紫外预处理增强生物滴滤净化氯苯废气的研究

摘要

利用紫外（UV）降解作为生物滴滤（BTF）的预处理方法净化水溶性差、难生物降解的挥发性有机废气（VOCs）是近年来兴起的一项废气处理新技术。本文以卤代芳香族化合物氯苯为目标污染物，采用自制UV-BTF联合装置处理人工模拟氯苯废气，研究其在不同工况下的连续运行性能，以及UV光降解、BTF等单元过程及其协同作用机理。 分别采用主波长为365nm（500w）高压汞灯和185nm（18W）的低压汞灯为光源，考察波长、氯苯浓度、停留时间、反应介质等对氯苯氧化及转化为其它中间产物的影响。结果表明：在365nm和较低进口浓度下，氯苯去除率随着停留时间延长而呈线性升高，最高去除率达87％； UV光降解氯苯遵循二级反应动力学；空气介质中O2和H2O在光照下可转化为活性基团，进而增强了光降解效果，同时造成氮气介质下光降解氯苯的效率大为降低，最高去除率仅为61％；而过高浓度（8.47、10.95g/m3）也会使单位氯苯分子接受的光子和活性基团数量下降，引起去除率降低。主波长为185nm光源对氯苯降解效率较低，同一进口浓度的氯苯去除率随着停留时间延长逐渐提高，在空气和氮气介质下最高去除率分别仅为31％和7％；空气中含有O2和H2O在光照下转化为活性基团增强了光降解效果。 采用醚型聚氨酯海绵（PU-foam）为填料的BTF净化氯苯废气，结果表明进气浓度、空床停留时间（EBRT）、进气负荷、营养液喷淋量等是生物降解氯苯的主要影响因子。在EBRT75s下，进气浓度从1.4缓慢上升到9.0g/m3，氯苯去除率呈先升后降的变化趋势（62.8％→75.2％→58.6％）；而EBRT延长（30、45、60、75、90s）有利于气态污染物在气、液、微生物多相间的传质、反应，当进气负荷较低时，氯苯去除负荷随进气负荷增加基本呈线性增加，去除率稳定在75％以上；但当进气负荷大于250g/m3·h-1下，体系内的气液传质成为BTF生物降解氯苯的限速步骤，去除效能显著下降。 为此，联合185nm（18W）UV氧化与BTF生物降解两个单元，开展联合工艺净化氯苯废气试验。结果表明，UV预处理可显著缩短BTF启动时间并提高其运行效能与稳定性，这主要归因于预处理单元对部分氯苯的降解及其产生的水溶物和可生物降解较好的中间产物。停留时间减少和进气浓度增加不利于联合系统对氯苯的去除，但负荷冲击变化对系统运行稳定性的影响减小，两种工艺在较低的停留时间下具有明显的协同去除效应。在EBRT为45s、UV RT为20s的运行阶段，UV光降解和单独BTF分别具有21％和53％的氯苯去除效率，而UV-BTF联合系统的去除率却高于95％，表明工艺联合可增加21％的协同去除效率。这为该联合净化技术脱除废气中类似难降解VOCs的应用奠定基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究内容及目的

1.2.1研究内容

1.2.2预期目标

1.2.3创新点

1.2.4技术难点

第二章 文献综述

2.1 VOCs来源与危害

2.1.1 VOCs来源及种类

2.1.2氯苯类化合物物化性质

2.1.3氯苯类化合物污染现状

2.2 VOCs污染治理技术

2.3生物法净化VOCs废气

2.3.1工艺设备及技术

2.3.2生物滴滤填料

2.3.3微生物

2.4 UV光降解VOCs(预)处理技术

2.4.1高级氧化技术的概念

2.4.2 UV降解优势

2.4.3 紫外降解局限

2.5 UV-BTF联合技术

第三章 实验材料与方法

3.1实验装置

3.1.1 UV光降解装置

3.1.2 BTF装置

3.1.3 UV-BTF联合实验装置

3.2生物填料

3.3分析方法

3.3.1氯苯浓度的测定

3.3.2中间产物分析

3.3.3液相阴离子及低分子有机酸测定

第四章 UV降解氯苯的研究

4.1主波长365nm500wUV光降解实验

4.1.1停留时间和进口浓度的影响

4.1.2反应介质的影响

4.1.3动力学分析

4.1.4光照产物和降解机理分析

4.2主波长185nm18wUV光降解实验

4.2.1停留时间和进口浓度的影响

4.2.2反应介质的影响

4.3本章小结

第五章 BTF降解氯苯的研究

5.1污泥驯化试验

5.2 BTF的挂膜

5.3 BTF的稳定运行

5.3.1进气浓度和EBRT的影响

5.3.2进气负荷的影响

5.3.3 pH的影响

5.3.4营养液配比及喷淋量的影响

5.3.5不同填料高度的影响

5.3.6循环液添加SDS的影响

5.4本章小结

第六章 UV-BTF联合降解氯苯的研究

6.1联合系统的挂膜

6.2联合系统的稳定运行

6.2.1进气浓度和EBRT、UVRT的影响

6.2.2进气负荷的影响

6.2.3 pH的影响

6.2.4营养液配比及喷淋量的影响

6.2.5不同填料高度的影响

6.3联合系统降解氯苯的协同机理

6.3.1挂膜启动阶段

6.3.2稳定运行阶段

6.3.3去除负荷

6.3.4机理探讨

6.4本章小结

第七章 结论与建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

致谢

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