课题基金 / 基金详情

生物滴滤塔去除有机硫恶臭的多尺度过程耦合机制和协同优化研究

批准号:
22108314
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
谢乐
依托单位:
学科分类:
传递过程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
谢乐

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
受限于复杂的颗粒床层结构和多尺度传质-反应耦合特性,实现生物滴滤塔(BTF)内强疏水性、难降解的有机硫恶臭气体的稳定高效去除仍有诸多关键科学问题亟待解决。本项目以BTF去除甲硫醚为代表的有机硫恶臭为研究对象,采用实验、理论建模及数值模拟相结合的研究方法,分别从单颗粒尺度、颗粒群堆积尺度和反应器尺度对其去除过程展开研究。揭示单颗粒孔结构调控的甲硫醚内扩散传质与降解反应的耦合机制;研究颗粒群堆积特征调控的气-液两相流动、相间传质与颗粒内扩散传质-反应过程的相互作用机制。在此基础上,建立多尺度耦合的甲硫醚传质-降解反应动力学模型,通过对多尺度过程进行综合调控和协同优化研究,实现整个BTF内传质与反应的匹配和甲硫醚的稳定高效去除。本项目研究结果将推进基于BTF技术的有机硫恶臭污染控制的工业化进程,并促进化学工程和环境工程等学科交叉点的发展。
英文摘要
Due to the complex granular bed structure and multi-scale mass transfer-reaction coupling characteristics, there are still many key scientific problems to be solved to achieve the stable and efficient removal of highly hydrophobic and refractory organic sulfur odors in biotrickling filter (BTF). In this project, BTF will be employed to remove organic sulfur odor represented by dimethyl sulfide. The methods of experiment, theoretical modeling and numerical simulation will be used to study the removal process of dimethyl sulfide from single particle scale, particle group accumulation scale and reactor scale. The coupling mechanism of diffusion mass transfer and degradation of dimethyl sulfide controlled by single particle pore structure will be revealed. The interaction mechanism of gas-liquid two-phase flow, interphase mass transfer and internal diffusion mass transfer-reaction will be studied. On this basis, a multi-scale coupled mass transfer-degradation kinetic model of dimethyl sulfide will be established. The stable and efficient removal of dimethyl sulfide will be achieved by the comprehensive regulation and collaborative optimization of multi-scale process. The research results will promote the industrialization process of BTF based odor control of organic sulfur, and promote the development of interdisciplinary points of chemical engineering and environmental engineering.
含硫恶臭气体具有来源广、嗅阈值低、毒性高等特点,严重影响人们的身心健康。本项目以生物滴滤塔(BTF)降解含硫恶臭气体为研究对象,采用活性污泥在经过30天的挂膜后,BTF运行基本稳定。通过优化挂膜方式、填料结构、进气量、喷淋量等工艺条件参数,实验室规模BTF对进气浓度为20g/m3的含甲硫醚废气,其去除效率最高可达90%。为了模拟BTF内部的多相流动特征,本项目分别采用三维随机孔结构建模方法和离散单元法构建不同粒径颗粒随机堆积形成的三维结构物理模型,采用计算流体力学模拟了流体压力分布特征和停留时间分布特征,利用模拟和实验测量数据构建了阻力系数关联式;分别建立了生物膜片层模型和单颗粒模型,研究生物滴滤塔内传质-生物降解反应动力学行为,模拟表明仅需0.1s即可建立稳态的扩散传质-生物降解过程;基于量纲一致性原则,提出无量纲学习数据驱动建模方法,对床层空隙率、曳力系数等关键流体动力学参数进行显式建模,模型的预测误差在±10%以内。基于优化的BTF工艺条件参数,项目负责人参与设计中试生物滴滤塔装置(塔径0.64m,高3m),用于去除污水提升泵站含硫恶臭气体,目前该装置已连续稳定运行近一年,对进气浓度小于50ppm的含硫恶臭气体的去除效率近乎100%。
流化床中粗煤泥流态化浮选分离机制研究
  • 批准号:
    2025JJ50084
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    谢乐
  • 依托单位:
生物滴滤塔降解甲硫醚多尺度传质-反应耦合机制和协同优化研究
  • 批准号:
    2021JJ40717
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    谢乐
  • 依托单位:
国内基金
海外基金