（环境工程专业论文）低浓度挥发性有机废气生物法净化的研究.pdf

摘要 生物滴滤器是目前最新的污染空气控制技术。它利h j 微生物技术米降解挥发 性有机废气。在德国和荷兰，针对那些米 畴 于j i 业与公共场合的恶臭气体，有毒排 放气体和挥发性有机气体，该技术已经成功的应用于这方面的污染治理了。由丁其 运行费用低，相比其它的污染空气控制技术，在处理可降解的低浓度有机废气方面， 生物滴滤器具有更大的餐济优辨。而且在环保方面，生物滴滤器还具有低能颦消 耗和无二次污染转移。j 首先，本文介绍了生物滴滤器的历史和日前的发展状况，强调了该技术潜在的 科学意义和工程前景。其后，本文介纠了有关实验方面的内容。实验运 i ；| 生物滴滤 器以甲苯作为其唯一碳源探索处理挥发性有机废气的新一l ：艺。实验结果表明其晟人 去除能力为1 8 8 5 m g l h 。虽后，针对目前国际上常州的吸收一生物膜理论在描述生 化法净化低浓度挥发性有机废气机理过科中存在的问题，建立生物滴滤器净化低浓 度甲苯废气的动力学模型。该模型与实验数据之问有很好的相关性。实验研究表明 生物滴滤器净化甲苯废气是一个以气膜控制为主的传质过挫，其中甲苯的生化降解 属于瞬时快速生化反应，即甲苯的生化降解反戊速率远远超过甲苯在液膜中的扩散 速率，在甲苯的一定负荷f ，甲苯的生化降解在气液相界面处即可发生，其宏观表 现即为甲苯气体直接吸附在润湿的生物膜上斤迅速被微生物降解。因此，我们可以 从气体吸收理论的新角度上击解释生物法挣化废气中低浓度挥发性有机物的动力学 过程。对于低浓度挥发性有机废气的生物法净化装置的设计与操作而言，凡是可以 改进传质条件，减少气膜传质阻力的措施都能强化生物滴滤器的净化能力。 关键词：挥发性有机气体生物滴滤器动力学模型 甲苯，消拜j i 自助 。 、 a b s t r a c t b i o t r i c k i n gf i l t e r i sa r e l a t i v e l y r e c e n ta i r p o l l u t i o nc o n t r o l ( a p e ) t e c h n o l o g yi n w h i c h o f f - g a s e sc o n t a i n i n gb i o d e g r a d a b l ev o l m i l eo r g a n i cc o m p o u n d s ( v o c ) o fi n o r g a n i c a i rt o x i c sa l ev e n t e dt h r o t l g haa c t i v eb i o f i l mp a c k i n g m a t e r i a l t h i st e c h n o l o g yh a sb e e n s u c c e s s f u l l ya p p l i e di ng e r m a n ya n dt h e n e t h e r l a n d si nm a n yf u l l s c a l ea p p l i c a t i o n s f r o maw i d er a n g eo fi n d u s t r i a la n dp u b l i cs e c t o rs o u r c e s c o n t r o le f f i c i e n c i e so fm o r e t h a n9 0p e r c e n th a v eb e e na c h i e v e df o rm a n yc o m m o na i r p o l l u t a n t s d u et o l o w e r o p e r a t i n gc o s 乜b i o t r i c k i n gf i l t e rg a bp r o v i d es i g n i f i c a n te c o n o m i ca d v a n t a g e so v e ro t h e r a p e t e c h n o l o g i e si fa p p l i e dt oo f f - g a s e st h ec o n t a i nr e a d i l yb i o d e g r a d a b l ep o l l u t a n t si n l o wc o n c e n t r a t i o n s e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t si n c l u d el o we n e r g y r e q u i r e m e n t se n dt h e a v o i d a n c eo f c r o s sm e d i at r a n s f e ro fp o l l u t a n t s f i r s t l y , t h i sp a p e rr e v i e w st h eh i s t o r ya n dc n l t e n ts t a t u so fb i o f i l t r a t i c o ，o u t l i n e si t s u n d e r l y i n g s c i e n t i f i ca n de n g i n e e r i n g p r i n c i p l e s ，a n d d i s c u s s e st h e a p p l i c a b i l i t y o f b i o f i l t e r sf o raw i d er a n g eo fs p e c i f i ce m i s s i o n s o u r c e s s e c o n d l y , t h i sp a p e rr e p o r t s e x p e r i m e n t so nt h ep u d f i c a t i o no f e x h a u s ta i rc o n t a i n i n go r g a n i cp o l l u t a n t sb yan e w p r o c e s su s i n ga b i o t r i c k l i n g f i l t e r t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w st h a tt h em a x i m u m e l i m i n a t i o nc a p a e i t y ( e c 、o f t h eb i o t r i c k l i n gf i l t e rf o rt o l u e n ec o u l dr e a c h1 8 s 5 m z , h i f o r t h ep r o b l e m si nd e s c r i b i n gt h em e c h a n i s mo fp u r i f y i n gt h ew a s t eg a sc o n t a i n i n gv o l a t i l e o r g a n i cc o m p o u n d sb yu s i n gt h e “a b s o r p t i o n - b i o f i l mt h e o r y ”w h i c hi so f t e nu s e di n t h e w o r l d ak i n e t i cm o d e lf o rt h ep r o c e s so fp u r i f y i n gw a s t eg a sc o n t a i n i n gt o l u e n ei nl o w c o n c e n t r a t i o n b yu s i n g t h e b i o t r i c k l i n g f i l t e rw i t hb i o f i l m p a c k i n g - m a t e r i a l w a s e s t a b l i s h e d b yc o n t r a s t ，a9 0 0 ds u i t a b i l i t yo f t h ek i n e t i cm o d e lf o r p r a c t i c a lp r o c e s sw a s v e r i f l e d t h ei n t e r r e l a t i o nc o g ：塌c i e n tb e t w e e nc a l c u l a t e dd a t aa n de x p e r i m e n m ld a t aw a s v e r yi n o s c u l a t a d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ep r o c e s so fp u r i f y i n g w a s t eg a sc o n t a i n i n g t o l u e n ei nl o wc o n c e n t r a t i o nb yu s i n gt h eb i o t r i c k l i n gf i l t e ri sam a s st r a n s f e rp r o c e s sa n d c o n t r o l l e dm a i n l yb yg a s - f i l m t h eb i o d e g r a d a t i o no ft o l u e n ei nt h eb i o t r i c k l i n gf i l t e r i s a ni n s t a n t a n e o u sh i g h - s p e a db i o c h e m i c a lr e a c t i o n t h eb i o d e g r a d a t i o n o ft o l u e n ei s o b v i o u sb i g g e rt h a nt h ed e f f a s i o nr a t eo fi t sp a s s i n gt h r o u g hl i q u i d f i l m ，s ot h a tt h e b i o r e a c t i o n 啪h ea c c o m p l i s h e da tt h eg a s - l i q u i di n t m f a e e t h em a n r o s c o p i c a ie x p r e s s i o n o f t h i sp r o c e s s i o no ft h i sp r o c e s si st h a tt o l u e n e - g a si sd i r e c t l ya d s o r b e do nt h es u r f a c eo f w e t t e db i o f i l ma n dt h e ni s r a p i d l yb i o d e g r a d e db ym i c r o o r g a n i s m f o rt h i sl t a s o n ，t h e k i n e t i cp r o c e s so f b i o p u r i f y i n gt h ew a s t eg a s e sc o n t a i n i n gl o wc o n e e n t r a t i o nv o cc o u i d b ed e s c r i b e d , f r o man e w p o i n to fv i e w , b yu s i n gt h eg a s - a d s o r p t i o nt h e o r y f o rt h ed e s i g n a n do p e r a t i o no ff a c i l i t i e si nt h eb i o l o g i c a lm e t h o d ，t h ee v e r ym e m s u r eo f i m p r o v i n gt h e l a t r a n s f e rc o n d i t i o no f d e c r e a s i n g t h e g a s - f i l m r e s i s t a n c ec a r l s t r e n g t h e n t h i s b i o p u r i f i c a t i o np r o c e s s k e y w o r d s ：v o l a t i l eo r g a n i c c o m p o u n d s b i o t r c k l i n gf i l t e r k i n e t i cm o d e lt o l u e n e e l i m i n a t i o nc a p a c i t y 武汉理t 大学碰l 毕业论文 1 生物法处理低浓度有机废气研究概述 有机废气污染是人气污染控制的一个重要方面”。其一般米源丁i ：业生产过糕。 包含苯，甲苯多环芳烃有机硫化物等挥发性有机物( v o c s ) 以及恶臭物质”。美 国国家环境保护局( e p a ) 公布的有毒气体拌放消单( t r i ) 中的2 5 种气体中，有机气 体 1 8 种。美国1 9 9 0 年通过的清洁空气法修正案严格限制了1 8 9 种危险空气污染物 的排放，其中7 0 是挥发性有机物。中国环境监测总站提出的中国环境优先污染物名 单中共有6 8 种优先控制的污染物。其中有机化台物为5 8 种，i i 总数的8 5 2 9 。这 些法规的提出促进了包括生物过滤法在内的废气控制技术的研究和麻_ l l j ，人规模的生 物过滤装置开始被建立片! | 来处理各种污染气体。由丁这些有机化合物人部份具有易挥 发性，所以对有机废气的治理成为大气污染治理中不可忽视的一个重要部份传统处 理有机废气的i ：艺有吸收法，吸附法，催化燃烧法。但对r 低浓度有机废气的处理， 这二种方法l ：艺复杂，运行费用高不适台处理此类既无同收价值，义严重污染环境 的低浓度有机废气”1 。而生物法可利用异养型微生物生命代谢过程对多种有机物雨i 某 些无机物进行降解，可以有效地去除工业废气中的污染物，而且处理这类有机废气具 有- 哎各简单，运行费用低，较少形成二次污染等优点，尤其是在处理低浓度可降解的 气态污染物方面与传统处理工艺相比更显示其经济性”。 1 1 生物法处理低浓度有机废气工艺方法简介 根据微生物在处理工艺中的不同存在形式，有机废气生物法处理的类型可分为悬浮 生k = 系统、同定膜生长系统、_ 十地生长系统 1 1 1 悬浮生长系统 这种方法又称为生物吸收法。其基本流程是止有机废气通入吸收器与悬浮浪充分 接触，悬浮液一般采用活性污泥悬浮液它的吸收性能比清水高很多。有机废气在经 过活性污泥悬浮液吸收后由塔顶捧出。吸收了有机废气的悬浮液同流到悬浮液再生 器，通过空气的曝气作用降解有机物并再生，然后再循环到吸收器中。如图1 1 。 吸收器中气液相的接触方法依据吸收过榉中何者为控制步骤可采州液相喷淋或 气相鼓泡，若气相阻力大，可采用喷淋法若液相阻力人可采h 鼓泡法。喷淋法装置 为多孔式结构，含微生物的水从塔顶向下喷淋，有机废气白f 而上与之逆向接触然 后由塔顶捧出鼓泡法则与污水厂的生物曝气法类似有机废气在悬浮液f 部均匀鼓 泡并与悬浮液充分接触，然后从塔顶捧出- l 武汉理工大学硕士毕业论文 再生反应器的主要功能是让悬浮液在人工曝气作用下降解吸收到悬浮液中的有机 废气，并使其再生。通常雨生反应器与吸收器相对独立。但如果有机废气易被吸收， 易降解而且量较少，也可充分利用有机废气中的氧气使整个j 二艺在同一反应器内发生， 即吸收，降解有机废气和再生悬浮液，在同一反应器内完成。这样可省去一个反应器 和循环设备 在悬浮生长系统中，活性污泥的性能十分关键，其m i s s 浓度、p h 值、溶解氧、驯 化程度与有机废气去除率关系密切，有资料表明活性污泥中添加5 ( 重量) 粉状活性 炭时更能适应负荷变动，井可减少泡沫形成并且由丁粉状活性炭的加入可以加强对 有机废气的吸附，从而延长有机废气在吸收器中的停留肘间，所以可以提高对有机废 气的去除效率。 嵝 一曼蔓乎里曼望 i ；气 l 爱 ! r ：器 活 性 污 泥 悬 浮 液 再 。生 器 。行。面西再面矛 事气 图1 1 悬浮生长系统流程 1 1 2 固定膜生长系统“” - 固定膜生长系统是在反应器内填充填料，让包含微生物的喷淋液从反应器上部喷 淋填料，使填料表面挂膜有机废气从反应器底部通过至下而上与生物膜接触在 生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下有机废气得以净化。其典型_ 艺是生物滴 滤器( b t f ) 。见图 。1 。该处理方法是介于悬浮生长系统和土地生长系统二者之间生物 处理技术兼具二者的优点。美国 o n s a r t oc h e m i c a l 公司用固定膜生长系统处理气 量为1 0 0 0 m g 一的乙醇、乙醛、丁醛、苯乙烯废气v o c s 去除率高达9 9 有资料表 明用固定膜生长系统处理甲苯废气具有很高的去除率。每升生物膜填料对甲苯的去除 量最大可达1 5 7 1 3 m g l l h 。 2 武汉理工大学顺士毕业论文 在固定膜生长系统的运行过程中，在一定范围内，入口气体浓度及气体流量与去 除率成正比这与所采用的微生物种类有报大的关系，而且加大有机废气负荷在一定 程度上可以加速生物膜的更新，使老生物膜及时被新生物膜所取代。另一方面，喷淋 量与去除量也有密切的关系。一般来说，应以小喷淋量为宜这主要是因为有机废气 难溶于水其降解必须先要被吸收。而喷淋量过火会使水对有机废气的抑制作川显得 更为突出，阻碍了生物膜中有机质及矿物质对有机废气的吸收。c h i o n 等( 1 9 8 5 ) 曾研 究了不同水分含量( r h ) 对m 一二氯化苯的吸附量影响的定量芙系表明吸附鬣随水 分含量的增加而减少“”。 固定膜生长系统的填料般采用陶瓷、塑料或不锈钢拉西环，填料不但要利丁微 生物挂膜，而且还要提供很_ 人的传质面积，以利丁微生物胞外酶帛i 有机废气在填料霸i 生物膜界面赴富积，从而提高反应速度育机废气在进入同定膜生k 系统之前须除尘， 以免气体中的颗粒物堵塞填料，同时还必须去除对微生物毒性根人的物质，如s 吼以 防止微生物中毒。通常有机废气与填料层的接触时问人约为3 0 s - 1 0 0 s 其浓度在 1 0 0 0 m g m 3 以下最大不应高于3 0 0 0 5 0 0 0 m g m 5 。 1 1 3 土地生长系统 有机废气的土地生长系统属于废气自然处理范畴，就是在人工控制的条件r ，将有 机废气通入土地中通过土壤和微生物种群与之发生物理、化学、生物化学、物理化 学作用而使有机废气得到净化的一种处理1 ：艺。甲删，含有丰富有机质的十壤被作为 介质随后又采用含微生物鼍更高的堆肥作为过滤介质。日前以活性炭为代表的介质 叉开始引起人们的关注 1 _ 1 3 1 土壤法” 是利用土壤中有机质及矿物质将有机废气吸附、浓缩剑十壤中然j 亓利州十壤中 的微生物将其降解的方法在自然界中土壤是微生物生活墁适宜的环境，它具有微生 物生长繁殖所必须的一切营养物质和各种条件，故十壤有“微生物天然培养基”之称。 有人统计，在肥沃土壤中6 英寸厚的表土层内每英亩含细曲和真菌超过2n 屯。 土壤法的处理流程见圈1 2 。一般来说有机废气先由风机送入扩散层，通过布 气管使气体均匀分布。然后有机废气再经过土壤降解层与十壤中有机质及矿物质充分 接触以达到吸附的目的，然后由相应的微生物种群逐步降解吸附在土壤上的有机物a 扩教层由扭、细石子及黄沙组成，可以使有机废气均匀分布，其厚度一般为4 0 一5 0 c m 。 土壤降解层由砂土混和组成，一般混合比例是：粘士1 2 ，富含有机质沃十1 5 3 细砂土5 3 9 ，租砂2 9 瞄。其厚度一般为5 0 一l o o c m 。而且十壤应保持适宜条什以维持 3 t j i ；c 汉理丁大学倒士毕业论文 微生物正常工作。一般来说温度在2 7 8 3 0 3 k 湿度在5 0 - 7 0 ，p h 住7 - 8 左矗为住。 据报道在士壤中加入某些改良荆可改进土质、提高去除率。有资料表明在_ 十壤中混入 3 鸡粪和2 唠珠岩石，透气性能不变，而对甲硫醇去除率可提高3 4 对_ 二甲基硫提 高8 0 对二甲基二硫提高7 0 。土壤使用一定时间后一般都会节酸性趋势，可加入j i 灰进行调整。 由于士壤法具有设备简单，运行费_ e l ；f 抵维护操作方便等优点。荷兰、日本等国 家将其运用于食品加工厂、皮革厂、污水厂、制药厂的恶臭气体净化。目前我国也止 在开始这方面的_ 1 ：作。 净化气体排出 一 - 一r 一一 空气加湿器i 一_ ：。i ：? i j 誓 ； i 0 +j ? 填料层 一j 废气蔓乏二兰二羔二二量；粤1 尊 一气i 一、o 托层， 废水 圈i 2 土地生长系统工艺流程图 1 1 3 2 堆肥法“”1 该法利用污东处理厂的污泥、城市垃圾、动物粪便等有机物为原料经好氧发酵和 热处理得到许多适于处理有机废气的微生物由于堆肥法中的有机质比十壤法中的 有机质多得多。所以堆肥法中的单位体积微生物量比土壤法中的多而且更有利丁微 生物的繁殖生长。这种特性的外在表现是堆肥法的气固接触时间比土壤法的少一二# ， 大约为3 0 s 左右。堆肥法的装置与土壤法的类似，都必须保证有机废气在降解层均匀 分布，接触充分，以达到高去除率德国一家堆肥厂实验数据表明当单位生物滤层气 体负荷为6 0 q h 一，气固接触时间为2 4 s 气体浓度可由2 3 0 m g m ( 有机碳计) 降至 8 3 m g m 3 。去除率达9 6 4 为了防止有机废气在未经分解下泄露，可在堆肥层上种植 花草，并经常浇水使堆肥保持5 0 - 7 0 的湿度，这样还可避免表面干裂。近几年，美国、 荷兰、德国已开发出封闭式生物过滤产品以增强过程的控制能力如美国的h o n s a n t o 武汉理工太学碗士毕业论文 公司开发的d y n az y m e 生物过滤器1 可去处废气中的醛、酮、酵、甲苯、苯乙烯、 h 矗和硫醇等，其恶臭物质击除率为9 9 ，v o c s 去除率为9 5 。般来说堆肥使刚一年 以上时，由于降雨和微生物的排泄物，堆肥层会酸性化，这时应及时调整堆肥层的p h 值。另外还要每二年一次定期补给微生物生长所需的碳素养料 1 2 低浓度有机废气生物处理的发展历史及国内外研究热点 1 2 1 发展历史” 对于生物法处理低浓度有机废气的研究首先是由西德和美国开展的。最初的报道 是在1 9 2 3 年，b a c h 提出了h | 生物方法处理来源于污水处理厂的含h 6 臭气的基本概念， 而且2 0 世纪5 0 年代，在西德和美国才出现了这种概念的应用。1 9 5 7 年，p o m e r o y 在美 国申请了用土壤床处理臭气的专利( n o 2 7 9 3 。0 9 6 ) 并在加利福利亚应用了该技术， 1 9 5 9 年西德纽伦堡市污水处理厂也采用了土壤床来处理臭气。在美国，2 0 世纪6 0 年代c a r l s o n 和l e i s e r 首先对生物过滤器去除h 占气体作出了较为系统的研究，并 将此技术运用在几个污水处理厂。 真正用生物法处理挥发性有机物( v o c s ) ”1 ，是于2 0 世纪8 0 年代开始的。此时， 土壤处理技术己被生物过滤器( b i o f i l t r a t i o n ) 技术取代因为在b i o f i l t r a t i o n 中 填料( 即微生物的载体) 不再只是使用土壤，而是采用微生物含量更多生物相更广 泛的污水厂污泥、泥煤、粪便、术屑等填料，随后又出现了生物滴滤技术( b t f ) 和 生物吸收法( b i o s c r u b b e r ) 这两种技术与前二种技术相比更具有应用价值，可以大 大碱少反应器的体积和t 地面积，同时也缩短了处理的周期降低了压降，减少了处 理成本，适用性更强。例如，白8 0 年代初德国越来越多地将生物法用于工业设施( 如 化工厂、印刷厂以及油漆喷涂车间等) 捧放的挥发性有机化合物( v o c s ) 和有毒气体的控 制。目前这种技术在欧洲、日本和北美等地都有大量的研究和实际应用国外学者， g e r ol e s o n ，g e o r g ea k i r c h n e r ，o t t e n 口 a r 等人”。”1 就对生物法处理低浓度有机废气 作了一定的相关研究及实验国外利用生物技术处理有机废气的研究已有3 0 年的历史 其中生物滤池、生物滴滤蟮技术已比较成热以生物滤池为倒目前在荷兰、德国和 美国的许多化工公司得到应用，已建有5 0 0 多座生物滤池工业装置。目前可提供成套 技术和装置的国外公司有“”：b a y e r a g 、b r a i n t e c h g m b h 、e n v i g m b h 、h o l z e m a n n g m b h 、 c o m p r i m o b v 、m o n s a n t o 等，主要为德国、荷兰及美国的公司。这些设备可用来处理古 甲苯、二甲苯等苯类物，酯、醇、醛、四氢呋喃、酮、酚、硫醇等硫化物的废气。可 使v0cs 的去除率达到9 傩以上。恶臭物质去除率 9 溉。1 9 9 2 年在美国 s 武汉理工大学碰卜毕业论义 s p r i n g f i e l d ( m a ) 和t r e n t o n ( m i ) 的两个情况相似的聚合物生产厂分别安装了生物滤 池用以处理两厂排放的咀乙醇为主，含有少量醛类雨i 醚类的有机废气，在3 0 3 5 ， 停留时间1 0 0s 下，v0cs 质量浓度由进口的4 0 0 7 0 0 mg m3 降为出口的2 0 7 0 m g m 3 去除率为9 0 9 5 ，生物降解速率为1 5 2 5g ( m3 h ) 。与国外相比， 国内这方面的研究没有广泛开展，仅限于一般的实验和对该技术的介绍，还没有将该技 术应用于具体实际_ 【程。在国内有关的研究中，清华大学李国文0 1 选取活性炭、拉硝 环为生物滴滤塔滤料，甲苯为v0 cs 代表，研究滴滤塔v 0cs 生物降解性能。实验 表明，在总有机负荷低于4 0 0g ( h m ，停留时闻小于9 0s 的实验条辨：f ，滴滤塔 对甲苯有较强的降解能力其最大去除量为1 4 0 m g l h ，滴滤塔中c02 生成量随甲苯 降解量的增加呈线性增长，但实验增长速率小丁理论增睦速率：苗落分析表明，滴滤塔 中微生物主要有真菌、杆菌、芽孢杆菌其中芽孢杆菌为优势菌种。综上所述，由丁 对生物法去除有机废气的研究还停留在实验阶段，实际方面的应_ l i 相对米说还是报少。 所以，对于生物法处理低浓度有机废气的研究还存在很多未知的领域。 1 2 2 国内外研究热点 到目前为止，生物滴滤器( b t f ) 越来越受到重视对它的研究主要集在如下几点： ( 1 ) 反应动力学模型的研究：( 2 ) 填料性能的研究：( 3 ) 一种或儿种v o c s 同时处理 效果的研究；( 4 ) 优势菌种的研究。 ( 1 ) 对于反应动力学模型的研究是目前生物法处理v o c s 研究的前沿热点课题之 ”。0 t t e n g r a f 于1 9 8 7 年提出了著名的生物膜一吸收理论该理论的提出是建立在 以生物滤池为研究的基础上对于生物吸收法币i 生物滴滤净化有机废气过程机理的描 述较其它理论更为适合。昆明理工大学的孙佩石依据对生物膜填料塔净化低浓度甲苯 废气过程的生物化学反应类型、过程控制因素年| i 生物膜作用等机理问题的分析研究 定义btf 为一个以生物膜为有效吸附表面、以活菌体为生物反应活化中心的吸附生 物化学反应过程，并据此建立了“吸射一生物膜”理论及相应的动力学模式该模式计 算值与实验值之间有较好的相关性。c h r i s t o s “l j 于1 9 9 7 年针对b t f 处理氯苯( m - c b ) 也提出过相应的动力学模型但是适用性不广泛十分局限所咀目前在这方面还没 有系统的模式，我们只有通过加深对反应机理的研究，找出控制反应过程的内在依据 才能建立系统，完全的动力学反应模式。 ( 2 ) 相对反应动力学模型而言，对于填料性能的研究似乎走得更快一些s o r i a l ”1 通过实验用g r f 测试了二种人工合成的填料性能一种是x o n o l i t h i cc h a n n e li z e d m e d i u ( 蛐删) 另一种是p e l l e t i z e dc e r a m i cm e d i u m ( p 删) ，以k 期运行对v o c s 的 6 武汉理工人学硕士毕业论史 去除率反冲洗后的恢复能力及气体停留时间为条件评价这二种填料的性能，虽后得 出p 咖更适合作为填料的结论国内的魏在山采用不锈钢环、瓷环、陶粒、塑料环、 海藻年i 、轻质陶块、煤渣等作为填料的试验研究，结果表明七种填料的净化性能顺序 为：海藻石 轻质陶块 陶粒 瓷环 不锈钢环 煤渣 塑料环。国内同济大学” 羌宁也作过类似的报道，怛其实验是在静态条件下得出的结论还需要根据实际】：艺 流程做进一步的研究，对于b t f ，深入研究填料的特性是非常重要的。作为微生物依附 的载体，填料在8 t f 中对v ( z s 的去除效果相当关键，我们必须通过实验，研究填料的 比表面积，孔隙率与单位体积填充层生物量的关系研究填料层高与v o c s 去除率的芙 系，研究填料层的堵塞及压降等问题。 ( 3 ) 随着b t f 对单一v o c s 降解研究的不断深入，现在越来越多的注意力转移到b t f 对多种v o c s 同时去除的研究上来“。”。k e n n e c h d o u g l a s 和j u li a 以单一的苯甲 苯，苯酚和三者的混合物进行生物降解实验，认为三者混合后各个物质的降解没有单 一物质的降解快，这是由于甲苯会抑制苯及苯酚的降解苯抑制苯酚的降解，苯酚基 本上对甲苯，苯的降解不产生抑制作用。r i c h a r d 和l e o n a r d 也以b t e x ( 苯、甲苯， 苯乙烯、邻二甲苯的缩写) 四种v o c s 混台作实验1 结论是在合适条什f ，b t x 的去 除率可达9 5 。其降解的难易顺序是甲苯 苯 邻二甲苯 苯乙烯，甲苯最容易降解。 c h u n g s y i n y 和e n d h a n g ”用b t f 处理b t e x 混合物的实验认为当b t e x 负荷低于 9 6 9 m 3 h 时，各个物质的去除率可达9 0 以上这种针对v o c s 混台物的实验是以模拟 现实情况为基础，因为在现实中，很少会只出现一种v o c s ，所以对v o c s 混合物降解的 研究十分有价值，由于混合物的v o c s 在降解过程中会出现各个物质之间抑制降解的情 况，以致影响备个物质及总体的去除效果，这也为我们选择更为适应的优势徽生物和 更为台适的工艺条件提出了新的要求，而在国内目前没有这种实验的报道，还处1 = 针 对单一v o c s 生物处理的研究阶段。 ( 4 ) 对于介绍生物法处理v o c s 的优势菌种的报道。国外在这方面己相当成熟c jk e l l y 和prb i e n k o w s k i 在分批培养实验中1 4 2 1 蛆p s e u d o m o n a sp u t i d ab 2 为优势菌种， 井利用p s e u d o m a n a sp u t i d ab 2 的生物发光性，观察甲苯的降解过程，发现当甲苯起 始浓度为l o 5 0 m g l 时，生物发光性以大约9 0 n a m p m i n 增长- 而与甲苯浓度为5 0 m g l 以上时，生物降解将会受到抑制k e n n e t h 和d o u g l a s 也以p s e u d o n o n a sp u t i d af 1 的优势菌种，观察甲苯、苯和苯酚的降解情况而在国内中科院的陆军“”等人也进 行了苯系化台物降解菌方面的研究，以甲苯，乙苯邻二甲苯等6 种苯系物为底物在 好氧条件下驯化，筛选和分离出以苯系物为唯一碳源和能源的优势微生物2 5 株。但是， 7 武汉理工大学硕士毕业论文 针对生物法处理有机废气方面的优势微生物的研究i i 作目前国内还没有开展，有进一 步研究的必要性。 1 3 本课题的研究内容、目的、意义 生物过滤法处理挥发性有机物或臭味在欧洲和美国已得到j - 泛的应用设备及 工艺都较为成熟。而在我国，这方面的研究还不多，专利技术的应用就更少但是化 ： 厂、炼油厂、溶剂t i l h 品储运、大规模畜禽养殖等场所挥发性有机物和臭味污染问 题十分严重，随着重污染、中等污染问题的逐步解决以及经济的发展，这些虽不致人 死命但影响面大而广的污染问题将被人们重视，生物过滤法将凭借其高效经济的优势 在市场上大行其道。对于生物过滤法的研究与开发我们应在吸收国外成果的基础上 注重设备的研究开发包括过程参数自动控制系统、布水布气系统、填料等为实 现生物过滤器产品的成套化、系列化，标准化奠定基础利用生物法处理此类有机废气 在国外己于七十年代就有较广泛的研究目前在国外约有近千座装置投 实际运行。 我国对有机废气的治理与管理相对较弱，但随着大气污染的日益严重和国家管理力度 的加大。对有机废气捧放的限制将日益严格低浓度有机废气的治理技术具有广阔的应 用前景特别是我国石油化工行业每年都会捧放大量的有机废气另外，大批工业污水 处理厂释放出的恶臭气体尚无有效的治理措施与传统治理方法相比，生物法处理有 机废气仅需要很少的投资和运行费用操作简单处理效果好。因此，该技术在我国石 油化工等行业将具有很好的应用前景，将会在空气污染控制中发挥巨大的作用。所以 本实验在针对低浓度有机气体处理方面具有很大的实际意义。 到目前为止利用生物法处理此类有机废气还存在许多问题尚待解决，这主要集 中在如f 几点： 1 ) 如何接种、驯化、培养适于降解特定有机物的微生物。 2 ) 如何加强有机气体从气相向液相转移的传质过程，以提高微生物对有机污染物 的生物降解速率。 3 ) 如何处理有机废气浓度、流量喷淋量与去除率之间的关系。 4 ) 如何建立更系统更全面的反应动力学模式。 本课思研究考虑从以上几个方面入手深入研究生物法处理低浓度有机废气的净 化机理，通过实验寻找适台的方法提高净化效率通过寻找有机废气浓度、流量、喷淋 量与去除率之间的关系优化生物滴滤器，强化去除效果以及与其它净化方法作经 济技术比较最后以建立适于本实验的一般性反应动力学模式为重点来探索生物法 处理低浓度有机废气的理论依据。 8 武汉理工大学硕士毕业论文 2 实验材科、设备及实验方法 2 1 实验材料及设备 g c l 0 2 m 型气相色谱仪上海精密仪器有限公司 t h 一5 0 0 型汽车丰| 气分析仪，武汉天虹智能仪器厂 7 2 2 型光栅分光光度计，北京光学仪器厂 2 0 2 一l 型电热恒温干燥箱，上海锦昱科学仪器有限公司 期一2 无油气体压缩机天津市医疗器械二厂 c l l 一4 d 型大气采样器，湖北环保研究所 t 6 6 2 8 a 型分析天平，上海天平仪器厂 c x 一0 0 8 8 曝气泵，中山小揽镇创星电器厂 单列式电热恒温水浴锚，武汉教学仪器厂 u i l 4 一1 0 0 l 自动平衡记录仪，上海大华仪表厂 d w - 2 型调温电热器，江苏通州教学仪器二厂 表2 1 实验用化学药剂及材料 名称化学式规格生产厂家 甲苯c 6 h 5 c h 3a r上海试剂厂、郑州市化学试剂厂 活性污泥|武汉市青山石油化工厂 乙醚 c 4 h 1 0 0a r开封东大化工有限公司试剂厂 乙醇 c 2 h 6 0a r 武汉市江北化学试剂厂 氨水 n h 3 h 2 0a l l武汉市中南化工试剂厂 硝酸铵 n l t 4 n 0 39 8 北京红星化工厂 浓硫酸 h 2 s 0 49 5 碘化钾 k ii 硫代硫酸钠 s 2 0 3| 硫酸锰 m n s 0 4c p 氢氧化钠删| 淀粉 f 碳酸钠 n a c 0 3a r上海红光化工厂 磷酸氢二钾 l 【2 m 0 4c p 湖洲化学试剂厂 拉西环 | 酚酞i i 9 武汉理工大学硕士毕业论文 表2 2 甲苯捧放浓度标准 排放高度( m ) l52 535 排放浓度一级 5 0 07 0 0l0 0 0 ( m g n m 3 )二级5 0 0 07 0 0 01 0 0 0 0 2 2 实验测试方法及实验设计 22 1 实验参数的测定 1 化学需氧量( c o d ) 的测定 见水和废水标准检验法略。 2 ，溶解氧( d o ) 的测定 基本原理：m n $ o 与n a o h 所形成的m i l ( 伽) ：在碱性溶液中会被水中溶解氧定量氧化 成四价锰的化合物而此溶液用硫酸酸化时四价锰的化台物立即把随着氢氧化钠一 起加入的碘化钾氧化为碘，而碘的量与溶解氧等当量最后以淀粉做指示剂，以硫代 硫酸钠标准溶液进行滴定 试剂：硫酸锰溶液：称取m n s o - 蛐扣固体4 8 0 9 溶于l l 水中 碱性碘化钾溶液：称取n a o h5 0 0 9 ，k 1 1 5 0 9 一起溶于l l 水中。 淀粉溶液：1 9 淀粉溶于l o o m l 水中，加热沸腾冷却后用上层澄清液保存时 可加入儿滴甲苯防腐。 硫代硫酸钠溶液：称取n a 2 s 舡5 3 2 9 ，n 钆c 嘎0 2 9 溶于l l 煮沸冷却后的水中， 加入异戊醇2 m 1 配成浓度为0 0 1 2 8 n 的硫代硫酸钠溶液。此 溶液l m l 相当0 i m l 溶解氧。 标定：溶解约2 9 碘化钾于i 0 0 1 5 0 r a l 蒸馏水中，加入l o m l1 0 硫酸，再加入2 0 m l 0 0 1 2 5 n 重铬酸钾标准溶液在暗处放5 分钟稀释至3 0 0 r a l ， 以硫代硫酸钠溶液漓定至淡黄色，加卜2 m l 淀粉溶液滴定至 蓝色消失假设用去硫代硫酸钠标准溶液体积为n l ，依据下 式求出它的系数 f = 2 0 l x 水中溶解氧可按下式求得： 溶解氧= a x f 1 0 0 0 v ：0 i p p m a - 一滴定所消耗的碱代硫酸钠溶液的体积( m 1 ) 1 0 武汉理t 大学硕士毕业论文 f 一一一硫代硫酸钠溶液的系数 v 。一一一滴定时所取的水样体积( m 1 ) 操作步骤：在盛有水样的采样瓶中各加入硫酸锰溶液和碱性碘化钾溶液吾i m l 。塞紧瓶 盖反复连续颠倒采样瓶并混合，静止后使其沉淀下降在沉淀下降的采样瓶中加入i m l 浓硫酸使瓶中沉淀完全溶解后倒入三角瓶中以淀粉为指示剂，以硫代硫酸钠标准 溶液滴定至溶液蓝色消火。 3 ，污泥沉降比( s v ) 的测定 又称3 0 m i n 沉淀率。是混合液在量筒内静置3 0 r a i n 后所形成沉淀污泥的容积d i 原 混合液容积的百分率，以慷示。污泥沉降比测定方法比较简单，但可以说明问题，应 用广泛是评定活性污泥质鼍的重要指标之一。 4 ，测试甲苯浓度 方法l 、乙醚一乙醇比色法 基本原理：甲苯在浓h 声o 和浓h 混台液中被硝化取代生成三硝基甲苯( 白色沉淀) 。 然后于碱性( p h = 9 ) 中刷乙醚萃取加入乙醇与氨水生成紫红色，比色测定。 仪器： 小型气泡吸收管，抽气机，流量计( o 1 l m i n ) ，分液漏斗( 5 0 m 1 ) 具塞比色管( 1 0 m l 或2 0 m 1 ) 分光光度计 试剂： 吸收液1 0 克n i l n 0 3 ( 事先于8 0 f 干燥) 和i o o m l i - i , s 仉( 9 5 ) 乙醚、乙醇、氨水；o 5 酚酞：0 2 9 酚酞+ 2 5 m 1 乙醇+ 0 5 m l 水； 缓冲溶液：0 1 n 硝酸铵溶液+ 0 1 n 氢氧化钠等体混合 标准溶液：在2 5m l 量瓶中放入1 0m l 吸收液，准确称重；加入2 滴甲苯，再准确称 重，差值即为甲苯重量。摇匀置于沸水中加热3 0 分钟并且不时振动，取出冷却后 加入吸收液至刻度，混和均匀。计算每lm l 溶液中甲苯的含量使用时刚吸收液稀释 成lm l = 1 0 0ug 的甲苯标准溶液 采样：串联两个各装2m l 吸收液的小型气泡吸收管咀0 1 m l m i n 的速度抽气1 0 m i n 分析过程： a ) 样品处理，将吸收管置于沸水中加热3 0 分钟然后将两管样品溶液倒 一个2 0m l 的比色管中，虬水洗涤吸收管数次，洗液一并倒入比色营中，再用水稀释至2 0m l ， 混匀 b ) 乙醚提取量取5m l 处理过的溶液放入装有6m l 水的分液漏斗中，加入l 滴酚酞 l l 武汉脞t 人学硕：毕业论文 指示剂用氨水中和至浅红色，玲却后加入1 0m l 缓冲溶液，混匀加入l om 1 乙醚 振荡3 分钟，静置后弃去水层，将