聚氨酯海绵填料生物滴滤器去除挥发性有机物的研究

论文摘要

近年来,从大规模工业生产或化学药剂制造过程中排放的大量的挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs),不但污染环境,还危害人体健康。采用生物法处理低浓度VOCs发展迅速。其中生物滴滤技术被认为是高效、经济和环境友好的控制技术,并且不会产生二次污染。由于合成填料比自然填料具有更多的优点,聚氨酯海绵(25 PPI)作为填料已经在生物滴滤器和转鼓生物过滤器中得到了应用。本研究采用两个相同的实验室规模生物滴滤器装置,以甲苯为模型VOCs,以整块开孔网状聚氨酯海绵材料作为生物滴滤器中微生物依附的载体,分别考察并评价了VOCs负荷和气体停留时间对其性能的影响。对于更好设计和应用聚氨酯海绵作为工业规模生物滴滤器的填料具有重要的实际意义。生物滴滤器对实验室模型甲苯废气处理效果良好。气体停留时间对装置的去除效率和去除能力均有较大的影响。在甲苯平均进口浓度为483 mg/m~3时,生物滴滤器去除效率和去除能力均随气体停留时间的缩短而急剧下降。当停留时间分别为30,15和7.5 s时,去除效率分别99%,65%和50%。平均去除能力分别达到了83,37,22 g toluene/m~3·h。进口甲苯浓度也对装置的性能产生了较大的影响。在气体流量为280 L/h的条件下,对于甲苯气体,去除效率随进口气体浓度升高呈下降的趋势。当进口甲苯浓度低于713 mg/m~3时,去除效率超过99%;继续增加进口甲苯浓度到1130和2710 mg/m~3时,去除效率下降至74%和44%。同样条件下,对甲苯的去除能力的规律均表现为:随进口浓度的升高EC值逐渐变大,升高到一定程度趋势变缓。当有机负荷为分别为85,135,3225 g toluene/m~3·h时,平均去除能力分别达到了845,98,142 g toluene/m~3·h;当进口有机负荷增加到最大值494 g toluene/m~3·h,甲苯去除能力达最大值237 g toluene/m~3·h。以城市污水处理厂的活性污泥混合菌种作为甲苯的降解实验的接种污泥,经驯化以后,不仅对甲苯具有较好的降解性能,而且活性污泥中混合菌群的生物多样性有助于生物滴滤器实现快速启动。实验结果还表明:采用整块网状聚氨酯海绵填料生物滴滤器,当停留时间和进气浓度一定时,生物滴滤器去除甲苯的效率或去除能力,随着填料高度的增加而增加;压力损失随着进口气体流量和甲苯浓度的增加而增加;并且在进口甲苯负荷有较大的波动时,由于分布在填料上的生物膜,能够提供很大的缓冲能力,使其具有很好的抵制冲击负荷的能力。总之,用本生物滴滤器进行甲苯废气的处理,具有填料使用寿命长,易于管理,去除率高,去除能力大等优点,因此,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 挥发性有机物及研究现状
• s 的种类及来源'>1.1.1 VOC_s的种类及来源
• 1.1.2 VOC 的控制排放标准
• s 主要治理技术'>1.1.3 VOC_s主要治理技术
• s 生物处理技术'>1.2 VOC_s生物处理技术
• 1.2.1 国内外研究现状
• s 的理论基础'>1.2.2 微生物法净化 VOC_s的理论基础
• s 废气技术'>1.2.3 生物法净化 VOC_s废气技术
• 1.2.4 生物滴滤法的研究方向
• 1.3 生物滴滤器中填料的选择
• 1.3.1 生物滴滤器填料的要求
• 1.3.2 生物滴滤器填料的研究进展
• 1.3.3 聚氨酯海绵填料
• 1.4 研究目的、意义及内容
• 1.4.1 研究的目的与意义
• 1.4.2 本文的主要研究内容
• 1.4.3 本研究的技术路线
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验装置及流程
• 2.1.1 工艺流程
• 2.1.2 配气系统
• 2.1.3 营养液供给系统
• 2.1.4 恒温水浴系统
• 2.2 工艺条件的选择
• 2.2.1 反应器温度的控制
• 2.2.2 湿度的调节
• 2.2.3 营养液物质的供给
• 2.3 实验材料
• 2.3.1 生物滴滤塔填料的选择
• 2.3.2 废气净化装置所需的仪器设备
• 2.3.3 实验药品
• 2.4 分析项目及方法
• 2.4.1 废气浓度检测分析仪器
• 2.4.2 分析条件
• 2.4.3 样品测定
• 2.5 标样曲线制作
• 2.5.1 气体稀释瓶
• 2.5.2 配制标准气样
• 2.5.3 绘制标准曲线
• 第3章 生物滴滤器去除甲苯废气的实验研究
• 3.1 实验内容
• 3.2 相关工艺参数
• 3.3 生物滴滤器BTF 1 和BTF 2 的挂膜与启动
• 3.3.1 实验装置检漏
• 3.3.2 生物滴滤器 BTF 1 和BTF 2 的挂膜
• 3.3.3 生物滴滤器启动阶段净化效果
• 3.4 生物滴滤器启动后BTF 1 和BTF 2 性能比较
• 3.5 工艺参数对生物滴滤器BTF 1 性能的影响
• 3.5.1 实验条件
• 3.5.2 停留时间对 BTF 1 去除效率的影响及其分析
• 3.5.3 停留时间对 BTF 1 去除能力的影响及其分析
• 3.5.4 填料高度对 BTF 1 去除效率的影响及其分析
• 3.5.5 BTF 1 压力损失的变化及其分析
• 3.6 工艺参数对生物滴滤器BTF 2 性能的影响
• 3.6.1 实验条件
• 3.6.2 进口浓度对 BTF 2 去除效率的影响及其分析
• 3.6.3 进口有机负荷对 BTF 2 去除能力的影响及其分析
• 3.6.4 填料高度对 BTF 2 去除效率的影响及其分析
• 3.6.5 BTF 2 压力损失的变化及其分析
• 3.6.6 BTF 2 性能恢复实验
• 3.7 生物滴滤器BTF 1 和BTF 2 性能对比分析
• 3.7.1 生物滴滤器净化甲苯废气性能对比
• 3.7.2 生物滴滤器对冲击负荷的适应性分析
• 3.7.3 两个生物滴滤器在不同条件下启动性能对比
• 结论
• 1 实验结论
• 2 进一步研究的方向和建议
• 2.1 进一步研究建议
• 2.2 有关生物过滤技术研究的发展方向
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录 B 攻读学位期间申请或参与申请国家发明专利