论文题目: 生物过滤塔处理挥发性有机物气体的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 环境科学与工程
作者: 席劲瑛
导师: 钱易,胡洪营
关键词: 挥发性有机物,生物过滤塔,甲苯,生物量积累,群落代谢特性
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 目前,挥发性有机物(VOCs)与恶臭气体的污染与控制越来越受到人们的重视。开发高效低耗的 VOCs 气体处理技术具有重要意义。本论文的目的是在优化填料层结构和优选填料的基础上,揭示不同运行条件下过滤塔处理甲苯气体的运行性能和塔中微生物量的变化规律,并实现对过滤塔运行性能的模拟和预测,为指导过滤塔的设计和运行提供必要的理论依据。通过 2 套荞麦皮过滤塔 300 多天的连续平行运行实验,考察了在天然有机填料层中加入多面空心球的影响。结果证明加入多面空心球可有效控制填料层压实和提高填料层空隙率,并显著提高甲苯去除能力和填料层压降的稳定性。在优化填料层结构的基础上,比较了荞麦皮、木屑和活性炭 3 种填料生物过滤塔处理甲苯气体的性能。结果显示木屑过滤塔和活性炭过滤塔的运行性能无显著差别,且均优于荞麦皮过滤塔。木屑过滤塔和活性炭过滤塔在不同运行条件下连续平行运行了 270d。当进口甲苯浓度小于 500mg·m-3,空塔气速为 25~48m·h-1(相应空塔停留时间为30~58s)时,2 套过滤塔的出口甲苯浓度均低于排放标准 60 mg·m-3,且填料层压降维持在较低的 50~70 Pa·m-1。而增大进口甲苯浓度和空塔气速后,过滤塔由于生物量积累表现出去除能力下降和压降上升的趋势。测定了木屑过滤塔内生物量变化并建立了微生物增殖模型。该模型能很好地模拟塔中微生物的增殖规律。模型模拟结果表明:随着生物量的积累,活性微生物比例、填料层空隙率、比表面积和当量直径均会有所下降。建立了生物过滤塔处理单一 VOCs 气体的运行性能模型,该模型能较好地同时模拟生物过滤塔的甲苯去除性能和填料层压降变化。利用该模型成功地确定了在不同进口浓度和空塔气速下,木屑过滤塔达标运行所需的最小填料层高度、最小空塔停留时间和相应的过滤塔堵塞时间。表明该模型能较好地用于指导过滤塔的设计、运行和生物量控制。用 Biolog 方法研究了木屑和活性炭过滤塔中微生物群落的代谢特性。发现群落代谢活性在长期运行中下降,群落代谢特性也发生了显著变化。
论文目录:
第1章 绪论
1.1 选题背景与意义
1.1.1 VOCs 气体污染的危害
1.1.2 VOCs 气体的来源
1.1.3 本研究的意义
1.2 VOCS 气体的处理技术
1.2.1 处理技术分类与比较
1.2.2 VOCs 气体的生物处理技术
1.2.3 生物过滤法工艺的原理与应用
1.3 生物过滤塔处理VOCS 气体的研究进展
1.3.1 生物过滤塔处理VOCs 气体的运行性能
1.3.2 影响生物过滤塔VOCs 去除能力的因素
1.3.3 生物过滤塔去除VOCs 气体的过程模拟
1.3.4 生物过滤塔中微生物群落研究与调控
1.4 研究目的与内容
1.4.1 研究目的
1.4.2 典型 VOCs 物质的选取
1.4.3 研究内容
1.4.4 技术路线
第2章 生物过滤塔填料层结构优化研究
2.1 实验装置与方法
2.1.1 生物过滤塔实验系统
2.1.2 过滤塔运行与监测
2.1.3 填料层结构特性分析
2.1.4 分析方法
2.2 过滤塔甲苯去除性能
2.3 甲苯去除性能的影响分析
2.4 填料层结构特性分析
2.4.1 示踪剂迁移数学模型
2.4.2 MRTD 曲线特征值
2.4.3 填料层结构参数
2.5 填料层压降比较
2.6 小结
第3章 生物过滤塔填料的优选
3.1 填料的选取
3.2 试验装置与方法
3.2.1 试验装置组成与微生物接种
3.2.2 操作运行条件
3.2.3 测定项目与分析方法
3.3 过滤塔甲苯去除性能比较
3.3.1 过滤塔甲苯去除性能随时间变化
3.3.2 甲苯去除速率随甲苯负荷变化
3.3.3 甲苯去除途径分析
3.3.4 填料表面微生物形态比较
3.4 填料层压降比较
3.4.1 运行初期的填料层压降曲线与拟合
3.4.2 填料层压降随时间变化
3.4.3 填料层压降变化的原因分析
3.5 小结
第4章 不同气体条件下过滤塔运行性能的长期变化
4.1 实验装置与方法
4.1.1 过滤塔系统组成与操作条件
4.1.2 测定项目与分析方法
4.2 过滤塔运行性能随时间的变化与长期运行稳定性
4.2.1 过滤塔甲苯去除性能随时间变化
4.2.2 过滤塔填料层压降随时间变化
4.2.3 木屑过滤塔与活性炭过滤塔运行性能比较
4.3 不同气体条件对过滤塔运行性能的影响
4.3.1 对甲苯去除性能的影响
4.3.2 对填料层压降的影响
4.4 过滤塔运行性能不稳定的原因分析
4.4.1 过滤塔内pH 值变化
4.4.2 生物量积累
4.4.3 生物量积累时的过滤塔运行特征
4.5 小结
第5章 生物过滤塔中微生物的增殖规律研究
5.1 实验装置与方法
5.1.1 实验装置与运行条件
5.1.2 测定项目与分析方法
5.2 生物过滤塔中微生物浓度随时间变化
5.2.1 微生物浓度测定方法研究
5.2.2 微生物浓度的变化
5.3 生物过滤塔中微生物的增殖模型
5.3.1 微生物增殖模型的建立
5.3.2 参数取值与求解
5.3.3 微生物增殖模型的验证
5.3.4 活性微生物与惰性微生物变化分析
5.4 填料层结构参数随时间变化
5.5 过滤塔运行性能的变化
5.5.1 过滤塔甲苯去除能力
5.5.2 填料层压降
5.6 小结
第6章 生物过滤塔运行性能的模拟研究
6.1 生物过滤塔运行性能模型的建立
6.1.1 VOCs 去除子模型
6.1.2 填料层压降子模型
6.2 模型求解与参数确定
6.2.1 模型简化求解
6.2.2 参数确定
6.2.3 参数敏感性分析
6.3 模型验证与结果分析
6.3.1 过滤塔甲苯去除性能变化
6.3.2 过滤塔填料层压降变化
6.4 过滤塔运行性能模型的应用
6.4.1 参数对过滤塔运行性能的影响
6.4.2 木屑过滤塔设计参数确定
6.4.3 木屑过滤塔堵塞时间预测
6.5 小结
第7章 生物过滤塔中微生物群落的代谢特性研究
7.1 Biolog 方法简介
7.2 实验装置与方法
7.2.1 生物过滤塔装置与运行条件
7.2.2 微生物样品提取与Biolog 方法操作
7.2.3 数据分析方法
7.3 碳源的代谢过程分析
7.4 微生物代谢活性变化
7.5 微生物群落的代谢特性变化
7.6 微生物对不同碳源代谢能力分析
7.7 小结
第8章 结论与建议
8.1 结论
8.2 建议
参考文献
致谢与声明
附录 A
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2006-06-29
参考文献
- [1].生物过滤法净化高浓度多组分VOCs工艺研究[D]. 刘永慧.大连理工大学2004
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- [4].膜生物过滤技术净化工业废气中挥发性有机化合物性能研究[D]. 王震文.华东理工大学2014
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- [8].生物流化床养殖污水处理系统的设计与实验研究[D]. 柳瑶.中国海洋大学2013
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