法

2.1实验材料与方法

2.1.1 实验装置

2.1.2 工艺流程

2.1.3 VOCs源气

2.1.4 营养液

2.1.5 测定方法

2.2模型建立

2.2.1 条件假设

2.2.2气相方程

2.2.3水相方程

2.2.4生物膜相方程

2.2.5 生物膜增长方程

2.2.6去除效率

2.3本章小结

第3章 模型简化及数值解法

3.1 引言

3.2模型简化

3.3参数选择与估值

3.3.1 生物膜脱落复合系数

3.3.2有效比表面积和孔隙率

3.3.3 水/生物膜中的扩散系数比

3.3.4生物膜蓄积量

3.3.5其他参数取值

3.4模型求解

3.4.1 数值求解方法

3.4.2编程的MATLAB环境

3.5本章小结

第4章 结果与讨论

4.1甲苯去除效率的变化规律

4.1.1 有机负荷对甲苯去除效率的影响

4.1.2 停留时间对甲苯去除效率的影响

4.1.3 生物滴滤器长期运行状态下的甲苯去除效率

4.2甲苯浓度时空分布曲线

4.3填料孔隙率的时空变化规律

4.3.1 气体停留时间对填料孔隙率的影响

4.3.2有机负荷对填料孔隙率的影响

4.3.3 系统长期运行状态下填料孔隙率随时间变化规律

4.3.4填料孔隙率的空间变化规律

4.4生物膜蓄积规律

4.4.1 有机负荷对生物膜蓄积率的影响

4.4.2 气体停留时间对生物膜蓄积率的影响

4.5本章小结

结论与展望

1.研究结论

2.研究展望

参考文献

致 谢

附录