平板式膜生物反應(yīng)器凈化有機(jī)廢氣的傳輸降解特性.pdf

1、大氣污染是我國目前最突出的環(huán)境問題之一。近年來，有機(jī)化工、油漆噴涂、橡膠再生以及廢水處理等工業(yè)過程排放的揮發(fā)有機(jī)廢氣（VOCs）已經(jīng)嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人類健康。對這類廢氣通常的處理方法有：冷凝、催化燃燒、活性炭吸附及生物凈化等方法。與傳統(tǒng)的物理或化學(xué)方法相比，微生物法處理VOCs以其凈化效果好，操作穩(wěn)定，投資運(yùn)行費(fèi)用低，能耗小，無二次污染等優(yōu)點(diǎn)受到環(huán)保學(xué)者的青睞。
　　近年來，將高效膜分離技術(shù)和生物膜反應(yīng)器的結(jié)合產(chǎn)生了一項生物廢氣

2、處理新技術(shù)——膜生物反應(yīng)器（membrane bioreactors，MBR）。在MBR中，滲透膜將氣相和液相回路分開，即解決了傳統(tǒng)生物技術(shù)中液相傳質(zhì)阻力的問題，也避免了生物膜堵塞問題。因此，膜生物反應(yīng)器日益受到關(guān)注。在MBR降解有機(jī)廢氣過程中涉及到由多組分氣體、液體、生物膜和滲透膜組成的多元多相體系的流動、傳質(zhì)以及微生物的生化反應(yīng)過程，影響因素多而復(fù)雜，因此，深入和系統(tǒng)地研究膜生物反應(yīng)器內(nèi)污染物的傳輸特性以及微生物降解污染物的生化反應(yīng)

3、特性，具有重要的工程價值和學(xué)術(shù)意義。
　　本文從工程熱物理學(xué)科角度出發(fā)，從實驗和理論研究兩方面研究了MBR處理廢氣的性能。在實驗研究方面，系統(tǒng)地研究了膜生物反應(yīng)器掛膜啟動過程以及對MBR各操作參數(shù)對凈化性能的影響，并改進(jìn)氣側(cè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化污染物的傳輸來提高M(jìn)BR的性能。在理論研究方面，建立了污染物組分傳輸以及微生物生化反應(yīng)的傳輸降解模型，研究了不同參數(shù)對凈化性能的影響規(guī)律。主要研究成果如下：
　?、僭O(shè)計了一套膜生物反應(yīng)器處理有機(jī)廢

4、氣系統(tǒng)，通過對從重鋼焦化廠采集的活性污泥進(jìn)行選育、篩選、馴化，得到一株具有較強(qiáng)甲苯降解能力的菌株，以此在PDMS/PA復(fù)合膜生物反應(yīng)器中進(jìn)行掛膜啟動實驗，掛膜啟動獲得成功。
　?、谕ㄟ^膜生物反應(yīng)器掛膜啟動實驗，提出了衡量膜生物反應(yīng)器掛膜啟動完成的宏觀標(biāo)準(zhǔn)，即循環(huán)液吸光度、液相壓力損失，甲苯降解效率和生物膜干重等參數(shù)的變化規(guī)律，作為MBR衡量掛膜啟動進(jìn)程的判據(jù)。
　　③對平板PDMS/PA膜生物反應(yīng)器降解甲苯廢氣的性能進(jìn)行了可

5、視化實驗研究，系統(tǒng)地探討了各主要操作參數(shù)對膜生物反應(yīng)器性能的影響。實驗結(jié)果表明：操作條件的改變會影響甲苯的傳質(zhì)特性和微生物的降解能力進(jìn)而影響MBR的降解性能，而液體流量對反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行期間的傳質(zhì)特性和微生物的降解能力影響很小。具體表現(xiàn)為：過大的甲苯進(jìn)口濃度、過小的氣體停留時間和順流操作方式會降低反應(yīng)器的降解性能；在高甲苯負(fù)荷時微生物對甲苯的有限降解能力是引起反應(yīng)器降解效率降低的主要影響因素；pH值的改變會影響微生物細(xì)胞內(nèi)酶的催化活性，中

6、性條件最適宜微生物的生長代謝，偏酸或偏堿均會使微生物對甲苯的降解能力降低，進(jìn)而降低反應(yīng)器降解性能。
　　④通過在氣側(cè)通道增加擾流柱形成擾動強(qiáng)化甲苯傳輸，結(jié)果表明氣相空間的擾動能夠強(qiáng)化膜生物反應(yīng)器的氣側(cè)傳質(zhì)，能提高膜生物反應(yīng)器降解甲苯廢氣的效率。
　?、萁⒘似桨迥ど锓磻?yīng)器內(nèi)含有生化反應(yīng)的質(zhì)量傳輸模型，獲得了不同操作參數(shù)條件下膜生物反應(yīng)器內(nèi)的甲苯傳輸及降解特性和影響規(guī)律，并與實驗值進(jìn)行了對比發(fā)現(xiàn)模型計算結(jié)果與實驗值曲線趨勢基