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研究生:黃國書
研究生(外文):Kuo-Shu Huang
論文名稱:利用兩種不同擔體材質PAA/PVA分別於氣舉式反應器中連續生物降解丙酮廢氣之研究
指導教授:黃思蓴
指導教授(外文):Sz-Chwun John Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:土木工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:丙酮廢氣氣舉式生物反應器固定化
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本研究利用PAA與PVA兩種擔體材質來固定化Thiosphaera pantotropha菌體成顆粒,然後分別填充於連續式氣舉式反應器中以降解氣流中所含有的丙酮化合物。研究內容,包括:求取丙酮的最大處理容量;瞭解氮源的添加量對降解丙酮的影響;同時,探討氣舉式反應器內水溶液pH值、導電度、光學密度、氧化還原電位、溶氧、硝酸鈉與基質丙酮濃度變化的原因與相亙影響。實驗中使用2 L的菌體顆粒,與39 L的培養液,來處理操作在10 L min-1、丙酮進口濃度平均值為100-300 ppmv的氣流量。以PAA或PVA為擔體的兩個獨立反應器系統,在連續生物降解丙酮操作85天後顯示,丙酮平均進口濃度最高可達300 ppmv,去除率仍然可以維持在高水準;在PAA系統中的去除率為79%,丙酮進料負荷與去除能力分別為137.523與109.602 g m-3 h-1;在PVA系統中的去除率為83%,丙酮進料負荷與去除能力分別為135.537與114.514 g m-3 h-1。這兩系統,因所配置的磷酸鹽緩衝溶液的濃度較高,所以具有較高的緩衝強度(β),導致pH值並無明顯的變化,一直維持在中性。由於長時間未曾更換培養液,導致在PAA/PVA兩個反應器系統中水溶液的生質濃度皆已維持在穩定期狀態,可是水溶液的導電度與離子強度(接近0.1 M)均遠高於一級公共用水、超純水、純水,甚至都較一般活性污泥的導電度值與離子強度為高。當添加硝酸鈉於PAA/PVA兩個獨立反應器系統中,會導致ORP值有些微的變化。當系統的去除率降低時,可依C/N比大約為100 : 2的比例來添加硝酸鈉,即可以讓系統繼續穩定地操作。在PAA與PVA兩個系統的相互比較下,發現添加硝酸鈉後,維持穩定操作的天數,PVA系統比PAA系統長,添加氮源的次數也比PAA系統少。然而,在PAA反應器系統中可以觀察到,反應器系統連續操作85天的溶氧均維持在飽和的狀態。有關丙酮在氣舉式反應器系統中的傳輸現象,以正交配置(orthogonal collocation)數值分析方法作基礎,將理論模式撰寫成電腦程式進行模擬,其結果顯示水溶液中的菌體分解容量是固定化顆粒內菌體的二倍。靈敏度的分析,也證實該數值方法可以合理模擬顆粒內丙酮濃度的變化,以及氣相或液相中丙酮濃度隨高度的變化。綜合以上結果,確認了本研究所使用的氣舉式反應器系統具有能力連續降解含丙酮廢氣。
目 錄

摘 要 i
謝 誌 iii
目 錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究動機與目的 2
第二章 研究背景 3
2-1 丙酮的簡介 3
2-2 丙酮的生物分解性 4
2-3 氣舉式反應器 4
2-3-1 反應器的簡介 4
2-3-2 反應器的構造與種類 5
2-3-3 反應器在廢氣處理上之研究 6
2-3-4 氣舉式反應器在廢水處理上之研究 6
2-3-5 氣舉式反應器處理效率的影響因素 8
2-4 微生物固定化方法 9
2-4-1 固定化方法與材料 9
2-4-2 固定化技術應用相關文獻 10
第三章 材料與方法 13
3-1 實驗材料與設備 13
3-2 菌株 14
3-3 固定化菌體 15
3-4 菌量測定方法 16
3-4-1 懸浮菌體濃度的測量 16
3-4-2 固定化顆粒內菌體濃度之測量 16
3-5 丙酮分析方法 18
3-5-1 氣液相丙酮檢量線建立 18
3-5-2 樣品取樣分析方法 19
3-6 反應器及週邊設備 19
第四章 理論模式 21
4-1 模式假設 21
4-2 質量平衡 21
4-3 模式數值化與參數決定 24
4-4 靈敏度分析 28
4-5 模式模擬結果 29
4-6 符號說明 29
第五章 結果與討論 31
5-1 於低濃度丙酮進料下,在PAA與PVA系統連續生物降解丙酮之探討 33
5-2 於高濃度丙酮進料下,在PAA系統連續生物降解丙酮之探討 34
5-2-1 丙酮初始濃度之影響 34
5-2-2 硝酸鈉之影響 35
5-2-3 pH值之變化 37
5-2-4 光學密度之變化 38
5-2-5 導電度之變化 38
5-2-6 氧化還原電位值之變化 40
5-2-7 溶氧之影響 41
5-2-8 丙酮的處理負荷與容量 42
5-3 於高濃度丙酮進料下,在PVA系統連續生物降解丙酮之探討 42
5-3-1 丙酮初始濃度之影響 42
5-3-2 氮源之影響 42
5-3-3 pH值之變化 44
5-3-4 光學密度之變化 45
5-3-5 導電度之變化 46
5-3-6 ORP之變化 46
5-3-7 丙酮的處理負荷與容量 47
5-4 比較PAA與PVA固定化系統生物降解丙酮之能力 47
5-4-1 pH值之變化 47
5-4-2 光學密度之變化 48
5-4-3 導電度之變化 48
5-4-4 氧化還原電位值之變化 48
5-4-5 硝酸鈉之影響 48
5-4-6 丙酮初始濃度之影響 49
第六章 結 論 51
參考文獻 53
圖、表 58
參考文獻
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