生物膜填料塔添加亚硫酸钠净化甲醛废气的基础应用研究

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甲醛是一种无色、有刺激性气味、极易溶于水的有机废气污染物。它不仅能对环境造成严重的污染,还能对人们的身体带来极大危害。它用途广泛,生产量大,在人们的日常生活中起着重要作用。生物法净化有机废气技术因为其经济有效、污染物处理彻底、无二次污染等特点,使得人们越来越重视它在处理工业有机废气中的应用。由于甲醛极易溶于水,使生物法不能高效净化降解甲醛有机废气。本论文针甲醛废气易溶于水,解决液相甲醛的累积问题,从根本意义上达到对甲醛净化去除的目的,提升甲醛废气的降解效果。对生物膜填料塔的喷淋液进行选择、采用亚硫酸钠溶液为喷淋液的生物膜填料塔进行单因素实验和正交实验,探讨了生物膜填料塔的最佳操作条件并对以亚硫酸钠溶液溶液为喷淋液生物膜填料塔净化甲醛废气的性能及其相关的动力学模型进行了研究。得到以下研究结论:(1)喷淋液选择性实验研究结果表明,以亚硫酸钠溶液溶液为喷淋液的生物膜填料塔,甲醛的生化去除量和净化效率均高于水和菌液喷淋液。且其气相净化产物为对环境无害的CO2和H2O,而不产生SO2气体,液相产物CH2(OH)SO3Na能被微生物作为能源物质降解吸收,以亚硫酸钠溶液溶液为喷淋液既有利于微生物的生长又能促进生物膜填料塔对甲醛废气的净化效果。(2)以亚硫酸钠溶液溶液为喷淋液生物膜填料塔净化甲醛废气的最佳操作条件实验结果显示,实验的最佳操作条件为:亚硫酸钠溶液喷淋液流量5 L/h,气体流量为0.4 m3/h,气相甲醛进口浓度保持在80 mg/m3,此时生物膜填料塔净化甲醛废气有最佳性能。其最大甲醛生化去除量可达108.861 mg/(L·h),远远高于不加亚硫酸钠溶液生物法研究的最大甲醛生化去除量6.86 mg/(L·h)和10.42 mg/(L·h),说明以亚硫酸钠溶液为喷淋液生物膜填料塔取得了良好的甲醛净化效果。(3)对生物膜填料塔净化甲醛生化反应动力学探讨,生物膜内甲醛的生化降解反应为一级反应。其表观一级生化反应速率常数为K1=0.0243 s-1,较之生物法研究的一级反应速率常数0.0069 s-1提高了3.5倍。该研究的生化降解反应无因次准数M=1.4161×10-2,相比生物法研究的无因次准数4.027×10-3同样提高了3.5倍。生物膜对甲醛废气的生化降解反应为慢速生化反应,其反应速率由液相主体的生化反应速率决定。由此可见亚硫酸钠溶液的加入,加快了甲醛的生化降解反应速率,促进了生物膜填料塔对甲醛的生化降解。(4)根据“吸收—生物膜”和“吸附—生物膜”理论动力学模型对甲醛废气的出口浓度、净化效率以及生化去除量模型计算值与实验值之间的相关系数对比,“吸收一生物膜”模型均具有良好相关性。从二者的对比结果来看,“吸收—生物膜”理论模型对三个考察参数的计算值较“吸附—生物膜”理论模型的计算值更接近于实验值。对以亚硫酸钠溶液溶液为喷淋液生物膜填料塔净化甲醛废气过程的描述,“吸收—生物膜”理论更为准确、适用。
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