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生物过滤法净化含苯系物废气的研究

王宝庆

  生物法净化低浓度挥发性有机废气(VOCs)的工艺,相对于燃烧、吸附、吸收和冷凝等传统净化工艺,具有净化效果好、投资少、无二次污染等优点,因此已经受到人们的广泛重视。本文以三种陶粒为填料,以乙苯为目标污染物筛选出的优势菌——葡萄球菌,对生物过滤塔进行挂膜,试验研究了生物过滤塔的净化性能,分别研究了入口体积负荷(入口浓度)、填料特性、喷淋液温度、喷淋液pH值、填料含水率、表面活性剂和停留时间等对生物过滤塔净化含乙苯废气效率的影响,得出了含乙苯废气生物降解过程的动力学模型,并用试验数据进行了验证。对生物过滤塔运行过程中的压降进行了分析。以筛选出的乙苯降解菌对BTEX的生物降解行为进行了比较研究。三种不同填料的生物过滤塔对废气中的乙苯的降解有着相同的规律,但三种不同填料在不同停留时间下对废气中的乙苯的降解性能存在着差异。生物过滤塔净化含乙苯废气的影响因素的研究结果表明,2~#填料的挂膜性能和净化效率均好于其他两种填料,且填料层压降适中,因此更适宜选用2~#填料作为生物过滤塔的过滤介质。生物过滤塔净化废气中的乙苯的效率在喷淋液温度为25℃时达到最高。利用方程k_T=k_(25)θ~(-|T-25|)对温度系数进行了分析讨论,1~#填料,零级反应时θ=1.013,一级反应时θ=1.037;2~#填料,零级反应时θ=1.010,一级反应时θ=1.045。结果表明无论哪种填料,温度对一级反应的影响比对零级反应的影响要大,不同填料对温度系数的影响不显著。生物过滤塔净化废气中的乙苯的效率在喷西安建筑科技大学博士学位论文淋液pH二7时达到最高。生物过滤塔净化废气中的乙苯的效率与填料含水率密切相关,1”填料和2“填料的含水率分别为34.6%和46.5%时,生物过滤塔的体积去除负荷达到最大。较长时间停止喷液,会严重影响生物过滤塔的净化效率。因此,为保证生物过滤塔的稳定运行,应使填料含水率保持在一定范围之内。添加表面活性剂可以改善生物过滤塔对废气中的乙苯的净化效率,如气体停留时间为28.35时,添加浓度为0.03mol几的十六酸钾溶液,可以使净化效率提高25.86%。但添加硅油的效果并不明显,并出现了异常情况。当气体停留时间较长时,废气中的乙苯的降解较为充分;当气体停留时间缩短后,废气中的乙苯的降解效率下降。在稳态条件下,以气体传质和生物降解过程为出发点,用零级反应的扩散限制方程对试验数据进行回归拟合得好,这表明生物过滤塔对废气中的乙苯的生物降解过程为零级反应扩散限制过程。在此基础上,用试验数据回归得出了粤与:,*的关系为:低_·92芍留,,‘(l“填料,吼,,<6000mg·m一,)‘、产、、了m-am-s.33C奋犷,6,(2“填料,C;,*<6500mg·﹃、J,l︸、曰一、︶一、︺八石239.39C奋犷64,(3#填料,Cg,*<650omg·=381·45C苏广864(三种填料,吼,*<6500mg·m一)·低一·低一·丛利用上述四个方程,针对不同的入口浓度吼,i。值,可以得出相应的刀值,将刀值代入方程C*,一cg,,[l一脚1,,可以计算出生物过滤塔不同高度处的出口浓度c脚)值。因此,可以利用所得出的方程对生物过滤塔降解废气中的乙苯的效率进行实时预测,对于生物过滤塔的设计具有参考价值。剥田厉栩‘p~、。、卞担AP,。八(l一约,叩.,,二(l一约娜,夭n成但中的方胎个U川J匕个民气七rgun少刀左主二二二二巧0全二‘一二二一一一二二一一+1 .75兰‘二二二二一冲川少Tl号山廿Ul二l冻h二,(丸d尸)z:,丸d,「L,,。L,_L,1率方程二厂=1一(1一二。)}(1+份)j一于(份)‘(2份+3)}对填料层的压降进行模拟,L入4入人J西安建筑科技大学博士学位论文得出了由于生物质量增长而使得填料层空隙率减小,最终导致填料层压降增加的结论,方程模拟值与试验值比较,较好的反映了废气中的乙苯生物降解过程中压降的变化。由乙苯驯化得到的优势菌对BTEX生物降解的研究表明,生物降解由易到难的顺序为:甲苯>苯>二甲苯>乙苯。证实了生物降解程度的不同与苯环上取代基种类和数量有关。生物过滤塔对BTEx降解的最优氮源浓度是2.09·L一1,当氮源浓度大于2.09·L一‘时,BTEx的生物降解均受到抑制。通过试验得出了BTEx的生物降解过程中co:产生量凡与BTEX的体积去除负荷L;之间的关系,只与L,间的直线回归方程分别为:甲苯:Pc=0.%Lr+7.07苯:Pc一1 .05五;+3.99二甲苯:Pc=l .00Lr+l .42乙苯:Pc一o.96L;+1 .06并以BTEX的生物降解反应方程acmHn+beo伽HZ)2+eOZ一CsH7NoZ+dCOZ+eHZO“基础,利用父的试验值得出了BTEX的反应系数,表明尽管BTEX的降解程度不同,但BTEX存在相同的降解途径。……   
[关键词]:生物过滤法;含苯系物废气;影响因素;动力学方程;压降;BTEX
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西安建筑科技大学2004年