双介质阻挡放电耦合气升式生物填料反应器处理甲苯和二氯甲烷的工艺研究

发布时间：2020-06-11 20:38

【摘要】：挥发性有机物(Volatile organic compounds,VOC)是 PM2.5 和 O3 污染形成的主要前体物之一,VOCs减排是当前我国大气环境亟待解决的问题。对比多种VOCs净化技术,在处理一些水溶性较好、易生物降解的有机物时,采用单一生物净化技术具有净化效率高、二次污染少、运行费用相对较低等特点。但是面对医药化工行业中含氯有机污染物、苯系物等难生物降解和疏水性的VOCs时,采用单一生物净化技术的难以达到理想的去除效果。本研究针对医药化工行业常见的含氯有机污染物、苯系物等难生物降解和疏水性VOCs,通过化学氧化-生物降解耦合净化工艺,以解决单一生物技术处理多组分难降解VOCs的不足,具体研究结果如下:利用双介质阻挡放电(Double dielectric barrier discharge,DDBD)工艺用于氧化降解甲苯和二氯甲烷的研究,结果表明,未添加催化剂的DDBD反应器对于甲苯和二氯甲烷的去除并不理想,二氯甲烷的去除效率趋近于0。当向DDBD反应器中加入氧化铝小球负载的Ti-Mn催化剂后,进气浓度500 mg m-3的甲苯去除效率最高达到58%,进气浓度100 mg m-3的甲苯去除效率最高达到69%,与未添加催化剂时相比,最高去除效率分别提升了 42%和33%。进气浓度500 mg m-3的二氯甲烷去除效率最高达到34%,进气浓度100 mg m-3的二氯甲烷去除效率最高达到45%。添加Ti-Mn催化剂能大幅提升甲苯和二氯甲烷的DDBD去除效果。设计了一种气升式填料反应器(Airlift biofilm packing reactor,ABPR)强化去除甲苯和二氯甲烷混合气体。停留时间19.3s,甲苯的去除效率为58%～65%,二氯甲烷去除效率71%～79%;当停留时间达到38.7 s,甲苯去除效率超过95%,二氯甲烷去除率没有明显提升。二氯甲烷的去除受到生物降解速率的限制,而甲苯的去除受到传质的限制。饥饿实验表明反应器具有很好的抗饥饿性能。建立DDBD-ABPR耦合体系用于去除甲苯和二氯甲烷。优化后的耦合体系添加了 10 g氧化铝小球负载1%质量分数Ti-Mn催化剂,在DDBD放电停留时间0.73 s,生物反应器停留时间19.3s,总停留时间20.0 s内,甲苯和二氯甲烷进气浓度100mgm-3～1000 mg m-3变化范围内,两种底物的去除效率均超过90%。非稳态实验表明,该DDBD耦合气升式生物反应器拥有良好的抗进气负荷波动的稳定性。在加设DDBD后,体系内的群落结构发生了较大的改变。Hyphomicrobium和Pseudom 替代 Rhodococcus 转化为了优势菌种,并较单一生物法拥有更丰富的微生物多样性。以本课题小试结果作为理论基础,在某医药企业开展实施工程案例。在企业现有废气治理设施的末端,增加一套DDBD装置耦合生物塔系统,强化对甲苯和甲醇的处理效果。甲苯及甲醇整体去除效果得到了较大提升,环境效益明显,废气可以稳定达标排放。
【图文】：

工艺流程图,生物滤塔,工艺流程,生物滴滤塔

或不易降解的疏水性ＶＯＣｓ邋（如苯系物、烷烃等），生物滴滤塔的去除能力往往逡逑受到哏制。且存在床层堵塞、压降较大等问题，使得各组分的去除效果不理想，，其逡逑工作原理示意图如图１．２所示逡逑５逡逑

工艺流程图,生物滴滤塔,工艺流程

增湿器逦生物滤池逡逑图１．１生物滤塔的工艺流程逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ｂｉｏｆｉｌｔｅｒ逡逑（２）生物滴滤塔（Ｂｉｏｔｒｉｃｋｌｉｎｇ邋ｆｉｌｔｅｒ，邋ＢＴＦ）逡逑与使用有机填料的生物滤塔不同，生物滴滤塔所用填料多为陶瓷、塑料等孔逡逑隙率高、比表面积大、微生物不可利用的惰性填料。通过营养液在填料间的持续逡逑流动，维持微生物生长所必须的无机元素。生物滴滤塔的ｐＨ、温度等反应条件逡逑易于控制，更适用于酸性废气的处理。然而，对于一些水溶性差，传质速率较低逡逑或不易降解的疏水性ＶＯＣｓ邋（如苯系物、烷烃等），生物滴滤塔的去除能力往往逡逑受到哏制。且存在床层堵塞、压降较大等问题，使得各组分的去除效果不理想，其逡逑工作原理示意图如图１．２所示逡逑５逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701

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