大气污染是我国目前最突出的环境问题之一。近年来，有机化工、油漆喷涂、橡胶再生以及废水处理等工业过程排放的挥发有机废气（VOCs）已经严重危害生态环境和人类健康。对这类废气通常的处理方法有：冷凝、催化燃烧、活性炭吸附及生物净化等方法。与传统的物理或化学方法相比，微生物法处理VOCs以其净化效果好，操作稳定，投资运行费用低，能耗小，无二次污染等优点受到环保学者的青睐。
近年来，将高效膜分离技术和生物膜反应器的结合产生了一项生物废气处理新技术——膜生物反应器（membrane bioreactors，MBR）。在MBR中，渗透膜将气相和液相回路分开，即解决了传统生物技术中液相传质阻力的问题，也避免了生物膜堵塞问题。因此，膜生物反应器日益受到关注。在MBR降解有机废气过程中涉及到由多组分气体、液体、生物膜和渗透膜组成的多元多相体系的流动、传质以及微生物的生化反应过程，影响因素多而复杂，因此，深入和系统地研究膜生物反应器内污染物的传输特性以及微生物降解污染物的生化反应特性，具有重要的工程价值和学术意义。
本文从工程热物理学科角度出发，从实验和理论研究两方面研究了MBR处理废气的性能。在实验研究方面，系统地研究了膜生物反应器挂膜启动过程以及对MBR各操作参数对净化性能的影响，并改进气侧结构强化污染物的传输来提高MBR的性能。在理论研究方面，建立了污染物组分传输以及微生物生化反应的传输降解模型，研究了不同参数对净化性能的影响规律。主要研究成果如下：
①设计了一套膜生物反应器处理有机废气系统，通过对从重钢焦化厂采集的活性污泥进行选育、筛选、驯化，得到一株具有较强甲苯降解能力的菌株，以此在PDMS/PA复合膜生物反应器中进行挂膜启动实验，挂膜启动获得成功。
②通过膜生物反应器挂膜启动实验，提出了衡量膜生物反应器挂膜启动完成的宏观标准，即循环液吸光度、液相压力损失，甲苯降解效率和生物膜干重等参数的变化规律，作为MBR衡量挂膜启动进程的判据。
③对平板PDMS/PA膜生物反应器降解甲苯废气的性能进行了可视化实验研究，系统地探讨了各主要操作参数对膜生物反应器性能的影响。实验结果表明：操作条件的改变会影响甲苯的传质特性和微生物的降解能力进而影响MBR的降解性能，而液体流量对反应器稳定运行期间的传质特性和微生物的降解能力影响很小。具体表现为：过大的甲苯进口浓度、过小的气体停留时间和顺流操作方式会降低反应器的降解性能；在高甲苯负荷时微生物对甲苯的有限降解能力是引起反应器降解效率降低的主要影响因素；pH值的改变会影响微生物细胞内酶的催化活性，中性条件最适宜微生物的生长代谢，偏酸或偏碱均会使微生物对甲苯的降解能力降低，进而降低反应器降解性能。
④通过在气侧通道增加扰流柱形成扰动强化甲苯传输，结果表明气相空间的扰动能够强化膜生物反应器的气侧传质，能提高膜生物反应器降解甲苯废气的效率。
⑤建立了平板膜生物反应器内含有生化反应的质量传输模型，获得了不同操作参数条件下膜生物反应器内的甲苯传输及降解特性和影响规律，并与实验值进行了对比发现模型计算结果与实验值曲线趋势基本吻合。
- 作 者：
- 曹明福
- 学科专业：
- 动力工程及工程热物理
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 重庆大学
- 导师姓名：
- 朱恂
- 学位年度：
- 2011
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
