生物滴滤降解多组分VOCs的运行性能及基质相互作用研究

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunningyou
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我国化学制药、精细化工等行业发展迅速,由此产生的废气数量也急剧上升。甲苯、甲醇和丙烯酸乙酯常共存于该类行业排放的废气中。目前,国内外已有的报道多为采用生物滴滤/过滤技术处理单一VOCs组分的研究,而关于多组分废气生物净化的研究相对较少,更鲜见于采用生物法处理制药和精细化工等行业排放的甲苯、甲醇及丙烯酸乙酯类多组分废气的相关报道。   本实验建立2套生物滴滤塔(BTF)净化甲苯、甲醇和丙烯酸乙酯废气,着重研究反应器的运行性能和基质相互作用。第一套反应体系同步净化3种混合气体,考察BTF同步净化多组分废气的运行性能和微生物平均代谢活性;另一套反应体系逐一净化单一组分及其混合组分,探讨不同组分间的促进或抑制作用。第一套反应体系混合废气总进口浓度分别为300~1500mg/m3(甲苯:甲醇:丙烯酸乙酯的浓度=1:1:1),EBRT=90s的条件下,运行1周后,BTF体系平均生物量浓度达15.5mgVSS/g填料,并逐渐稳定,可认为挂膜启动基本完成。当进气负荷小于60g/m3·h时,体系中的甲苯、甲醇、丙烯酸乙酯基本达到完全的降解;混合气进口浓度低于910mg/m3时,BTF对混合废气总去除率维持在80%以上,表明BTF在处理中低浓度(≤910mg/m3)混合废气具有较明显的优势;当混合废气的总进气负荷大于120g/m3·h,去除负荷趋于100g/m3·h左右,此时反应器体系对3种VOCs降解效果最好。CO2的生成量与混合废气的去除负荷的比值为1.731,表明BTF对此三种混合废气有较高程度的矿化(考虑部分有机碳用于微生物自身的生长);上下层CO2的生成量所占的百分比随去除负荷的增大而增大。   第二套反应体系启动后逐一净化甲苯、丙烯酸乙酯、甲醇单一组分,继而降解其混合物,从而探讨各组分间的增抑作用效应。结果显示,BTF对较甲醇和丙烯酸乙酯的生物降解性能好于甲苯;在甲苯和甲醇或丙烯酸乙酯共存条件下,甲醇或丙烯酸乙酯均会抑制甲苯的降解,但甲苯对甲醇和丙烯酸乙酯的降解不会产生竞争性抑制效应:当生物滴滤塔同时降解甲醇和丙烯酸乙酯时,高浓度的甲醇会对丙烯酸乙酯产生竞争性抑制,低浓度时无明显影响。在单一组分条件下,甲苯、甲醇、丙烯酸乙酯的矿化率分别是83.4%、91.7%、83.8%,表明生物降解效果较好。   两套反应体系在运行期间,系统压降均无明显的升高,生物量、生物膜厚度和孔隙率稳定,说明BTF体系具有较稳定的运行性能。生物滴滤塔对甲醇、甲苯和丙烯酸乙酯的降解行为符合Michaelis-Menten动力学模型,甲醇、甲苯和丙烯酸乙酯单位体积最大降解速率rmax分别为90.9,50.5和58.5g/m3·h,气相饱和常数Ks分别为0.32,0.205,0.204.g/m3。通过BiologECO板分析微生物代谢活性,AWCD值分析表明,上述两套反应体系在运行过程中微生物均具有较高的代谢活性。
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