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博碩士論文 etd-0804110-102654 詳細資訊
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論文名稱
Title
以實廠蛇木屑生物濾床處理溶劑製程排氣之操作性能研究
Performance Study on the Field Treatment of VOCs Emitted from a Solvent Plant by Biofilter Packed with Fern Chips
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
114
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
2010-06-09
繳交日期
Date of Submission
2010-08-04
關鍵字
Keywords
生物處理法、揮發性有機物、蛇木屑、實廠生物濾床、有機溶劑、空氣污染防制
air pollution control, volatile organic compounds (VOCs), fern chips, organic solvents, trickling bed biofilter
統計
Statistics
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中文摘要
產業製程常使用多量有機溶劑,其需求量也隨之增加。有機溶劑製程排氣多含揮發性有機物(Volatile organic compounds, VOCs),如何選擇經濟有效之設備,以達VOCs減量並符合法規管制目標,是業者最重要的考量因素。一溶劑廠製程及儲槽排氣VOCs主成份為苯、醇、醚、酯類等,總濃度小於1,000 mg C/m3。基於工安考量,工廠業者選用具設備簡單、低成本及無二次污染之生物濾床作排氣處理。本研究即以該實場生物濾床,測試VOC處理效果,另建立該生物濾床適當操作參數。

實廠濾床為8.45 mL × 3.30 mW × 3.00 mH之RC床體,另裝有控制箱,包括抽氣機變頻器及溫度、溼度、風量測定儀表;床內填充36 m3單一蛇木屑濾料,經植種馴養後,每日供給營養鹽及水分,以濾料表面滋生之微生物分解引入氣體之VOCs。

研究期間為2008年7月11日至2010年5月10日,每日進行進、排氣口之總碳氫化合物(THC)量測;每週採集一次氣樣、液樣(廢液)及固樣(濾料),進行VOC定性及定量分析;同時分析廢液之pH、化學需氧量(COD)、懸浮固體物(SS)和濾料之pH、含水率。另探討濾床操作參數,如氣體空塔停留時間(EBRT)、有機負荷(organicloading)等對VOC去除率的影響。

研究結果顯示:(1)廢氣集排放量2,590-3,580 L/min,經濾料之EBRT為4.22-6.25 min,濾料pH在4.47-6.95間,含水率為11-61 %;排放廢液屬中性,COD及SS不高,無二次污染疑慮。(2) THC、非甲烷碳氫化合物(NMHC)及VOCs之平均去除率分別為71、73、79 %。(3)濾料pH在4-5,含水率51-57 %時,VOCs去除率>90 %;pH值5.73,濾料含水率9.9 %,VOCs去除率約30 %,乃因濾料濕度低而影響微生物活性致VOC去除率不佳。(4)營養奶粉之添加量與VOC去除率成正比。(5)個別VOC方面,乙醇及醋酸之去除率(均97 %)最佳,2-戊烷(74 %)最差。(6)三次異味測定結果顯示,處理後排氣之異味濃度皆小於法規標準(1,000),去除效果良好。
Abstract
Organic solvent production plants emit waste gases containing volatile organic compounds (VOCs) which are usually harmful to the environments and public healths. Plant managers are obligated to control the VOC emission to meet regulations at reasonable costs. A solvent plant located in southern Taiwan emits VOC-containing gas streams from some distillation columns and storage vessels with a total ventilation gas flow rate of 2.6-3.6 m3/min which contains VOCs with concentrations of less than 1,000 mg C/m3. Due to a concern of plant’s safety, the plant managers constructed a full-scale biofilter for eliminating a part of the VOCs and the associated odors in the waste gas. This study aimed to investigate the effects of operation parameters such as EBRT (empty bed retention time) of the gas through the biofiltration media and organic loading to the media on the VOC removal efficiency.

The biofilter is constructed of RC (reinforced concrete) with outer dimensions of 8.45 mL × 3.30 mW × 3.00 mH. The filter was also instrumented with inverters for control of speed of induced fans, and with thermometers, hygrometers, and wind speed meters. Fern chips with a total packing volume of 36 m3 was used as the biofiltration media. After inoculation with suitable microorganisms, the waste gas was introduced to the filter for VOC elimination. Nutrients (urea, milk, and a phosphate salt) and water were supplemented to the media on a daily basis.

The investigation period is July, 2008 to May, 2010. In the period, THC (total hydrocarbon) concentrations for the influent and effluent gases to and from the reactor were daily measured. In addition, on a weekly basis, compositions of the VOCs in gas samples were detected by a gas chromatography equipped with a flame ionization dector (FID). On the same time basis, pH, COD (chemical oxygen demand), SS (suspended solids) in a sample of the trickled liquid from the media was analyzed. Media pH and moisture content were also analyzed for understanding the environmental conditions around the microorganisms for the VOC degradation.

Results indicated that the media was in conditions of pH = 4.5-7.0, moisture = 11-61 % in the experimental phase. Trickled liquid had low COD and SS contents which can be easily treated by the existing wastewater unit in the plant, or be recycled to the media. Avarage THC, NMHC (nonmethane hydrocarbon), and VOCs were 71, 73, and 79%, respectively, with gas EBRTs of 4.2-6.3 min. With media pH of 4-5 and moisture contents 51-57%, over 90% of the influent VOCs coulb be eliminated. However, nearly dried media (moisture around 10%) had VOC removal efficiencies of lower than 30%. Nutrition tests indicate that the VOC removal efficiency was nearly proportional to milk supplementation rate. Removal of ethnaol and acetic could easily be removed with an efficiency of over 97% while 2-pentane was only 74%. Odor intensities of the treated gas could be controlled to <1,000 (dilutions to threshold) according to 3 test data.
目次 Table of Contents
目錄
謝誌 I
中文摘要 III

英文摘要 V

目錄 VII

表目錄 IX

圖目錄 XII

第一章 前言 1
1.1 研究背景及動機 1
1.2 研究目的與內容 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 揮發性有機物之定義及來源 3
2.2 臭味物質之定義及來源 3
2.3 VOCs及臭味控制處理技術 8
2.4 生物處理技術 13
2.5 生物濾床處理技術 16
2.6 生物濾床之濾料研究 19
2.7 影響生物濾床效能介紹 21
2.8 生物濾床相關文獻 23
第三章 設備、材料及方法 25
3.1 實驗設備 25
3.2 材料 31
3.3 實驗期程及操作條件 36
3.4 生物濾床操作維護 44
3.5 採樣及分析 45
第四章 結果與討論 52
4.1 &#63876;床各項操作&#63851;&#63849;測定 52
4.2 生物&#63876;床VOC去除率之評估 55
4.3 濾料pH值、含水率對VOC去除率之探討 57
4.4 營養鹽添加量對VOC去除率之影響 59
4.5 VOCs去除率之評估 62
4.6 個別VOC去除容積之評估 63
4.7 異味物質之去除 93
第五章 結果與討論 95
5.1 結論 95
5.2 建議 96
參考文獻 97


表目錄
表 2-1 揮發性有機物(VOCs)排放源 4
表 2-2 產生機制之惡臭物質來源 5
表 2-3 人類活動之惡臭物質來源 6
表 2-4 VOCs控制技術原理及設計因子 8
表 2-5 臭味處理技術概要及應用例 9
表 2-6 VOCs控制技術之優缺點比較 10
表 2-7 VOCs防制設備設置及成本概況 13
表 2-8 生物分解化合物能力表 14
表 2-9 生物處理技術之特性比較 14
表 2-10 生物濾床技術可處理之有害空氣污染物 18
表 3-1 集排氣系統設備規格 29
表 3-2 水分及營養鹽供給系統設備規格 31
表 3-3 木屑特性 32
表 3-4 廢氣來源 33
表 3-5 溶劑之基本性質 34
表 3-6 營養鹽來源及性質 36
表 3-7 實驗期程及操作條件 37
表 3-8 採樣項目及樣品內容 45
表 3-9 採樣方法及設備 45
表 3-10 分析項目及方法 48
表 3-11 分析儀器設備 49
表 3-12 GC/FID升溫參數設定 49
表 3-13 GC/FID標準品檢量線 50
表 4-1 生物濾床操作&#63851;&#63849;測定 53
表 4-2 不同階段之營養鹽添加量 60
表 4-3 蛇木屑生物濾床營養鹽添加比較 61
表 4-4 各項目樣品甲醇濃度及去除率 69
表 4-5 各項目樣品乙醇濃度及去除率 71
表 4-6 各項目樣品正丙醇濃度及去除率 73
表 4-7 各項目樣品醋酸濃度及去除率 75
表 4-8 各項目樣品異丁醇濃度及去除率 77
表 4-9 各項目樣品正丁醇濃度及去除率 79
表 4-10 各項目樣品丙二醇甲醚濃度及去除率 81
表 4-11 各項目樣品2-戊醇濃度及去除率 83
表 4-12 各項目樣品醋酸丙酯濃度及去除率 85
表 4-13 各項目樣品醋酸異丁酯濃度及去除率 87
表 4-14 各項目樣品醋酸正丁酯濃度及去除率 89
表 4-15 各項目樣品丙二醇甲醚醋酸酯濃度及去除率 91
表 4-16 嗅覺閾值濃度及作業環境容許濃度 93
表 4-17 生物濾床進出口排氣異味測定結果 94
表 4-18 固定污染源空氣污染物排放標準 94

圖目錄
圖 2-1 不同VOCs負荷、氣液分配係數與生物反應器型式應用關係 16
圖 2-2 濾料生物膜代謝機制 17
圖 2-3 濾料之崩解與結塊 20
圖 3-1 實廠蛇木屑生物濾床設備現場照片 25
圖 3-2 實廠蛇木屑生物濾床設備示意圖 25
圖 3-3 生物濾床現場照片 26
圖 3-4 生物濾床示意圖 27
圖 3-5 集排氣系統現場照片 28
圖 3-6 集排氣系統示意圖 29
圖 3-7 水分及營養鹽供給系統現場照片 30
圖 3-8 水分及營養鹽供給系統示意圖 31
圖 3-9 長粗型蛇木屑 32
圖 3-10 液相VOC檢測分析 51
圖 3-11 固相VOC檢測分析 51
圖 4-1 生物濾床操作&#63851;&#63849; 54
圖 4-2 THC之進排氣濃&#64001;及去除&#63841; 56
圖 4-3 NMHC之進排氣濃&#64001;及去除&#63841; 57
圖 4-4a 濾料含水率及voc去除率 58
圖 4-4b 濾料pH變化 58
圖 4-5 營養鹽添加與去除效率之變化 62
圖 4-6 VOC之進出口濃度及去除效率 63
圖 4-7 甲醇進排氣質流量及去除率 70
圖 4-8 甲醇有機負荷與體積分解能力之關係 70
圖 4-9 乙醇進排氣質流量及去除率 72
圖 4-10 乙醇有機負荷與體積分解能力之關係 72
圖 4-11 正丙醇進排氣質流量及去除率 74
圖 4-12 正丙醇有機負荷與體積分解能力之關係 74
圖 4-13 醋酸進排氣質流量及去除率 76
圖 4-14 醋酸有機負荷與體積分解能力之關係 76
圖 4-15 異丁醇進排氣質流量及去除率 78
圖 4-16 異丁醇有機負荷與體積分解能力之關係 78
圖 4-17 正丁醇進排氣質流量及去除率 80
圖 4-18 正丁醇有機負荷與體積分解能力之關係 80
圖 4-19 丙二醇甲醚進排氣質流量及去除率 82
圖 4-20 丙二醇甲醚有機負荷與體積分解能力之關係 82
圖 4-21 2-戊醇進排氣質流量及去除率 84
圖 4-22 2-戊醇有機負荷及體積分解能&#63882;之關係 84
圖 4-23 醋酸丙酯進排氣質流量及去除率 86
圖 4-24 醋酸丙酯有機負荷與體積分解能力之關係 86
圖 4-25 醋酸異丁酯進排氣質流量及去除率 88
圖 4-26 醋酸異丁酯有機負荷與體積分解能力之關係 88
圖 4-27 醋酸正丁酯進排氣質流量及去除率 90
圖 4-28 醋酸正丁酯有機負荷與體積分解能力之關係 90
圖 4-29 丙二醇甲醚醋酸酯進排氣質流量及去除率 92
圖 4-30 丙二醇甲醚醋酸酯有機負荷與體積分解能力之關係 92
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