（环境工程专业论文）挥发性有机物废气生物强化净化研究.pdf

s h a n g h a iu n i v e r s i t ym a s t e r st h e s i s 摘要 上海人学硕土学位论文 挥发性有机物( v o c s ) 排放是一类重要的空气污染物可对人体健康和环境产生危 害。大量的研究结果表明v o c s 废气的生物处理技术具有花费少，运行费用低等优点，然 而，一些憎水性的v o c s 难以采用生物法净化，因为在污染物传质过程中存在较人的阻 力。冈此需要对生物滤床进行优化，以处理该类化合物。本研究土耍采用阴离子表面活性 剂一十二烷基磺酸钠( s d s ) 和有机溶剂一硅油，将两种化合物添加于滴滤床的喷淋液 中，改善污染物传质性能，提高滤床净化氯笨废气的能力。 本研究分别以拉西环、陶粒、活性碳纤维( a c o f ) 作为填料，并在喷淋液中分别添 加了s d s 和硅油，研究滤床对氯苯废气的净化效果。在实验过程中发现拉西环不能适用于 滤床的长期运行，后来才采用了a c o f 作为填料，所以缺乏a c o f 滤床在没有添加s d s 和 硅油情况下的净化性能。本研究所采用的菌种为恶臭假单胞菌( p s e u d o m o n a s p u t i d a ) 高浓度的s d s 和硅油可对p s e u d o m o n a sp u t i d a 对氯苯的降解产生抑制作用。毒性试验 结果表明s d s 和硅油的最适宜的添加浓度分别为2 5 m g l 和0 5 ( v v ) 。 研究结果表明，在滤床喷淋液中添加s d s 和硅油可以缩短滤床达到稳定所需的时问， 并提高滤床在稳态下的净化效果。对于拉西环滤床和陶粒滤床，添加2 5 m g l 的s d s 呵使 其适应期分别缩短3 天和2 大。添加0 5 ( v v ) 的硅汕也可以使陶粒滤床的适应期缩短2 大。在稳态r ，添加2 5 m g l 的s d s 可使拉西环滤床和陶粒滤床的净化效率最大可分别提 高1 9 6 6 和2 1 6 8 ；添加0 5 ( v v ) 的硅油也可使陶粒滤床的净化效率最大提高 1 9 4 7 ( 在最大负荷情况下) 。添加s d s 和硅油对滤床净化性能的提升效果相当。 研究结果表明，喷淋液中的s d s 浓度在连续运行中会逐渐下降，对于本实验研究的4 种s d s 添加浓度，经过4 天的运行，喷淋液中的s d s 浓度下降剑初始添加浓度的8 5 9 0 。为了保持滤床高的净化效率，需要定期向喷淋液中补充s d s 。 总体而言，a c o f 填料的净化性能要优于拉西环和陶粒。尽管a c o f 和拉曲环在实验 研究范围内最高的负荷f 具有儿乎相同的净化性能，但a c o f 填料由于具有相对较大的孔 隙率较好的微生物附着性能和耐用性，而拉西环不能用于滤床的长= 期运行，因此， a c o f 更好一些。 滤床中细菌鉴定和计数结果表明，滤床中除了初始接种的恶臭假单胞菌 ( p s e u d o m o n a sp u t i d a ) 外，还有蜡样芽胞杆菌( b a c i l l u sc e r e u s ) 。但恶臭假单胞菌 ( p s e u d o m o n a s p u t i d a ) 仍然是滤床中的优势细菌。 本研究得到的氯苯最人的去除负荷为2 3 4 7 4g ( m 3 1 a ) ，高于其他研究者报道的生物滤 床滴滤床对氯苯的最大去除负荷。通过本课题的研究可以证明向喷淋液中加入s d s 和 硅油，可以改善滤床对憎水性v o c s 的净化性能。 i ! i s h a n g h a iu n i v e r s i t ym a s t e r st h e s i s 关键词：生物滴滤床，十二烷基磺酸钠，硅油，氯苯 上海人学硕士学位论文 s h a n g h a iu n i v e r s i t ym a s t e r st his上海大学倾士学位论文 a b s t r a c t v o c se m i s s i o ni n t ot h ee n v i r o n m e n ti sam a j o rs o u r c eo fa i rp o l l u t i o nw h i c hh a sh a r m f u l e f f e c to nh u m a nh e a l t hm a de n v i r o n m e n t b i o t r e a t m e n to fw a s t eg a sc o n t a i n i n gv o c sh a v eb e e n p r o v e nt ob eac o s t e f f i c t i v ea n di n e x p e n s i v em e t h o d b u ts o m ev o c sa r ed i f f i c u l tt ot r e a tb y b i o f i l t e r so rb i o t r i c k l i n gb i o f i l t e r sb e c a u s et h e ya r eh y d r o p h o b i ca n dm a s st r a n s f e rl i m i t a t i o no c c u r d u r i n gt h ec o b r s eo f p o l l u t a n tp u r i f i c a t i o n t h u st h e r ei sn e e dt oo p t i m i z eb i o l o 百c a lt e c h n i q u e sf o r t r e a f i n gt h i sc a t e g o r yo fa i rp o l l u t a n t s t h i sr e s e a r c hf o c u s e so nt h eu s eo fs o d i u md o d e c y l s u l f o n a t e ( s d s ) ，a na n i o n i cs u r f a c t a n t ，a n ds i l i c o no i l ，a no r g a n i cs o l v e n t ，t oe n h a n c et h e p e r f o r m a n c eo f b i o t r i c k l i n gf i l t e r sd u r i n gt h er e m o v a lo f c h l o r o b e n z e n e ( ah y d r o p h o b i ca n da c i d p r o d u c i n gv o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d lf r o mc o n t a m i n a t e da i rs t r e a m 1 1 1 et w oc h e m i c a la d d i t i v e s w e r ei n t r o d u c e dd u r i n gb i o t r i c k l i n gf i l t e ro p e m t i o ni no r d e rt oo v e r c o m et h ep o o rm a s st r a n s f e ro f h y d r o p h o b i cc o m p o u n d sn o r m a l l ye n c o u n t e r e di nc o n v e n t i o n a lb i o f i l t e r s i n t h i sr e s e a r c ht w ol a b o r a t o r y - s c a l eb i o t r i c k l i n gf i l t e rc o l u m n s ，f i l l e dr e s p e c t i v e l yw i t h r a s c h i gr i n g s ，c e r a m i cs p h e r e sa n da c t i v a t e dc a r b o no nf i b r e ( a c o f ) ，w e r eu s e dt oi n v e s t i g a t e t h er e m o v a lo fc h l o r o b e n z e n ef r o maw a s t eg a ss t r e a md u r i n gt h ea d d i t i o no fs o d i u md o d e c y l s u l f o n a t ea n ds i l i c o no i l a c o fw a si n t r o d u c e dw h e ni tw a sd i s c o v e r e dt h a tr a s c h i gr i n gc a r m o tb e u s e df o rl o n gt e r mo p e r a t i o n ，b e c a u s ei tw a sc h i p p i n go f f , t h e r e f o r ea c o fb i o t r i c k l i n gf i t e rw a s n o to p e r a t e di nt h ea b s e n c eo fs i l i c o na n ds d sa d d i t i o n t h eb i o t r i c k l i n gf i l t e r sw e r ei n o c u l a t e d w i t hc h l o r o b e n z e n ed e g r a d i n gb a c t e r i a - p s e u d o m o n a s p u t i d a b i o d e g r a d a t i o no fc h l o r o b e n z e n em a yb ei n h i b i t e db yh i g hc o n c e n t r a t i o no fs o d i u md o d e c y l s u l f o n a t ea n ds i l i c o no i l ，t h et o x i c i t yt e s tr e v e a l e dt h a t2 5 m g ls d sa n d0 5 ( v v ) s i l i c o no i l a r et h eb e s tc o n c e n t r a t i o n ss u i t a b l ef o rt h eo p t i m a lp e r f o r m a n c eo ft h em i c r o o r g a n i s mi n s i d et h e b i o t r i c k l i n gf i l t e r s a d d i t i o no fs d sa n ds i l i c o no i lc a ni m p r o v et h ep u r i f i c a t i o ne f f i c i e n c i e so ft h eb i o t r i c k l i n g f i l t e r sb o t ha ts t a r tu pa n da ts t e a d yr e m o v a lp e r i o d s 玎l ea d d i t i o no f2 5 m g r ls d si nt r i c k l i n g l i q u i ds h o r t e n e dt h es t a r tu pp e r i o do fr a s c h i gr i n gb i o t r i c k l i n gf i l t e rb y3d a y sw h i l ei ts h o r t e n e d t h es t a r tu pp e r i o do fc e r a m i cb i o t r i c l d i n gf i l t e rb y2d a y s t h ea d d i t i o no f0 5 ( v v ) s i l i c o no i l t ot h ec e r a m i cb i o t r i c k l i n gf i l t e rc a u s e dt h es t a r tu pp e r i o dt ob es h o r t e n e db y2d a y s f o rt h e c o n d i t i o no f 2 5 m g ls d sa d d i t i o n t h em a x i m u me n h a n c e m e n to fr e m o v a le f f i c i e n c yo f1 9 6 6 a n d2 1 6 8 c o u l db ea c h i e v e df o rc e r a m i ca n dr a c h i gr i n gr e s p e c t i v e l ya ts t a b l ec o n d i t o n f o rt h e c o n d i t i o no f0 5 s i l i c o no i la d d i t i o n t h em a x i m u me n h a n c e m e n to fr e m o v a le f f i c i e n c yo f 1 9 4 7 w a sa c h i e v e df o rc e r a m i cb i o t r i c k l i n gf i l t e ra ts t a b l ec o n d i t i o n 1 1 1 ei m p r o v e m e n t si n p u r i f i c a t i o np e r f o r m a n c ec a u s e db ys i l i c o n o i la n ds d sa d d i t i o nd u r i n gc e r a m i ca n da c o f b i o t r i c k l i n gf i l t e r so p e r a t i o na r ea l m o s to f t h es a m em a g n i t u d e w i t ht i m et h e r ew a sr e d u c t i o ni nt h eq u a r l t i t yo fs d si nt h et r i c k l i n gl i q u i da n dt h e p e r c e n t a g er a n g eo fs d sc o n c e n t r a t i o n sl e f ti nt h et r i c k l i n gl i q u i d4d a y sa f t e rs d sa d d i t i o nw a s a p p r o x i m a t e l yf r o m8 5 t o9 0 o ft h ei n i t i a l q u a n t i t i e sf o r a l lt h ef o u rs d sc o n c e n t r a t i o n s c o n s i d e r e d i no r d e rt om a i n t a i nh i g hb i o l r i c k l i n gf i l t e rp e r f o r m a n c e ，t h eq u a n t i t yo fs d sl o s t s h a h g h a iu n i v e r s i t ym a s t e r st h e s i s 上海大学硕士学位论文 d u r i n gt h eo p e r a t i o nw a ss u p p l e m e n t e dr e g u l a r l y o v e r a l l ，a c o fp e r f o r m e db e t t e rt h a nr a s c h i gr i n ga n dc e r a m i cs p h e r e a l t h o u g ha c o fa n d r a s c h i gr i n gg a v es i m i l a rp u r i f i c a t i o np e r f o r m a n c e sa tt h eh i g h e s tl o a d i n g ，b u tr a s c h i gr i n gw a sn o t s u i t a b l ef u rl o n gt e r mo p e r a t i o n ，s oa c o fi sp r e f e r r e df u ri t sr e l a t i v eh i g hp o r o s i t y , h i g hm i c r o b i a l a t t a c h m e n ta n dd u r a b i l i t y a tt h ee n do ft h ee x p e r i m e n t b a c i l l u sc e r e u sw h i c hw a sn o ti n i t i a l l yi n o c u l a t e di nt h e b i o f i l t e rw a si d e n t i f i e d a l o n g s i d e w i t hp s e u d o m o n a sp u t i d ai nt h eb i o t r i c k l i n gf i l t e r t h e p s e u d o m o n a s p u t i d ac e l lc o u n tw a sm o r et h a nb a c i l l u sc e r e u sc e l lc o u n ti nt h eb i o f i l t e r s f i n a l l y , t h em a x i m u me l i m i n a t e dc a p a c i t yo f2 3 4 7 4g ( m 3 h ) a c h i e v e di n t h i ss t u d y i s g r e a t e rt h a nm a x i m u me l i m i n a t i o nc a p a c i t i e so fs o m eb i o t r i c k l i e k i n gf i l t e r sp r e v i o u s l yu s e db y s o m er e s e a r c h e r sf o rt h et r e a t m e n to fc h l o r o b e n z e n e s t h er e s e a r c hr e v e a l e dt h a te n h a n c e d b i o t r i c k l i n gf i l t e rc a nb eu s e dt oa c h i e v es u c c e s s f u lr e m o v a lo fh y d r o p h o b i ca n da c i d - p r o d u c i n g v o c s k e y w o r d s ：b i o t r i c k l i n gf i l t e r , s o d i u md o d e c y ls u l f o n a t e ，s i l i c o no i l ，c h l o r o b e n z e n e i i 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工 作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：咝罐：日粑区：量： 。 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送 交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 日期： s h a n g h a iu n i v e r s i t ym a s t e r st h e s i s 上海大学硕士学位论文 c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n t h eh a r m f u le f f e c t so fv o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d s ( v o c s ) e m i s s i o n so nh u m a nh e a l t ha n dt h e e n v i r o n m e n th a v eb e c o m em u c hp r o n o u n c e da n dal o to fa t t e n t i o nh a sb e e ng i v e nt oi ti nr e c e n tt i m e s s m o gf o r m a t i o nc a u s e db yv o c s ，d e p l e t i o no fo z o n el a y e rc a u s e db yc h l o r i n a t e dc o m p o u n d s ，i r r e v e r s i b l e h e a l t hp r o b l e m sc a u s e db yh a z a r d o u sa i rp o l l u t a n t s ( h a p s ) a n dn u i s a n c ec a u s e db yo d o r o u sc o m p o u n d s a r ea l le v i d e n c eo f a d v e r s ee f f e c t so f e n v i r o n m e n t a la n dh e a l t hc o n c e mw ea r el i v i n gw i t ht o d a y t h en e e dt oc o m b a tt h i sp r o b l e mh a sc a u s e dn u m e r o u sg l o b a l ，n a t i o n a la n dr e g i o n a le n v i r o n m e n t a la i r p o l l u t i o nc o n t r o la g e n c i e st oi s s u eo u ts t r i n g e n tl a w sa n dr e g u l a t i o n si no r d e rt om a i n t a i nh e a l t h f u la i r q u a l i t y t h e s el a w s ，w h i c hh a v ec a u s e db o t hi n d u s t r i a la n dc o m m e r c i a ls e c t o rt oe m p l o yd i f f e r e n tv o c c o n t r o lt e c h n o l o g i e sl i k ea d s o r p t i o n ，i n c i n e r a t i o na n ds c r u b b i n g ，a r eb o u n dt ob e c o m es t r i c t e ri no r d e rt o l e s s e nf u r t h e re n v i r o n m e n t a ld a m a g ef r o mt e c h n o l o g i c a la d v a n c e m e n t s t h em a j o rc h a l l e n g ef a c i n g i n d u s t r i a la n dc o m m e r c i a ls e c t o ri st of i n dc o s t - e f f e c t i v ea n de n v i r o n m e n t a l - f r i e n d l ya i rp o l l u t i o nc o n t r o l t e c h n o l o g i e st h a tw i l lm e e tt h i ss t r i c te m i s s i o ns t a n d a r do fe n v i r o n m e n t a la g e n c i e s t r e a t m e n to fa i r s 订e a m sc o n t a m i n a t e dw i t hl o wv o c sc o n c e n t r a t i o n ( i g m 3 ) i se x p e n s i v ea n dd i f f i c u l tw i t ht h eu s eo f c o n v e n t i o n a lv o cc o n t r o lm e t h o d s h o w e v e r t h eu s eo fb i o l o g i c a lm e t h o d sh a sap r o m i s i n gf i a t u r ea sf a r a st r e a t m e n to f v o c si sc o n e e m e d 1 1v o l a t i l eo r g a n i c c o m p o u n d s ( v o c s ) v o c sa r ed e f i n e db yt h eu n i t e ds t a t e se n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c y ( u s e p a ) a s “a n yc o m p o u n d o fc a r b o ne x c l u d i n gc a r b o nm o n o x i d e ，c a r b o nd i o x i d e ，c a r b o n i ca c i d ，m e t a l l i cc a r b i d e so rc a r b o n a t e s ，a n d a m m o n i u mc a r b o n a t e ，w h i c hp a r t i c i p a t e si na t m o s p h e r i cp h o t o c h e m i c a lr e a c t i o n s 【1 1 v o c sh a v el o w b o i l i n gp o i n t sa n dv a p o r i z ee a s i l yb e c a u s et h e yh a v eh i g hv a p o rp r e s s u r e t h e i rb o i l i n gp o i n tr a n g e s b e t w e e n5 0 0 ca n d2 6 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e n t r a ln e r v o u ss y s t e m s o m ev o c sc a nc a u s ec a n c e ri na n i m a l s w h i l es o m ea r es u s p e c t e do rk n o w nt oc a u s ec a n c e ri nh u m a n s k e ys i g n so rs y m p t o m sa s s o c i a t e dw i t h e x p o s u r et ov o c si n c l u d ec o n u n c t i v a li r r i t a t i o n ，n o s ea n dt h r o a td i s c o m f o r t ，h e a d a c h e ，a l l e r g i cs k i n r e a c t i o n ，d y s p n e a ，d e c l i n e si ns e r u mc h o l i n e s t e r a s el e v e l s ，n a u s e a ，e m e s i s ，e p i s t a x i s ，n t i g u e ，d i z z i n e s st h e a b i l i t yo fo r g a n i cc h e m i c a l st oc a u s eh e a l t he f f e c t sv a r i e sg r e a t l yf r o mt h o s et h a ta r eh i g h l yt o x i c ，t ot h o s e w i t hn ok n o w nh e a l t he f f e c ta sw i t ho t h e rp o l l u t a n t s ，t h ee x t e n ta n dn a t u r eo f t h eh e a l t he f f e c tw i l ld e p e n d o nm a n yf a c t o r si n c l u d i n gl e v e lo fe x p o s u r ea n dl e n g t ho ft i m ee x p o s e de y ea n dr e s p i r a t o r yt r a c ti r r i t a t i o n ， h e a d a c h e s ，d i z z i n e s s ，v i s u a ld i s o r d e r s ，a n dm e m o r yi m p a i r m e n ta r ea m o n gt h ei m m e d i a t es y m p t o m st h a t s o r r l 。p e o p l eh a v ee x p e r i e n c e ds o o na f t e re x p o s u r et os o m ev o c s ( 5 1 1 2v o c si np h o t o c h e m i c a ls m o gf o r m a t i o n v o c sp a r t i c i p a t ei nt h ef o r m a t i o no fp h o t o c h e m i c a ls m o g ，w h i c hi ss o m e t i n a e ss e e na s aw h i t i s hh a z e p r e s e n to v e rc i t i e sd u r i n gs u m m e r p h o t o c h e m i c a ls m o gi sf o r m e dw h e nt h es u ns h i n e so na i rc o n t a i n i n g v o c sa n do x i d e so fn i t r o g e n a p a r tf r o ms m o gf o r m a t i o n ，v o ce m i s s i o n sf o r mo z o n e ( 0 3 ) t h r o u g h c o m p l e xc h e m i c a lr e a c t i o n sw i t ho x i d e so fn i t r o g e n ( n o x ) i nt h ep r e s e n c eo fs t m l i g h t o z o n ei sa r e s p i r a t o r yt o x i c a n t ，h a r m f i f lt oh u m a n s a n i m a l sa n dp l a n t s 6 1 t h em e c h a n i s m so fs m o gf o r m a t i o na r e i i i u s 仕a t e db e l o w1 7 ： v o c s 十n o 。+ 0 h + o h + h 2 0 + r r + 0 2 + r 0 2r 0 3 + n o r o + n 0 2 r c h 2 0 r c h o + h 2 00 2 + n o h o + n 0 2 n 0 2 h v ( x 4 2 0 “m ) n o + ( o )( o ) + 0 2 0 3 t h er e a c t i o n st h a tl e a dt o0 3p r o d u c t i o ni n v o l v et h eo x i d a t i o no fh y d r o c a r b o n sa n do t h e rv o ci nt h e p r e s e n c eo fn o xa n ds u n l i g h tt h em a j o rc o m p o s i t i o n so fs m o ga r e0 3a n dp e r o x y a c e t y ln i t r a t e ( p a n ， c h 3 c 0 0 2 n 0 2 ) t h ep r i m a r yp h o t o c h e m i c a lr e a c t i o ni n v o l v e st h ep h o t o d i s s o c i a d o no fn 0 2t of o r m ( o ) i t sr e a c t i o nw i t h0 2l e a d st ot h ef o r m a t i o no fo z o n ef u r t h e rr e a c t i o n s ，i n v o l v i n gc h a i np r o p a g a t i o n ， 2 s h a n g h a iu n i v e r s i t ym a s t e r st h e s i s 上海大学硕士学位论文 b r a n c h i n ga n dt e r m i n a t i o n ，b e t w e e no z o n e ，o r g a n i cf r e er a d i c a lf r o mv o c sa n dn i t r o g e no x i d e s ( n oa n d n 0 2 ) c a u s e dt h ef o r m a t i o no f p a ni s 1 1 3s o u r c e so f v o c s v o c sa r er e l e a s e df r o maw i d er a n g eo fi n d u s t r i a lp r o c e s s e s t h em a j o rs o u r c e so fv o c sa r e v e g e t a t i o n ，a u t o m o b i l ee x h a u s t ，g a s o l i n em a r k e t i n ga n ds t o r a g et a n k s ，p e t r o l e u ma n dc h e m i c a li n d u s t r i e s ， d r yc l e a n i n g ，f i r e p l a c e s ，m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , n a t u r a lg a sc o m b u s t i o na n da i r c r a f t i n d i v i d u a lv o c sa l e a l s op r o d u c e df r o mt h ee v a p o r a t i o no fs o l v e n t sa n do r g a n i cc h e m i c a l sa sw e l la sf r o ml e a k i n gv a l v e s f l a n g e s p u m p sa n dc o m p r e s s o r 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