【摘要】：揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds,VOCs)排放已被認(rèn)為是重要的環(huán)境問題之一。近年來(lái),越來(lái)越多的VOCs通過人類活動(dòng)、生物釋放等途徑進(jìn)入環(huán)境。這些活動(dòng)所排放的VOCs濃度變化較大,且與霧霾的形成息息相關(guān),對(duì)人類健康和生態(tài)安全構(gòu)成了巨大的威脅。因此,VOC的排放已引起了人們的普遍關(guān)注。在VOC的處理技術(shù)中,生物技術(shù)因其成本低廉和環(huán)境友好等特點(diǎn)得到了廣泛研究和應(yīng)用。然而,當(dāng)采用生物滴濾器(biotrickling filters,BTFs)處理VOCs時(shí),BTFs在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中存在填料層堵塞和運(yùn)行性能惡化等問題,而且,由于疏水性VOCs在水中的溶解度較低,且氣-液傳質(zhì)速率受到限制,BTFs對(duì)疏水性的VOCs的的處理效果不理想。針對(duì)上述問題,本研究以疏水性正己烷為模型廢氣,采用BTFs裝置,考察了操作參數(shù)、表面活性劑、親水性VOCs對(duì)BTFs去除正己烷的影響,對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行后填料上生物膜進(jìn)行了初步分析,并考察了剩余生物膜的再利用。在BTF長(zhǎng)期運(yùn)行過程中考察了氮源濃度、正己烷進(jìn)口濃度、溫度、氣體停留時(shí)間(empty bed contact time,EBCT)對(duì)其性能的影響,并對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行過程中生物膜相組成及表面特性變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:當(dāng)進(jìn)口正己烷濃度保持350 mg m~(-3),停留時(shí)間保持30 s不變時(shí),最佳氮源濃度為160 mg N-NO~(3-)L~(-1),在此條件下,正己烷去除效率達(dá)到85%。此外,隨著進(jìn)口濃度的增加和停留時(shí)間的減小,正己烷的去除效率逐漸減小,但去除能力在增加,且環(huán)境溫度對(duì)BTF的去除性能有很大影響。BTF對(duì)正己烷的去除能力(elimination capacity,EC)在進(jìn)口濃度為900 mg m~(-3),EBCT為30 s時(shí)可達(dá)到最大值45.4 g m~-33 h~(-1)。BTF在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中,生物膜電負(fù)性逐漸降低,生物膜分泌的蛋白質(zhì)在EPS中所占比例最大,其含量呈逐漸增加趨勢(shì),其次是多糖,但其含量在BTF運(yùn)行前期變化明顯,后期幾乎無(wú)變化。EPS含量和蛋白質(zhì)的增加的變化可能是導(dǎo)致反應(yīng)體系運(yùn)行性能惡化的本質(zhì)原因。在表面活性劑濃度的優(yōu)化研究中,采用兩套相同的BTF裝置(BTF 1不加表面活性劑,BTF 2加表面活性劑)進(jìn)行研究。主要對(duì)比分析了三種表面活性劑(SDS,Triton X-100,Tween 20)的分配系數(shù)(K)、表面活性劑的生物降解性及毒性,并在正己烷為600 mg m~(-3),停留時(shí)間為30 s的實(shí)驗(yàn)條件下優(yōu)化SDS的添加量以及初步分析了表面活性劑對(duì)不同填料層生物膜相組成的影響,結(jié)果表明:正己烷在SDS中的分配系數(shù)最低且均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其在水溶液中的分配系數(shù)。SDS可以作為碳源被微生物利用且對(duì)微生物沒有毒性。在BTFs中,SDS的最佳添加濃度為0.1 CMC,在此濃度條件下,BTFs對(duì)正己烷的去除效率(removal efficiency,RE)從原來(lái)的50%左右提高到70%左右,相應(yīng)的去除能力從36 g m~-33 h~(-1)增加到50.4 gm~(-3)h~(-1)。BTF 1第2層填料上生物膜分泌的蛋白質(zhì)和多糖含量最多,其次是第1層,第3層最少,BTF 2中0.1 CMC SDS存在時(shí),第2層填料上生物膜分泌的蛋白質(zhì)含量和多糖均高于BTF1中第2層填料。在最佳表面活性劑條件下,研究不同操作參數(shù)對(duì)BTF性能的影響,并進(jìn)行了對(duì)比分析。當(dāng)EBCT保持30 s不變,進(jìn)口正己烷濃度逐步提高到600和850 mg m~(-3)時(shí),相應(yīng)的有機(jī)負(fù)荷(loading rate,LR)逐步升到72和102 g m~(-3) h~(-1)。此時(shí),BTF 2的去除效率從67%降到40%,BTF 1的處理效率從53%降到43%。在進(jìn)口正己烷濃度為200 mg m~(-3)不變的條件下,EBCT從30 s逐漸降低15 s和7.5 s,BTF 1和BTF 2的去除率隨EBCT的減少而降低,但在EBCT為7.5 s時(shí),BTF 2的去除效率(60%)要高于BTF 1的去除率(43%)。在親水性丙酮對(duì)疏水正己烷生物降解的影響研究中,正己烷和丙酮的有機(jī)負(fù)荷變化范圍分別為10.7~73.7 g m~(-3) h~(-1)和4.3~148.8 g m~(-3) h,去除率分別在33%~100%和80%~100%之間變化。結(jié)果表明,正己烷對(duì)丙酮的去除效率沒有明顯的影響,但是,高濃度的丙酮抑制了正己烷生物降解且可以加快生物膜的生長(zhǎng)及過度蓄積。當(dāng)BTF停止運(yùn)行12 h后再啟動(dòng),BTF對(duì)正己烷(IR24 g m~(-3)h~(-1))的去除率只有55%左右,加入低濃度的丙酮?dú)怏w(18 g m~(-3) h~(-1)),正己烷的去除率能迅速恢復(fù)到85%~100%。且當(dāng)填料上多余的生物膜被清洗過后,BTF對(duì)正己烷去除性能在24 h后迅速恢復(fù)到90%。BTF填料上剩余的生物膜制備的生物吸附劑對(duì)重金屬?gòu)U水中的鉛離子具有較好的吸附效果。吸附等溫線研究過程中,Langmuir等溫線能夠更好的擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),且吸附劑在25℃對(duì)鉛離子的最大吸附容量可達(dá)到160 mg/g。動(dòng)力學(xué)研究表明,生物吸附劑對(duì)鉛離子的吸附符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。熱力學(xué)研究過程發(fā)現(xiàn),生物吸附及對(duì)鉛離子吸附過程是熱力學(xué)自發(fā)的過程(△G°0),吸附反應(yīng)是吸熱反應(yīng)(△H°0),生物吸附劑吸附鉛離子的反應(yīng)增加了固-液界面上物質(zhì)的無(wú)序程度(△S°0)。紅外光譜圖(fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)分析表明在吸附劑吸附鉛離子的過程中,主要發(fā)生的是鉛離子與吸附劑中特征官能基團(tuán)之間的鍵合作用及孔吸附。
【圖文】：

圖 1.3 生物過濾過程機(jī)理Fig.1.3 The mechanism of biofiltration生物過濾過程存在兩個(gè)現(xiàn)象：第一個(gè)現(xiàn)象涉及到物質(zhì)氣從氣相轉(zhuǎn)移到液相及從液相到微生物相。廢氣中的的傳質(zhì)與該物質(zhì)的亨利常數(shù)有關(guān)。污染物在氣相中的

圖 1.4 生物洗滌器示意圖Fig. 1.4 Schematics of a bioscrubber unit，，大多數(shù)生物洗滌器使用來(lái)自污水處理廠的活性污泥作為接 的種類繁多，成分復(fù)雜，在某些情況下，該反應(yīng)器還可以種類接種一些優(yōu)勢(shì)降解菌。生物洗滌器水利停留時(shí)間一般
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X701

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 李蕾;王學(xué)華;王浩;秦毅;;吸附濃縮-催化燃燒工藝處理低濃度大風(fēng)量有機(jī)廢氣[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2015年11期

2 李紅霞;;冷凝法治理化工廠有機(jī)廢氣工藝研究[J];廣東化工;2015年07期

3 王鐵宇;李奇鋒;呂永龍;;我國(guó)VOCs的排放特征及控制對(duì)策研究[J];環(huán)境科學(xué);2013年12期

4 邵敏;董東;;我國(guó)大氣揮發(fā)性有機(jī)物污染與控制[J];環(huán)境保護(hù);2013年05期

5 王海林;張國(guó)寧;聶磊;王宇飛;郝鄭平;;我國(guó)工業(yè)VOCs減排控制與管理對(duì)策研究[J];環(huán)境科學(xué);2011年12期

6 劉強(qiáng);鄧瑜衡;AR0WOLO E Babajide;;用表面活性劑提高生物滴濾床凈化廢氣中氯苯的性能(英文)[J];Journal of Shanghai University(English Edition);2007年06期

7 吳東平,潘紅磊;紫外光催化氧化技術(shù)處理有機(jī)污染物的研究動(dòng)態(tài)[J];環(huán)境工程;1998年03期

8 閆勇;有機(jī)廢氣中VOC的回收方法[J];化工環(huán)保;1997年06期

本文編號(hào)：2644815