生物活性炭降解养殖场臭气中氨气和硫化氢的研究

摘要

随着畜禽养殖业的快速发展，人民生活水平有了明显的提高，与此同时，养殖场造成的环境问题也引起广泛的关注。尤其是养殖场带来的恶臭气体污染，更容易引起人们的反感，严重危害人畜健康。常用的去除恶臭气体的方法有物理法、化学法及生物法。生物法去除恶臭气体具有绿色高效、去除率高、易于自动化等特点，成为国内外研究的热点。本论文利用一套自制的生物活性炭反应器系统，模拟集约化养殖场中的主要致臭物质氨气和硫化氢，对生物活性炭降解去除氨气和硫化氢进行初步的研究，得到实验结果和结论如下:
　　(1)本论文对直接通气喷淋新鲜活性炭挂膜和直接通气喷淋饱和活性炭挂膜进行对比实验研究，结果表明:在实验操作条件为温度30℃，气体空速为0.2m3/h，营养液喷淋速率为60ml/min，初始pH值为7.0的情况下，选取进气口氨气浓度为200mg/m3，硫化氢浓度为70mg/m3，直接通气喷淋饱和活性炭的挂膜启动速度更快，在10天后反应器启动成功，氨气和硫化氢的去除率一直稳定在98％以上，氮的转化率达到在80％，硫离子转化率维持在95％以上;当生物活性炭反应器启动成功以后，两种挂膜方法最终的氮转化率和硫离子转化率没有明显的差异。
　　(2)本论文探究了不同环境因子对生物活性炭降解去除效果的影响，选取温度、气体空速、营养液喷淋速率、初始pH值四个环境因子作为考虑的因素，得到一些有价值的结果与结论:
　　当反应温度按照20℃，25℃，30℃，40℃逐步提高，氨气和硫化氢的去除率都维持在98％的高水平，而在30℃时氮转化率和硫离子转化率高于其它温度，分别达到了60％和97％，认为30℃是生物活性炭高效运行的最适温度。
　　当气体空速分别为0.2m3/h，0.25m3/h，0.3m3/h，0.35m3/h，实验结果表明气体空速为0.2m3/h和0.25m3/h氨气和硫化氢的去除率要比其它空速条件高，都达到了98％的去除率。并且，在空速为0.2m3/h和0.25m3/h，氮的转化率达到70％，硫离子转化率达到96％，考虑到实际生产状况，空速为0.25m3/h时单位时间内处理的臭气量更大，效率更高，因而认为0.25ma/h是生物活性炭的最佳气体空速。
　　当营养液喷淋速率按照40ml/min，60ml/min，80ml/min，100ml/min提高，氨气和硫化氢的去除率随喷淋速率的提高而升高。当营养液喷淋速率为80ml/min和100ml/min时，氮转化率和硫离子转化率分别达到65％和95％，高于其它喷淋速率，在考虑经济因素条件下，认为80ml/min的营养液喷淋速率最适合生物活性炭高效运行。
　　实验设置不同的初始pH值分别为4.0，7.0，11.0，结果表明初始pH值7.0的中性条件下氨气和硫化氢的去除率要比酸性和碱性的初始环境好，对氮和硫离子的转化率也明显高于酸性和碱性的pH环境，分别达到65％和95％的水平。认为初始pH值为7.0的中性环境最适初始pH值。
　　(3)本实验研究了硫化氢浓度变化对氨气去除效果的影响，实验结果表明，在氨气浓度为200mg/m3，硫化氢浓度为70mg/m3，150mg/m3，300mg/m3情况下，随着硫化氢浓度的升高，氨气的去除率没有明显变化，氮转化率明显降低;在同样的实验操作条件下，研究氨气浓度变化对硫化氢降解去除效果的影响，维持硫化氢浓度为70mg/m3，氨气浓度为200mg/m3，400mg/m3，600mg/m3情况下，随着氨气浓度的升高，硫化氢去除率也没有明显差异，硫离子转化率随着氨气浓度的升高明显降低。
　　(4)通过蒸馏水喷淋新鲜活性炭空白实验，并进行氮和硫物料衡算，对新鲜活性炭、吸附饱和活性炭和生物活性炭进行酸碱官能团滴定分析，对生物活性炭降解去除氨气和硫化氢机理进行探讨。生物活性炭降解氨气和硫化氢按照溶解吸附，吸附/生物降解和生物降解的三个过程进行，是微生物的降解、胞外酶和浓度梯度共同作用的结果。
　　由于时间原因的限制，建议今后在生物活性炭的数学建模、降解机理方面进行更深一步的研究。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述与课题选择

1．1 选题背景及意义

1．2 养殖场臭气污染

1．2．1 恶臭气体的来源

1．2．2 养殖场臭气的主要成分

1．2．3 恶臭气体污染特点

1．2．4 恶臭气体危害

1．3 养殖场臭气排放标准

1．4 脱除恶臭气体的技术方法

1．5 生物活性炭研究进展

1．5．1 生物活性炭国内外研究现状

1．5．2 生物活性炭降解机制

1．5．3 生物活性炭系统运行主要影响因素

1．6 生物法脱除臭气存在的问题

1．7 课题的研究目标、内容

1．7．1 研究目标及创新点

1．7．2 研究内容

第二章 实验装置设备和分析测定方法

2．1 实验材料

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验用气

2．1．3 实验活性污泥来源

2．1．4 循环营养液组成

2．1．5 活性炭来源及性质

2．1．6 活性污泥性状

2．2 实验设备装置

2．3 实验工艺流程

2．4 实验分析测定方法

2．4．1 H2S浓度测定方法——碘量法

2．4．2 SO42-测定方法—铬酸钡分光光度法

2．4．3 NH4+—-N测定方法——纳氏试剂比色法

2．4．4 氨气浓度测定方法——纳氏试剂比色法

2．4．5 硝酸盐氮测定方法——紫外分光光度法

2．4．6 亚硝酸盐测定方法——分光光度法

2．5 实验分析指标

2．5．1 硫化氢去除率

2．5．2 氨气去除率

2．5．3 硝酸盐氮转化率

2．5．4 亚硝酸盐氮转化率

2．5．5 氮转化率

2．5．6 硫离子转化率

2．6 实验内容

2．6．1 生物活性炭反应器的启动

2．6．2 各因素对生物活性炭反应器降解去除效果的影响考察

2．6．3 生物活性炭降解去除氨气和硫化氢机理探讨

第三章 生物活性炭运行条件的优化及降解机理探讨

3．1 生物活性炭反应器的启动

3．1．1 对比挂膜启动实验数据分析

3．1．2 生物活性炭系统的启动成功

3．2 生物活性炭系统运行影响因素对降解去除效果的考察

3．2．1 温度对生物活性炭降解去除效果的影响

3．2．2 空速对生物活性炭降解去除效果的影响

3．2．3 营养液喷淋速率对生物活性炭降解去除效果的影响

3．2．4 初始pH值对生物活性炭降解去除效果的影响

3．2．5 氨气浓度变化对硫化氢降解去除效果的影响

3．2．6 硫化氢浓度变化对氨气降解去除效果的影响

3．3 生物活性炭降解去除氨气和硫化氢的机理探讨

3．3．1 蒸馏水喷淋新鲜活性炭空白实验

3．3．2 氮平衡与硫平衡计算

3．3．3 三种活性炭Boehm滴定分析

3．3．4 生物活性炭降解去除氨气和硫化氢机理分析

3．4 本章小结

第四章 结论与建议

4．1 结论

4．2 建议

参考文献

致谢

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