生物滴滤床净化甲硫醚废气的研究开题报告
2020-05-26 20:47:06
1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)
毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告
1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写 2000字左右的文献综述: |
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文 献 综 述 1.有机废气的简介 挥发性有机化合物(VOCs)是指在常温下饱和蒸气压gt;70 Pa,常压下沸点在260℃以内的有机化合物。它们包括氨气、碳氢化合物、苯及其衍生物、酚及其衍生物、醇类、醛类、酮类和脂肪酸等。在许多工业生产中都会产生这样的废气,它们必须处理到一定的标准范围内才能被排放,例如,美国于1990年公布的清洁空气修正案就严格限制了189种危险空气污染物(其中70%是挥发性有机物)的排放。随着经济的快速发展,有机废气( VOCs) 污染日益严重,低浓度的有机废气通常产生于食品工业、水产业、农业(家禽的饲养)以及垃圾沥出物等的处理中以及石油加工、化工等各种工业生产及储运过程中。而且废气中的甲基硫化物不仅排放量大,而且嗅阈值非常低,对环境造成严重的恶臭污染。典型的恶臭物质是甲硫醇(MT) 、甲硫醚(DMS) 、二甲基二硫(DMDS),它们不仅种类繁多,而且多数有毒,部分致癌,严重地污染环境和危害人类健康。 2.有机废气的处理方法 我国通常采用化学和物理方法来除去低浓度的有机物。化学法中最典型的是催化燃烧和化学氧化;物理法中最典型的有吸附法和吸收法2种。然而,用传统的方法处理被低浓度(密度lt;1 g/m3)有机废气所污染的空气是十分昂贵也是十分困难的用生物法与用物理和化学法相比,其优点是:(1)成本和操作费用都较低;(2)无二次污染;(3)生物法已被公众认为是有益于环境的方法。 3生物法简介 生物法处理废气是近年来发展起来的一种大气污染控制技术,具有设备简单、运行费用低、较少二次污染等优点,是一项经济实用、具有环境友好性的技术。常用的废气生物处理方法包括生物滴滤法、生物过滤法和生物洗涤法, 3.1生物处理有机废气方法原理 气态污染物的生物净化过程实质上是潮湿有孔的介质上聚集的活性微生物的生命活动"。,利用微生物的这种生命活动将废气中的有害物质转化成为简单的无机物,如二氧化碳和水等。所利用气态污染物的生物净化设施按微生物的存在方式和水分、营养的添加方式的差异,可分为3类典型的净化技术:生物滤池、生物滴滤塔和生物洗涤器。图1、图2和图3分别为生物滤池、生物滴滤塔和生物洗涤器的装置示意图。 3.1.1 生物滤池 生物滤池是由敞开或封闭的容器中一层层的多孑L填料床组成。填料可以是堆肥、泥炭块、土壤、塑料滤料、粒状活性炭、陶瓷滤料或者其他适宜的东西,在填料的表面覆盖着微生物膜和水。生物滤器的厚度一般约为1 m,面积视处理气体量和处理效果而定。生物滤池的工艺流程如图1所示,除尘后的废气经过增湿器润湿后,通过附有生物膜的填料层时,有机污染物就被微生物所降解。在生物滤池中,液相是静止的或是以很小的速度流动。生物滤池中的容器可以根据工艺的需要来补充水分,但是要保证连贯的气体通过生物滤池。生物滤池可以串联运行。
3.1.2 生物滴滤塔 生物滴滤塔的结构同生物滤池的结构类似,它们之间惟一的区别是生物滴滤塔中的水分是从滴滤塔填料的顶部喷淋下来,并逐步地流过滴滤塔的填料,因此,滴滤塔填料的孔隙比生物滤池的多。在多孑L的填料床内液相和气相可以以逆流或顺流的方式流动。在净化过程中,气态污染物要经过由气态到固态颗粒表面液膜的传质过程,然后被固体表面生物膜内的微生物降解,生成的二氧化碳气体又沿反方向通过扩散和对流传至主流气相区,最终排出生物滴滤塔外。生物滴滤塔比生物滤池结构复杂,但对于处理生成酸性副产物的废气时效果比生物滤池好。生物滴滤塔同样可以串联运行。 生物洗涤器实际上是一个悬浮活性污泥处理系统,它是一种具有三态的流化床,因此,它完全不同于生物滤池和生物滴滤塔。它通常由1个装有填料的洗涤器和1个具有活性污泥的生物反应器构成(图3)。第1个反应器是接触式单元,污染物就是在这个单元从气态转移到液态的。污染物与这个单元内的惰性材料进行传质吸附和吸收,同时也与从第2个单元,即生物降解单元过来的活性污泥进行传质吸附和吸收,有少部分污染物是在第1个单元内降解的,其余大部分的污染物都在第2个单元内通过活性污泥的代谢作用被降解。 4.生物处理有机废气法研究现状 生物技术处理挥发性有机物或臭味物质,在欧洲和美国已经得到广泛的应用,设备和工艺都较为成熟。而在我国,这方面的研究相对较少,自有技术的应用就更少。但是在工业生产和大规模的畜禽养殖等场所产生的挥发性有机物和臭味污染问题十分严重。20 世纪80 年代起,德国和荷兰已经开始采用生物过滤法控制工业生产过程中产生的挥发性有机物和有毒气体,Ryu 等研究了在生物滤床中生物量、压降与反应器性能之间的关系。Hernandez等设计了基于质量平衡和转换方程建立的数学模型,比较己烷在两液相搅拌釜反应器和生物滴滤器中的质量传递性能。Popat 等研究了在厌氧生物滴滤塔中三氯乙烯移除的限速步骤,并得出了操作条件的不同,质量传递和动力学限制会发生在空气/污染物中。从国内研究现状看,现阶段对生物法处理有机废气的研究主要集中在实验阶段,并维持反应器一定的稳态条件,但工业生产中污染物的种类、浓度、温度等条件不断变化,所以,在研究阶段应更加注重实际,以便于生物法处理VOCs 技术在工业中得到更普遍的应用。国外研究生物法处理VOCs 技术较早,并得到广泛的应用,现阶段国外的研究更加注重多因素考察以及相关机理方面的内容研究。 5.生物处理有机废气法展望 随着工业的快速发展,生物法处理VOCs 技术以其能耗低、投资少、效率高等优点而得到广泛研究与应用,以便解决我国当前严重的环境问题,但生物法处理VOCs 亦存在较多问题而限制了其在工业中的广泛应用,笔者认为今后的研究重点应放在:( 1) 研究微生物降解底物的反应机理,发现调控反应速率的关键步骤,通过反应速率调控实现提高反应性能目的;( 2) 在工业生产中,因污染物种类多、温度高、VOCs 浓度变化大,而在实验研究中应更加注重实际,模仿在工业条件下进行研究与分析;( 3) 微生物是生物法处理废气的主体单元,驯化得到能适应不同环境条件并能长期保持高活性的降解菌;( 4) 填料的比表面积、孔隙率影响了菌种在填料上的分布,对压降、传量系数等具有重要影响,应加大对填料理化性质的研究,选择合适且不易老化的填料作为载体,从而提高反应器的性能。
参考文献
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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
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2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径): |
研究问题: 甲硫醚因其化学性质具有极低的臭味阈值和极高的毒性,普通的物理化学方法很难对其有效去除。研究利用生物滴滤法去除甲硫醚废气的可能性及去除性能,研究改性填料在挂膜和长期运行中的适应性及稳定性。寻找生物滴滤床去除甲硫醚废气的最佳操控参数,为后期深入和放大研究奠定基础。 拟采用解决的手段: 拟采用活性污泥为目标微生物,经过驯化挂膜,以填充改性填料的生物滴滤塔对甲硫醚降解效果进行初步研究。考察改性填料的适用性,以及进气浓度、气体停留时间和进气负荷对去除效率的影响;测量压降、pH等对滴滤床运行状态进行监控;测量循环液中各硫化物的浓度变化推测甲硫醚的降解途径。
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指导教师意见: |
1.对”文献综述”的评语:
2.对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:
指导教师: 年 月 日 |
所在专业审查意见:
负责人: 年 月 日 |