生物滴滤器处理高温苯系物气体的研究

摘要

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs）对环境及人体产生严重危害。生物法降解VOCs的优势比较明显，尤其是生物滴滤器（Biotrickling filter,BTF），适用于处理高负荷有机污染物。但是生物滴滤器在高温条件下处理VOCs的研究较少，近几年研究方向也逐渐向中高浓度的VOCs进行探索。因此考察高温条件下净化VOCs的可行性，对工业上采用生物法处理高温废气中的VOCs进行探讨具有其意义。添加合适的化学试剂可以强化生物滴滤器的去除效果，改进传统生物反应器中的不足，找到一种针对高温、高浓度疏水性VOCs的高效处理方法。 本研究处理以苯、甲苯、二甲苯为代表的VOCs。在进气浓度为400mg/m3，实验温度为30℃，停留时间160s的参考条件下启动生物滴滤器，待去除效率达到90％并稳定不变后，取出适量微生物添加非离子表面活性剂吐温-20和曲拉通X-100以及7种微生物所需的金属离子做烧杯实验考察其对微生物生长的促进作用，然后选出促进效果最佳的一种表面活性剂和一种金属离子在生物滴滤器内进行其添加量的研究。添加吐温-20和曲拉通X-100进行烧杯实验，在考察范围内都对微生物的生长有促进作用。选择的7种金属离子对微生物生长促进效果好坏的顺序为Mn2+＞Ca2+＞Cu2+＞Zn2+＞Mg2+＞Fe3+＞Co2+。Mn2+促进作用最明显，吸光度值的增量最大。 将实验温度由30℃逐渐升高到60℃，去除效率下降到53.8％。在进口浓度为400mg/m3，停留时间为160s的条件下，曲拉通X-100和吐温-20分别被引入到生物滴滤塔中，结果表明，添加吐温-20的去除效果比曲拉通X-100更有优势。随后将进气口浓度从低浓度的400mg/m3提升到较高浓度的1000mg/m3，添加吐温-20的最适浓度为50mg/L时，去除效率达到77.4%，在添加表面活性剂吐温-20的基础上，添加浓度为35mg/L的Mn2+，去除效率达到91.7%，去除量为14.9g/(m3·h)。为了与实际生产过程相结合，考察了增大有机负荷下和减小停留时间下对强化的反应器去除效果的影响。结果表明，有机负荷增加，虽然生物滴滤器去除效率的降低，但其处理能力仍然提高。对于相同进气浓度，虽然停留时间越短，去除效率越低，但是有机负荷却逐渐增大，并且相应的去除量也随之增大。添加吐温-20和Mn2+后使生物滴滤器能较快恢复其正常性能并长期稳定运行。

目录

声明

第一章绪论

1.1 挥发性有机物的概念及来源

1.1.1挥发性有机物的概念

1.1.2 挥发性有机物的来源及危害

1.1.3 课题研究意义

1.2 挥发性有机物处理技术

1.2.1 回收技术

1.2.2 销毁技术

1.2.3新型治理技术

1.2.4 几种常用VOCs处理技术的比较

1.3 生物法去除挥发性有机废气

1.3.1 处理机理

1.3.2 生物反应器的选择

1.4 生物滴滤器国内外研究现状

1.4.1 去除VOCs的种类

1.4.2 动力学模型

1.4.3 工艺性能的强化

1.5 添加化学试剂在生物反应中的应用

1.5.1 表面活性剂

1.5.2 金属离子

1.6 研究目的、内容和技术路线

1.6.1 研究目的

1.6.2 研究内容及技术路线

第二章实验材料与方法

2.1 实验装置及流程

2.2 实验材料

2.2.1 目标污染物

2.2.2 微生物菌种来源

2.2.3 填料

2.2.4 循环营养液

2.3实验条件

2.3.1 恒温水浴系统

2.3.2 pH的调节

2.3.3 压降测试系统

2.4 实验方法

2.4.1 VOCs检测方法

2.4.2 微生物相检测方法

第三章高温下表面活性剂及金属离子对菌种生长的影响

3.1 实验方法及过程

3.1.1 实验器材及药品

3.1.2 实验装置启动

3.1.3 表面活性剂的选择

3.1.4 金属离子的选择

3.2 结果与讨论

3.2.1 生物滴滤器的启动

3.2.2 表面活性剂对微生物生长的影响

3.2.3 金属离子对微生物的影响

3.3 本章小结

第四章表面活性剂及金属离子对工艺影响的研究

4.1实验方法

4.1.1 实验器材及药品

4.1.2 添加表面活性剂强化生物滴滤塔性能

4.1.3添加Mn（Ⅱ）强化生物滴滤塔性能

4.2结果与讨论

4.2.1 曲拉通X-100和吐温-20的强化效果

4.2.2 吐温-20的用量优化

4.2.3 Mn（Ⅱ）的用量优化

4.2.4 生物膜蓄积情况

4.3本章小结

第五章吐温-20及Mn（Ⅱ）强化生物滴滤器的研究

5.1 实验方法

5.1.1 实验器材及药品

5.1.2 添加吐温-20及Mn（Ⅱ）的生物滴滤器的性能研究

5.1.3生物滴滤器的闲置与恢复

5.1.4 生物滴滤器内微生物的研究

5.2 结果与讨论

5.2.1 有机负荷的影响

5.2.2 进口浓度一定时停留时间的影响

5.2.3 滴滤塔的闲置与恢复

5.2.4 强化生物滴滤器内微生物的观察研究

5.2.5 菌种元素含量分析

5.3 本章小结

第六章研究结论、创新点及展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 建议和展望

参考文献

攻读学位期间获得的相关研究成果

致谢