Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности биохимической аэробной очистки ацетонсодержащих газовоздушных выбросов

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ханин, Константин Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. Состояние проблемы микробиологической очистки газовоздушных выбросов.

1.1. Сравнение известных методов очистки газовоздушных выбросов от газообразных примесей.

1.2. Особенности микробиологического метода очистки.

1.2.1. Энергетика и механизм ферментативных реакций окисления органических соединений.

1.2.2. Кинетика реакций биодеструкции веществ микроорганизмами.

1.3. Активный ил, его основные характеристики.

1.3.1. Влияние параметров процесса на кинетику окисления активным илом органических веществ.

1.3.2. Скорость окисления органических веществ активным илом.

1.4. Установки микробиологической очистки газовых выбросов.

1.4.1. Капельные биофильтры с инертной насадкой.

1.4.2. Биофильтры с биологически активным материалом.

1.4.3. Биоскрубберы.

1.5. Выбор метода очистки газовоздушных выбросов от линии производства 6-АПК на ОАО «Биосинтез».

1.6. Постановка задачи.

2. Экспериментальное исследование особенностей и количественных характеристик процесса биохимического окисления ацетона активным илом в условиях периодического культивирования.

2.1. Цель эксперимента.

2.2. Экспериментальная установка и методика измерений.

2.3. Объём исследований, методы обработки и представления результатов.

2.4. Учёт испарения ацетона при его биодеструкции активным илом в лабораторных условиях.

2.5. Обработка экспериментальных результатов.

2.6. Математическая модель и количественные характеристики исследованного процесса.

Выводы.

3. Экспериментальное исследование особенностей и количественных характеристик процесса биохимического окисления ацетона активным илом на пилотной установке.

3.1. Цель эксперимента.

3.2. Пилотная установка.

3.3. Методика проведения эксперимента.

3.4. Методы обработки и представления результатов.

3.5. Определение равновесных концентраций ацетона в жидкостной и газовой фазах.

3.6. Особенности и количественные характеристики процесса биохимического окисления ацетона активным илом.

Выводы.

4. Разработка инженерной методики расчета установки микробиологической очистки газовых выбросов от паров ацетона. .130 4.1. Методика расчета параметров установки очистки газовых выбросов, содержащих ацетон консорциумом микроорганизмов. .130 4.2. Пример расчета параметров процесса и характеристик установки очистки газовых выбросов от паров ацетона.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Особенности биохимической аэробной очистки ацетонсодержащих газовоздушных выбросов"

Актуальность темы. Последние годы характеризуются повышением требований к качеству атмосферного воздуха. В связи с этим одно из важнейшим мест занимает проблема очистки промышленных выбросов от паров органических растворителей, так как они чрезвычайно широко применяются в самых разнообразных производствах. Если учесть многочисленность источников их выделения и то, что пары основной части растворителей являются токсичными, то становится очевидной важность задачи их улавливания и обезвреживания.

В этих условиях особенно перспективными являются экологические биотехнологии, реализующие практически неограниченные возможности микроорганизмов в трансформации загрязнений различной химической природы. Важнейшей особенностью биохимических реакций деструкции загрязняющих веществ является то, что они протекают с участием ферментов - биологических катализаторов, позволяющих вести реакции при обычных температурах с образованием конечных безвредных продуктов. Это выражается в том, что экологические биотехнологии являются наиболее экономически эффективными и экологически чистыми.

Исследования выполнены в рамках научной программы министерства образования РФ «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования» (подпрограмма «Разработка и реализация федерально-региональной политики в области науки и образования»), а также в плане научно-исследовательской работы, финансируемой из средств федерального бюджета по единому заказ наряду (§53).

Целью настоящей работы является разработка эффективной и экономичной технологии очистки ацетонсодержащих газовоздушных выбросов биоценозом активного ила в аэробных условиях.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи: 5 определены диапазоны параметров, при которых скорость биодеструкции ацетона активным илом достигает наибольших значений; разработана математическая модель процесса биохимического разложения ацетона активным илом в условиях периодического культивирования; спроектирована, смонтирована биоабсорбционная пилотная установка очистки газовых выбросов и выполнено экспериментальное исследование особенностей и количественных характеристик процесса биохимического окисления ацетона активным илом в условиях длительного непрерывного культивирования; разработана технология очистки ацетонсодержащих газовоздушных выбросов от паров ацетона для конкретных условий эксплуатации.

На защиту выносятся: экспериментальные данные и математическая модель процесса биодеструкции ацетона биоценозом активного ила в условиях периодического культивирования; результаты экспериментальных исследований процесса биохимической очистки газовых выбросов стадии сушки 6-АПК; технологическая схема и методика расчета установки микробиологической очистки газовых выбросов линии производства 6-АПК ОАО «Биосинтез».

Научная новизна работы состоит в следующем: обосновано применение для очистки ацетонсодержащих газовых выбросов биоабсорбционной установки; определена область оптимальных значений концентраций ацетона и активного ила, в которой биохимическое окисление идет наиболее эффективно; выявлена необходимость и разработана аналитическая модель учета испарения ацетона при его биодеструкции активным илом в условиях периодического культивирования.

Практическая значимость работы заключается в разработке эффективной технологии очистки ацетонсодержащих газовоздушных выбро6 сов микроорганизмами активного ила. Данная технология использована для проектирования установки микробиологической очистки выбросов, содержащих пары ацетона.

Апробация работы. Основные положения диссертации на различных этапах ее выполнения докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах: Международный научно-практический семинар «Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах», ПДЗ г. Пенза, 2000 г., Всероссийская научно-практическая конференция «Энергосбережение в промышленно-хозяйственном комплексе», ПДЗ, г. Пенза, 2000 г., Международный научно-практический семинар «Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах», ПДЗ г. Пенза, 2001 г., Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы современного строительства», ПДЗ г. Пенза, 2001г., Международная научно-практическая конференция «Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах», ПДЗ г. Пенза, 2002 г.

Публикации. По результатам исследования опубликованы 2 статьи в журнале «Инженерная экология» и 7 тезисов.

Реализация работы. Результаты исследований получили внедрение на ОАО «Биосинтез» (г. Пенза).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка, 15 таблиц. Список использованных источников включает 93 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Ханин, Константин Владимирович

Общие выводы

Обосновано применение метода очистки ацетонсодержащих газовоздушных выбросов биоценозом активного ила в аэробном барботажном биоабсорбере, как наиболее экономичного и экологически чистого. Выявлена необходимость и разработана аналитическая модель учета испарения ацетона при его биодеструкции активным илом в условиях периодического культивирования.

Получена математическая модель процесса биодеструкции ацетона биоценозом активного ила, адекватно представляющая зависимость удельной скорости биоокисления от концентрации активного ила и ацетона в условиях периодического культивирования. Определена область оптимальных значений концентраций ацетона (С=700-1200 мг/л) и активного ила (Х=2,5-3,5 г/л), в которой биохимическое окисление идет наиболее эффективно.

Создана и отлажена пилотная биоабсорбционная установка на которой изучены особенности и количественные характеристики процесса биохимического окисления ацетона активным илом. Достигнута степень очистки газовых выбросов 89-97%.

На основе результатов исследований разработана технология микробиологической очистки газовоздушных выбросов от паров ацетона и рассчитаны характеристики биоабсорбционной установки для очистки газовых выбросов от линии производства 6-АПК на ОАО «Биосинтез» г.Пензы. Рассчитан экономический эффект при использовании предлагаемой технологии очистки ацетонсодержащих газовоздушных выбросов от линии производства 6-АПК, составляющий 29570 руб/год.

136

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Ханин, Константин Владимирович, Пенза

1. Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. М.: Химия, 1990. - 304 с.

2. Беляков Б.П., Исаков И .Г., Шейко В.А. Термические методы обезвреживания промышленных газообразных выбросов: Обзорная информация. -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983.- 21 е.- (Серия ХМ-14).

3. Кузнецов И.Е., Шмат К.И., Кузнецов С.И. Оборудование для санитарной очистки газов. Справочник. Киев: Техника, 1989.- 304 с.

4. Исаков И.Г., Шейко В.А., Подолянко Г.М. Энерготехнологические аспекты применения термического метода обезвреживания газовых выбросов: Обзорная информация. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1989 - 30 с - (Серия ХМ-14).

5. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. Учебник для вузов 2-е изд.- М.: Химия, 1989. 512 с.

6. Газоочистное оборудование. Каталог. Охрана окружающей среды. М.: МП «НИИОгаз - Фильтр», 1992. - 112 с.

7. Торопкина Т.Н., Калинкина Л.И., Малышева Л.И. и др. Каталитические методы очистки воздуха от органических веществ: Обзорная информация. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1977.- 71 е.- (Серия ХМ-14).

8. Губайдуллин Р.З., Квасов А.А., Щурин P.M., Современные аппараты каталитической очистки газовых выбросов: Обзорная информация. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985.- 20 е.- (Серия ХМ-14).

9. Матрос Ю.Ш., Носков А.С., Чумаченко В.А. Каталитическое обезвреживание отходящих газов промышленных производств. Новосибирск: Наука, 1991.-224 с.

10. Ю.Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники М.: Химия, 1984.-592 с.

11. Н.Кисаров В.М., Фишер Р.Я. Пути интенсификации адсорбционных процессов в газоочистке и рекуперации растворителей: Обзорная информация. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1987.- 31 е.- (Серия ХМ-14).137

12. Винаров А.Ю., Садыров О.А, Лобанова Ф. И. Очистка и дезодорация промышленных газов с помощью микроорганизмов: Итоги науки и техники-М.:ВИНИТИ, 1986- 185 с.

13. Биологическая очистка производственных сточных вод: процессы, аппараты и сооружения. Яковлев С.В., Скирдов И.В., Швецов В.Н. и др. Под ред. С.В. Яковлева. -М.: Стройиздат, 1985 208 с.

14. Перчугов Г.Я., Бобров О.Г. Биохимические методы газоочистки: Обзорная информация. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1986. - 24 с. - (Серия ХМ-14).

15. Поруцкий Г.В. Биохимическая очистка сточных вод органических производств. М.: Химия, 1975 - 256 с.

16. Беспамятнов Т.П., Богушевская К.К., Кротов Ю. А. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. JL: Химия, 1972.-376 с.

17. Перчугов Г.Я., Фронтинский А.А. Дезодорация газовых выбросов: Обзорная информация. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1984 - 32 е.- (Серия ХМ-14).

18. Перчугов Г.Я. Некоторые проблемы и способы очистки неприятнопахну-щих отходящих газов: Обзорная информация. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1990.- 32 е.- (Серия ХМ-14).

19. Don J.A. Odor measurement and control // Filtration and separation. 1986. -May /June. -P. 166-168.

20. Евилевич M.A., Брагинский Л.Н. Оптимизация биохимической очистки сточных вод. Л.: Стройиздат, 1979. - 160 с.

21. Чурбанова И.Н. Микробиология. М.: Высшая школа, 1987. - 239 с.

22. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М.: Стройиздат, 1980. - 200 с.

23. Варфоломеев С.Д., Калюжный С.В. Кинетические основы микробиологических процессов: учеб. Пособие для биол. и хим. спец. Вузов М.: Высшая школа, 1990 - 296 с.

24. Леонова В Е., Абрамова А. В., Карпухин В.Ф. Изучение кинетических закономерностей процесса биодеградации формальдегида // Микробиология. 1985.- Т.54. Вып. 1. - С. 146-151.

25. Edwards V.H. // Biotechnology and Bioengineering. 1970, V.12, - P. 679.138

26. Иерусалимский Н.Д., Неронова И.М. Докл. АН СССР. Сер. Биол. 1965. -Т.161.-С. 1457.

27. Скирдов И. В. Исследование и разработка методов интенсификации работы сооружений биологической очистки сточных вод: Дис. на соискание уч. ст. д-ра техн. наук. М.: ВНИИВОДГЕО. - 1978.

28. Contois D.E. // J. Gen. Microbiol. 1959. - V. 21. - P. 40.

29. Морозова К. M. Биохимическая очистка сточных вод фабрик первичной обработки шерсти: Дис. на соискание уч. ст. канд. техн. наук. М.: ВНИИВОДГЕО.-1978.-С. 112.

30. Drewniak Т., Drewniak Е. Microbiologia techniczna. Warszawa, Wid-wo przemyslu lekkiego i spzymczego. 1965. - 262 p.

31. Ropp R. In: Vitamins and Amino Acids as Growth Factors // New York, Academic press. 1962. - P.80-84.

32. Stoffwechsel und stoffwechselprodukte. Red. L.Meyer // Stuttgart, Fischer. -1965.-270 s.

33. Growth Factors in Bacterial Nutrition. Ed. By D.Wibley // London, Univ. press. -1965.-340 p.

34. Майоров В.А. Запахи и их устранение в промышленных газовоздушных выбросах: Монография. Пенза: ПГАСА, 2001. - 129 с.

35. Юровская Е.М. Микробиологическая очистка промышленных сточных вод. К.: Здоровье, 1984. - 160 с.

36. Hosel G. // Wissenschaft und Umwelt. 1983. - №1. - S. 17-24.

37. Frechen F. B. Stellung des Kompostfilterverfahrens zur Abluftdesodorierung im Bereich von Klaranlagen im Vergleich zu anderen Verfahren // Wissenschaft und Umwelt.-1984.-№1.-S. 17-24.

38. Заявка 54-144056 Япония; Реф. Сборник. 85. Технологические аспекты охраны окружающей среды. 1983. - №11. - 01 П.

39. Eitner D. Einsatzmoglichkeiten des Kompostfilterverfahrens zur Abluftdesodorierung im Bereich von Klaranlagen // Wissenschaft und Umwelt. 1984. -№1. - S. 30-37.139

40. Pomeroy R.D. Biological treatment of odorous air // Journal of Water Pollution Control Federation. 1982. - 54, №12. -P 1541-1545.41 .Заявка №53-31565 Япония В 01 53/34, 1978.

41. Eitner D., Schumacher H.-B. Biologische Abluftbehandlung auf den Klarwerken Hilden und Monheim unter Einsatz eines Betonfertigteilsystems // Korresponddenz Abwasser. 1987. - 34. №5. S 485, 486, 488-490, 493.

42. Remsburg F. E., Bailey H. // Leather Manufacturer. 1985. - 103, №2. - P. 23, 25,26.

43. Gust M., Grochowsky H., Schirz S. Abgasreinigung durch Microorganismen mit Hilfe von Biofiltern // Staub-Reinhaltung der Luft. 1979. - 39, №11. - S. 397-402.45.Заявка 7822335 Франция.

44. Lutzke К., Klee W. Minderung der Geruchsemissionen von Tierkorperverwer-tungsanlagen (TKV) durch Biofilter // Wissenschaft und Umwelt. 1984. -№1. - S. 25-29.

45. Martin G., Gaid K., Lemasle M., Nogrix P. Biodesodoration des effluents gazeux // Pollution Atmospherique 1979. - 29, №81. - P. 31-34.

46. Gust M., Sporenberg F., Scheppert E. Abgasreinigung durch Microorganismen mit Hilfe von Biowaschern // Staub-Reinhaltung der Luft. 1979. - 39, №9. -S. 308-314.

47. Исигуро Т. Сангё когай // Industrial Pollution Control 1983. - 19, №4. - С. 311-316.

48. Kohler H. Behandlung geruchsintensiver Abluft in Wassern unter Verwendung einer Belebtschlammsuspension // Forfschiftberichte VDJ-Zeitschriften. 1982. - 15, №22.-S. 2-273.

49. Канасаси X. Микробиологические аспекты технологии дезодорирования // PPM. 1983. - 14, №7. - С. 58-67.

50. Заявка 55-64837 Япония РЖ Химия, 1981, №14 Н 620 П.

51. Патент 54-26511 Япония РЖ Химия, 1981 №6 Н 577 П.140

52. Kohler H., Homans W., Bardtke D. Desodorisirung von geruchsintensiver industrie abluft mit einem Belebtschlammverfahren // Gas-U-Wasser Fach, Wasser Abwasser. 1979. - 120, №6. - S 282-287.

53. Kohler H., Lachenmayer U., Homans W.— Staub-Reinhaltung der Luft.1981.-41, №3. S. 102-107.

54. Dalouche A., Gillet M., Lemasle M., Martin G., Orain L. Biodesodoration des effluents gazenx II Pollution Atmospherique. 1981. - 23, №92. - P. 317-322.

55. Kohler H., Lachenmayer U., Homans W., Paul E. Reduzierung von Losung-smittelemissionen aus Lacrieranlagen durch biologische Ablufitaufbereitung // Metallobertluche. 1981.-35, №4. - S. 121-126.

56. Патент №3216905 США, 1965.

57. Kohler H., Paul E. // Staub-Reinhalt Luft. 1978. - 38, №1. - S. 15-19.

58. Патент №54-26512 Япония, В 01 Д 3/04. -1979.

59. Патент №52-20189 Япония, В 01 Д 53/34. -1977. 62.Заявка №56-53728 Япония, В 01 Д 53/54. 1981. 63.Заявка 58-205583 Япония, С 02, F 3/00, - 1983.

60. Kind Th. Erfahrungen mit dem Einsatz von Mullkompostfiltern zur Abluftre-inigung in der Industrie // Wissensehaft und Umwelt. 1984. - №1. - S. 42-45.

61. Kohler H., Lachenmayer U., Paul E. Biologische Abluftaufberitung // Wasser, Luft und Betribe. 1983. - 27, №1/2. - S 7,64,66,70,71.

62. Креула Ю. Защита атмосферы. информация КОЦ. -1981. - №4/5. - С. 190-191.67.Патент 968637 (США).

63. А. С. 986469, СССР, В 01 53/14. 1983.

64. Заявка №50-142075 Япония, В 01 Д 53/3. -1980.

65. Патент №46497 Финляндия С 02 С 1/04. 1973.

66. Kostinen О. A., Kakko Н. // Rev. ATIR. 1974. - 28, №7. - S. 329-331.

67. Brauer Н. Boilogische Abluftrinigung // Chemingniurtechnik. 1984. - V.56, №4. - S. 279-286.

68. Яковлев C.B., Воронов Ю. В. Биологические фильтры. М.: Стройиздат,1982. 120 с.141

69. Таварткиладзе И.М. Сорбционные процессы в биофильтрах. -М.: Строй-издат, 1989. 128 с.

70. Патент РФ №2083266. Опубл. в Б.И. - 1997. - №19.

71. Bardtke D., Fischer К. Kostengunstiges Eliminieren von Abluflinhaltsstoffen ist mit Biofiltern gut moglich // Maschinenmarkt. 1983. - 89, №77. - S.1760-1763.

72. Ханин K.B., Полунина E.E., Чувашова H.B. Особенности деструкции ацетона биоценозом активного ила в аэробных условиях // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы современного строительства». Пенза: ПДЗ- 2001.- С. 138.

73. Майоров В.А., Полунина Е.Е., Федосеев О.Н., Хурнова Л.М., Ханин К.В. Оптимальные параметры технологического процесса биохимической очистки газовоздушных выбросов // Инженерная экология.-М. №2.-2000.-С. 24-28.

74. Плохинский Н.А. Математические методы в биологии: Учеб. метод, пособие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1978. —265 с.

75. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: учебное пособие для вузов. -М.: Высшая школа, 1988.

76. Ахназарова С.Я., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: Учеб. пособие для хим.-технолог. спец. вузов. 2-у изд. - М.: Высшая школа, 1985. - 327 с.142

77. Ханин К.В., Майоров В.А. Исследование экономичного способа очистки газовоздушных выбросов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы современного строительства». Пенза: ПДЗ. - 2001. - С. 139.

78. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей- Изд. 2-е М.: Наука, 1972. - 720с.

79. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: справочное пособие. Л. Химия, 1982. - 592 с.

80. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. равновесие между жидкостью и паром. Книга 1. М.: - Л: Наука, 1966. - 640 с.

81. Майоров В.А., Хурнова Л.М., Ханин К.В., Полунина Е.Е. Особенности процесса микробиологической очистки ацетонсодержащих газовоздушных выбросов // Инженерная экология №2. - 2002. - С. 31-37.

82. Экономическое обоснование оптимизации теплового режима здания / Т.И.Королева. М.: АСВ, 2001 г. - 144 с.

83. СНиП 2.04.03.-85: Канализация. Наружные сети и сооружения. ЦИТП Госстроя СССР. - М.: 1986.143