表面活性剂强化生物滴滤器处理正己烷废气的净化效果及机理

发布时间：2018-03-09 11:52

本文选题：生物滴滤　切入点：正己烷　出处：《湖南大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：挥发性有机物(Volitile Organic Compounds,VOCs)的无组织排放已被认为是导致大气污染的主要原因之一。尽管生物滴滤器(Biotrickling filters,BTF)因其具有高效和环境友好等优点而被广泛应用,但研究发现,该技术应用于降解疏水性有机污染物时去除效率并不理想,因此本研究采用表面活性剂生物强化技术来提高其降解效率。表面活性剂的添加不仅可以增强VOCs的水溶性,提高其从气相转移到液相的传质速率;还能够增强微生物的活性,提高其对VOCs的分解利用能力。本研究选取正己烷作为模拟VOC,聚氨酯海绵为填料,以城市污水处理厂二沉池内活性污泥为接种菌体,以生物表面活性剂皂角苷和非离子表面活性剂Tween 20及其复配表面活性剂作为添加剂,采用两套独立运行但结构相似的生物滴滤器BTF1和BTF2对照考察其降解气态正己烷的性能,从而研究表面活性剂对其性能的影响。在BTFs系统的启动阶段,进口正己烷浓度设定为250 mg m~(-3),空床停留时间为30 s,总进气流量为0.55 m3 h~(-1)。实验结果表明,BTF1和BTF2对正己烷的降解效率均可在第11和13天到达90%,在第18天时,其降解效率均超过95%,表明生物滴滤器启动成功,整个启动阶段共经历了22天。待BTFs启动成功后,首先进行表面活性剂添加浓度及其混合比优化的实验。保持气体停留时间为30s,正己烷废气的进口浓度为600 mg m~(-3),进气流量为0.55m3 h~(-1),在BTF1的营养液中添加不同浓度的单一或混合表面活性剂,BTF2营养液中未添加任何表面活性剂。实验结果表明,皂角苷的最佳添加浓度为1.25CMC,对应的降解效率和去除容量分别为88.4%和63.4 g m~(-3) h~(-1);与BTF2相比,皂角苷添加浓度为0.1CMC、0.5CMC、1.0CM、1.25CMC和1.5CMC时,降解效率分别提高了6.1%、12.1%、17.1%、27.0%和20%。同样的方法得出,Tween 20的最佳添加浓度为0.1CMC,此时的将降解效率和去除容量分别为78.45%和56.25 g m~(-3)h~(-1);与BTF2相比,Tween 20添加浓度为0.05CMC、0.1CMC、0.2CMC、0.5CMC和1.0CMC时,降解效率分别提高了7.33%、15.79%、8.07%、5.65%和~(-3).53%。皂角苷和Tween 20的最佳混合比为3:1,其对应的降解效率和去除容量分别为91.66%和65.72 g m~(-3) h~(-1),与BTF2相比,皂角苷和Tween 20混合比为3:1、2:1、1:1、1:2和1:3时,降解效率分别提高了30.6%、23.04%、19.24%、8.89%和5.94%。整个实验过程中BTF1未出现任何生物膜过度蓄积现象,而BTF2发生了两次生物膜堵塞现象。将最佳浓度的皂角苷引入到BTF1的营养液中,与BTF2做对比分析实验。逐步增加进口正己烷的浓度至400、600、800和1000 mg m~(-3)以使其进口有机负荷增大至47.83、71.74、95.65和120.0 g m~(-3)h~(-1),BTF1的最大平均降解效率分别为91.3%、88.3%、85.8%和83.0%,其对应的去除容量为43.67、63.35、82.07和99.6 g m~(-3)h~(-1);而BTF2的平均最大降解效率仅为62.8%、61.4%、60.8%和56.8%,其对应的去除容量也仅有30.04、44.05、58.16和68.16 g m~(-3) h~(-1)。保持有机负荷为71.7 g m~(-3) h~(-1)不变,气体停留时间由30 s逐步减少至15、10和7.5 s,BTF1的平均最大降解效率分别为88.4%、84.4%、75.6%和64.5%,其对应的去除容量为63.4、60.5、54.2和46.2 g m~(-3) h~(-1);而BTF2的平均最大降解效率仅为61.4%、53.9%、43.9%和38.3%,其对应的去除容量也仅有44.0、38.6、31.5和27.5 g m~(-3)h~(-1)。结果显示在上述两种不同运行条件下,BTF1的去除效率均明显优于BTF2,因此,在营养液中添加适量浓度的表面活性剂能够确保反应器长期稳定运行。
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【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X701

【参考文献】