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研究生:林志芳
論文名稱:以理論探討生物濾床法處理VOCs之研究
指導教授:盧重興盧重興引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:環境工程學系
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:110
中文關鍵詞:生物濾床非穩態模式穩態模式
外文關鍵詞:VOCs
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台灣地區因地狹人稠,工、商業與住宅區域往往緊鄰在一起,工廠在生產製程中所產生的揮發性有機物質(Volatile Organic Compounds,VOCs)會隨著擴散、洩漏、煙道排出,除了會直接影響人體的健康,此外許多VOCs亦可能經由光化學作用造成空氣中臭氧之生成,進而影響空氣品質。因此,需要發展一套經濟有效的VOCs控制技術。
在本研究室過去之研究中已證實可利用生物濾床法來處理含單一以及混合VOCs廢氣,已獲具體成果,處理效率也相當高。為了增進對生物濾床反應特性之了解,並提供設計參考依據,數學模式是具有潛在效益之工具。
本研究的目的主要以質傳理論探討生物濾床反應器內生物反應動力與質量傳送兩種現象,並發展穩態與非穩態模式,期能以較簡單之穩態模式來探討廢氣特性(如廢氣空床停留時間及濃度)與濾料特性(如比表面積)對生物濾床操作的影響,並進一步預測生物濾床之處理效能,可作為實場在設置生物濾床時效能預估與濾床尺寸設計之依據。另以非穩態質傳模式,探討生物濾床處理非穩態VOC廢氣,期能成為一個有效預測實場處理效率的動力模式,並進而瞭解在實場中操作條件改變對處理效能之影響,可作為實場操作時參考依據。
批次動力參數求取結果顯示:乙酸丁酯分解菌之生長動力可用Monod方程式來表示,而丙酮與異丙醇分解菌之生長動力則可用Haldane方程式表示。
模式模擬結果顯示:穩態與非穩態模式均能分別有效地模擬設置於實驗室與實場生物濾床分解VOC去除效率。靈敏度分析結果發現當濾料之比表面積愈大、空床停留時間愈長、填充介質上生物膜愈厚、微生物最大比生長速率愈大、生長係數愈小與減少VOC進流濃度,生物濾床反應器會有較佳之VOC去除率。而其中比表面積、空床停留時間、VOC進流濃度及生長係數對去除率有較顯著之影響。
本研究最後利用已經完成驗證之穩態模式,決定在欲達到之基質去除率下,生物濾床反應器可以操作之最短停留時間,並以範例說明改變操作條件對生物濾床去除效率之影響。
摘 要 I
目錄 III
圖 目 錄 VIII
表 目 錄 XIIII
符號說明 XIV
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 4
2-1.VOCs之危害 4
2-2.四種VOCs之物化特性及對人體健康的危害 4
2-3.常見的VOCs處理方法 7
2-3-1.VOCs之物化處理法 9
2-3-2.生物處理法 11
2-4.廢氣生物處理法之沿革 12
2-5.生物處理法種類介紹 13
2-5-1.生物濾床法 13
2-5-1-1.本研究室生物濾床法處理成果 17
2-5-2.生物洗滌塔法 19
2-5-3.生物滴濾塔法 21
2-6.廢氣生物處理模式 25
第三章 材料與方法 30
3-1.試驗設備 30
3-1-1.批次試驗設備 30
3-1-2.實驗室之生物濾床 32
3-1-3.實場之生物濾床 34
3-2.實驗藥品 36
3-2-1.碳源 36
3-2-2.無機營養鹽液 36
3-2-3.實驗用水 38
3-2-4.酸洗液 38
3-3.樣品來源 38
3-4.分解能力測試 39
3-4-1.原始菌液配製 39
3-4-2.基質利用能力測試 39
3-5.菌液吸光度(Optical Density, O.D.) 39
3-6.批次實驗 42
3-7.分析項目及方法 44
3-7-1. VOC 44
3-7-2.O.D.值 45
3-7-3.pH值 45
第四章 理論與模式推導 46
4-1.穩態模式推導 46
4-1-1.基本假設 47
4-1-2.模式推導 47
4-1-3.模式求解 51
4-2.非穩態模式推導 54
4-2-1.基本假設 54
4-2-2.模式建立 54
4-2-3.模式求解 56
4-3.生長動力參數求取 63
4-3-1.比生長速率(μ) 63
4-3-2.最大比生長率(μm)、半飽和常數(KS)與抑制常數(KI) 63
4-3-3.基質生長係數(YS) 64
4-3-4.氧氣生長係數(YO) 64
4-4.其餘參數 65
第五章 結果與討論 67
5-1.生長動力參數求取 67
5-2.模式驗證 72
5-2-1.穩態模式驗證 72
5-2-2.穩態模式之靈敏度分析 75
5-2-3.非穩態模式 82
5-2-3-1.中部地區某家樹脂工廠背景資料與模擬結果 84
5-3.模式之應用性 89
5-3-1.穩態模式應用-設計方程式 89
5-3-2.非穩態模式之應用-模擬預測 92
第六章 結論與建議 93
6-1.結論 93
6-2.建議 95
參 考 文 獻 96
一、國內文獻 96
二、國外文獻 98
附錄一 非穩態模式 102
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