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生物过滤塔微生物增殖规律及生物量化学控制方法的研究

张娴  
【摘要】:随着工业的迅猛发展,人们物质生活水平的提高,空气污染问题变得日益严重。作为一类气态污染物,挥发性有机污染物(VOCs)对人体健康和自然环境具有很大的危害。因此,对 VOCs 的净化处理己经引起了人们的越来越多的关注。VOCs 的处理方法包括物理法、化学法和生物法,生物过滤塔作为一种典型的生物处理工艺具有设备简单、运行费用低和二次污染小等优点。 在生物过滤塔处理工业有机废气的实际应用中,过滤塔的长期运行稳定性问题是影响装置处理效果和运行成本的一个重要因素。塔中微生物过量增殖导致的填料层堵塞是引起过滤塔运行不稳定的一个主要原因。因此,研究过滤塔中微生物的增殖规律及生物量的控制策略与方法对于提高过滤塔长期运行稳定性,延长其使用寿命具有重要意义。 本研究利用 4 套平行的单层木屑生物过滤塔处理甲苯气体,研究了过滤塔中微生物的增殖规律和堵塞的形成。建立了预测增殖规律模型可以较好地模拟不同运行条件下木屑生物过滤塔中微生物浓度的变化过程。微生物增殖引起的填料层结构改变会使填料层的空隙率和比表面积减小,从而导致填料层压降的上升和过滤塔去除能力的下降。对于本研究采用的木屑过滤塔,保持填料层压降稳定的最大微生物浓度约为 15kg/m3。 化学方法是效果较好的生物量控制方法。本研究考察了 NaOH 溶液对生物过滤塔中微生物的去除效果及其对过滤塔去除甲苯性能的影响。NaOH 循环洗脱的试验结果表明,在 0.2%-0.8%的 NaOH 浓度范围内,适宜的循环洗脱持续时间为 2-3 h。浓度为 0.4%的 NaOH 溶液表现出的微生物去除效果最佳,此时微生物洗脱以脱附作用为主。对过滤塔甲苯去除性能的监测表明,洗脱后过滤塔的去除性能可在 3-4d 内恢复,不同浓度 NaOH 对去除性能的影响差别不大。对浸泡/排空、气冲等不同化学洗脱方式进行综合比较发现,循环洗脱是较为适宜的化学洗脱方式。浸泡/排空的洗脱方式对微生物量去除效果不明显,气冲的洗脱方式虽然有较高的微生物去除量但是会破坏填料层结构。 双层木屑过滤塔长达 500 天的连续运行结果表明,采用化学洗脱的生物量控制方法,可以实现生物过滤塔在高于 60gC/m3.h 的负荷下长期稳定运行。化学洗脱后过滤塔的甲苯去除能力可以维持在 70%,去除速率在 40 g C/(m3·h)以上,压降低于100pa.m-1。


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