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博碩士論文 etd-0717100-101321 詳細資訊
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論文名稱
Title
以生物滴濾塔處理排氣中氨之操作性能研究
Treatment of Ammonia in Air Streams by Biotrickling Filters
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
99
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2000-06-07
繳交日期
Date of Submission
2000-07-17
關鍵字
Keywords
堆肥製造、空氣污染防制、生物滴濾塔、氨
biotrickling filters, poultry manure compost, Ammonia
統計
Statistics
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中文摘要
摘要
本研究以實場及實驗室之生物滴濾塔處理含氨之排氣。實場是以每月處理水份25%之原料雞糞70噸、面積為3000平方公尺之禽畜糞堆肥場為對象,建立一填充PVC斜板(比表面積100 m2/m3)體積為108 m3之生物滴濾塔以處理抽排氣84~425 m3/min之含氨臭氣。經長期操作試驗結果顯示:一、在氣體空塔停留時間為0.58~1.29 min、85%磷酸每2~3日添加量0.69 kg、循環水每日排放量0.36 m3及循環水每日補充量為0.4 m3之操作條件下,進氣氨濃度可由平均21.3 ppm處理至平均2.9 ppm,平均去除率約為86.4%;二、滴濾塔平均體積負荷為0.66 g NH3-N/m3h,未添加葡萄糖系統仍可維持62%之硝化率;三、滴濾塔循環水pH值的改變,對抽排氣中氨之去除率影響頗鉅,當循環水pH≦6.80時,氨氣去除率可大於90%;當循環水pH≧7.33時,氨氣去除率則低於22%。

實驗室之研究設備由二座滴濾塔、一套待試氣體供應系統及一套循環水供應系統所組成。生物滴濾塔內徑為0.2 m,內填1.25 m高之中鋼焦炭(平均粒徑3 cm、比表面積150 m2/m3),總填充高度為2.5 m,總填充體積為0.0785 m3。研究結果顯示:一、經植種之滴濾塔約一個月時間,即可培養完成具氨氮硝化功能之微生物膜;二、系統體積負荷為7.37 g NH3-N/m3h時,在未添加葡萄糖之試驗操作下,滴濾塔仍可維持98%的氨氣去除率及94%的氨氮硝化率;三、系統體積負荷達13.1 g NH3-N/m3h時,因碳源不足及循環水中無機鹽(NO3-,NO2-)累積的緣故,致使系統硝化率及氨氣去除率逐漸降低。添加適量葡萄糖及增加循環水置換量,滴濾塔整體硝化率及氨氣去除率可提昇;四、循環水空塔流速增加(VL = 0~2.86 m/h)去除率亦上升,當VL達1.90 m/h以上時,於滴濾塔填充高度50 cm處,即可將氨氣去除達98%以上;五、氣體空塔停留時間大於0.98 min時,可將氨氣去除達99%以上。

Abstract
Abstract
Ammonia is a major odoriferous component in the vent gas of the fermentation process of poultry manure compost. To prevent environmental problems, it is full-scale and a lab-scale biotrickling filters (BTF) were used for treatment of ammonia in air streams.
The full-scale BTF was constructed by reinforced concrete (inner size = 6 m square × 5 m height) with PVC plate packings (total volume =6 m square × 3 m height = 108 m3 , specific area = 100 m2/m3). Long-term (357 days) experimental results show that, in the conditions of gas empty-bed-retention time EBRT = 35-77 s, liquid-gas ratio L/G = 5-11 L/m3, and recirculation liquid pH = 6.5-6.8, 6.5-29.8 ppm (average 14.3 ppm) ammonia in the influent gas could be reduced to 0-2.0 ppm (average 0.66 ppm). Daily rates were supplementary water = 0.400 m3, discharge water = 0.360 m3, supplementary H3PO4 (85%) = 0.28 kg. With the average volumetric ammonia loading of 0.66 g NH3-N/m3h, the system could achieve an average nitrification efficiency of 62% without supplementary glucose. Ammonia removal efficiencies of over 90% were obtained with recirculation liquid pH≦6.8, and below 22% with pH≧7.33.
The lab-scale BTF consisted of a set of two-stage-in-series biotrickling filters, an influent gas supply system, and a liquid recirculation system. Each stage of the biotrickling filter was constructed from a 20 cm × 200 cm (inside diameter × height) acrylic column packed with cokes (average diameter = 3.0 cm and specific area = 150 m2/m3) of 125 cm height. Experimental results indicate that a time of 30 days was required for development of biofilms for nitrification of the absorbed ammonia from the gas. Long-term (187 days) experimental results show that, in the conditions of EBRT = 7.25 s, L/G=7.7 L/m3, and liquid pH=6.65, 230 ppm ammonia in the influent gas could be reduced to 4.0 ppm. With the volumetric ammonia loading of less than 7.37 g NH3-N/m3h, the system could achieve ammonia removal and nitrification efficiencies of 98 and 94%, respectively, without supplementary glucose. However, with a loading of 13.1 g NH3-N/m3h, both decreased gradually due to a lake of carbon (glucose) source and an accumulation of nitrite and nitrate in the recirculation liquid.

目次 Table of Contents
目錄
謝誌…………………………………………………………………... I
摘要…………………………………………………………………... II
Abstract……………………………………………………………… IV
目錄…………………………………………………………………... V
圖目錄………………………………………………………………... IX
表目錄………………………………………………………………... XI
第一章 前言…………………………………………………………. 1
1.1 研究背景及動機………………………………………… 1
1.2 研究方法及目的………………………………………… 1
第二章 文獻回顧……………………………………………………. 6
2.1 排氣之生物處理法……………………………………… 6
2.1.1 生物濾床法………………………………………… 6
2.1.2 生物滴濾塔法……………………………………… 8
2.1.3 生物洗滌塔法……………………………………… 11
2.2 生物滴濾塔排氣除臭文獻回顧………………………… 12
2.3 處理含氨臭排氣之相關研究…………………………… 17
2.4 影響硝化作用的因素…………………………………… 19
2.4.1 有機負荷…………………………………………… 21
2.4.2 溫度………………………………………………… 21
2.4.3 pH…………………………………………………… 21
2.4.4 溶氧………………………………………………… 22
2.4.5 氨氮及亞硝酸的抑制……………………………… 22
2.4.6 光效應……………………………………………… 22
第三章 實驗設備、材料與方法……………………………………. 24
3.1 實場試驗………………………………………………… 24
3.1.1 實驗設備…………………………………………… 24
3.1.2 實驗材料…………………………………………… 24
3.1.3 實驗方法…………………………………………… 27
3.1.3.1 清水試驗……………………………………. 27
3.1.3.2 生物膜培養…………………………………. 28
3.1.3.3 循環水排放(補充)量……………………….. 28
3.1.3.4 長期操作測試………………………………. 28
3.2 實驗室試驗……………………………………………… 29
3.2.1 實驗設備…………………………………………… 29
3.2.1.1 生物滴濾塔主體……………………………. 29
3.2.1.2 待試氣體供應系統…………………………. 29
3.2.1.3 循環水系統…………………………………. 31
3.2.2 實驗材料…………………………………………… 31
3.2.3 實驗方法…………………………………………… 32
3.2.3.1 微生物膜的馴養試驗………………………. 32
3.2.3.2 中低體積負荷之操作試驗…………………. 33
3.2.3.3 停止添加葡萄糖之操作試驗………………. 34
3.2.3.4 高體積負荷下之操作試驗…………………. 35
3.3 分析方法………………………………………………… 36
3.3.1 氣體中氨氮的濃度………………………………… 36
3.3.2 循環水之性質……………………………………… 37
第四章 結果與討論…………………………………………………. 39
4.1 實場之操作試驗………………………………………… 39
4.1.1 初期操作試驗……………………………………… 39
4.1.2 長期操作試驗……………………………………… 40
4.2 實驗室之操作試驗……………………………………… 41
4.2.1 微生物膜馴養……………………………………… 41
4.2.1.1 氨氣的去除…………………………………. 42
4.2.1.2 循環水性質…………………………………. 42
4.2.2 中低體積負荷之操作試驗………………………… 42
4.2.2.1 氨氣的去除…………………………………. 43
4.2.2.2 循環水性質…………………………………. 43
4.2.3 停止添加葡萄糖之操作試驗……………………… 44
4.2.3.1 氨氣的去除…………………………………. 44
4.2.3.2 循環水性質…………………………………. 44
4.2.4 高體積負荷之操作試驗…………………………… 45
4.2.4.1 第一階段之試驗……………………………. 46
4.2.4.2 第二階段之試驗……………………………. 46
4.2.4.3 第三階段之試驗……………………………. 47
4.2.4.4 第四階段之試驗……………………………. 48
4.2.4.5 第五階段之試驗……………………………. 49
4.2.5 氨氣去除率與氣體空塔停留時間之關係………… 49
4.2.6 硝化率與體積負荷之關係………………………… 49
第五章 結論與建議…………………………………………………. 66
5.1 結論……………………………………………………… 66
5.2 建議……………………………………………………… 67
參考文獻……………………………………………………………... 68
附錄一 合群堆肥場之操作紀錄表………………………………….
附錄二 實驗室之實驗操作紀錄表………………………………….

圖目錄
圖2-1 生物濾床排氣處理系統……………………………………... 7
圖2-2 生物滴濾塔排氣處理系統…………………………………... 10
圖2-3 生物膜代謝模式……………………………………………... 10
圖2-4 生物洗滌塔排氣處理系統…………………………………... 12
圖3-1 合群堆肥場平面圖及排氣處理設施配置圖………………... 25
圖3-2 合群堆肥場之生物滴濾塔系統圖…………………………... 26
圖3-3 實驗室之生物滴濾塔處理系統圖…………………………... 30
圖4-1-1 合群堆肥場初期滴濾塔進排氣中氨濃度及循環水pH變 化…………………………………………………………... 50
圖4-1-2 合群堆肥場長期滴濾塔進排氣中氨濃度及循環水pH變 化…………………………………………………………... 52
圖4-1-3 pH對抽排氣氨去除率之影響……………………………... 53
圖4-2-1 微生物膜馴養期間,滴濾塔進出口及各填充高度氣體中NH3濃度變化情形……………………………………... 54
圖4-2-2 微生物膜馴養期間,系統對氣體中NH3去除率之變化 情形………………………………………………………... 54
圖4-2-3 微生物膜馴養期間,循環水中氨氮、亞硝酸氮、硝酸 氮之變化情形,及系統之氮平衡情況…………………… 55
圖4-2-4 微生物膜馴養期間,系統硝化率之變化情形…………… 55
圖4-2-5 中低體積負荷,滴濾塔進出口及各填充高度氣體中NH3 濃度變化情形……………………………………………... 56
圖4-2-6 中低體積負荷,系統對氣體中NH3去除率之變化情形… 56
圖4-2-7 中低體積負荷,循環水中氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮之 變化情形,及系統之氮平衡情況………………………… 57
圖4-2-8 中低體積負荷,系統硝化率之變化情形………………… 57
圖4-2-9 停止添加葡萄糖,滴濾塔進出口及各填充高度氣體中 NH3濃度變化情形………………………………………… 58
圖4-2-10 停止添加葡萄糖,系統對氣體中NH3去除率之變化情 形…………………………………………………………. 58
圖4-2-11 停止添加葡萄糖,循環水中氨氮、亞硝酸氮、硝酸氮 之變化情形,及系統之氮平衡情況……………………. 59
圖4-2-12 停止添加葡萄糖,系統硝化率之變化情形…………….. 59
圖4-2-13 高體積負荷下,各階段之滴濾塔進出口及各填充高度 氣體中NH3濃度變化情形………………………………. 60
圖4-2-14 高體積負荷下,各階段之系統對氣體中NH3去除率之 變化情形…………………………………………………. 61
圖4-2-15 高體積負荷下,各階段之循環水中氨氮、亞硝酸氮、 硝酸氮之變化情形,及系統之氮平衡情況……………. 62
圖4-2-16 高體積負荷下,各階段之系統硝化率變化情形……….. 63
圖4-2-17 不同空塔循環水流速(VL)下,氨氣之去除情形………… 64
圖4-2-18 氨氣去除率與氣體空塔停留時間之關係……………….. 64
圖4-2-19 硝化率與體積負荷之關係……………………………….. 65

表目錄
表1-1 各種化合物之臭味閾值……………………………………... 3
表1-2 氨之物質安全物質資料表…………………………………... 4
表1-3 禽畜糞堆肥之主要臭味成分及適用方法…………………... 5
表2-1 以生物滴濾塔去除含VOC空氣之試驗結果………………. 13
表2-2 以矽酸鋁鎂磁質濾材滴濾塔處理含甲苯空氣之試驗結果... 14
表2-3 模場與實驗室生物濾床之操作條件………………………... 18
表2-4 各物種對硝化菌之抑制濃度………………………………... 18
表2-5 自營性硝化菌之性質………………………………………... 23
表3-1 合群堆肥場排氣處理設施「排氣質量設計標準」………… 27
表3-2 合群堆肥場之生物滴濾塔規格……………………………... 27
表3-3 中鋼焦炭物性………………………………………………... 31
表3-4 藥品資料……………………………………………………... 31
表3-5 各試程之目的及操作………………………………………... 32
表3-6 GASTEC Detector Tube之種類型號及測定濃度範圍……… 36
表4-1-1 合群堆肥場排氣除臭滴濾塔初期測試結果……………… 50
表4-1-2 合群堆肥場排氣除臭滴濾塔長期測試結果……………… 51



參考文獻 References
參考文獻
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