利用新型组合填料的生物滴滤塔净化混合废气研究

建立了生物滴滤中试装置,并将前期研发的纹翼多面球和空心多面柱作为组合填料,以甲苯和乙醇混合气为废气,研究了组合填料生物滴滤塔的污染物去除性能.结果表明,装有组合填料的生物滴滤塔能在8 d内完成挂膜,稳定运行时对甲苯和乙醇的去除负荷分别为97.14 g·(m3·h)~(-1)和113.10 g·(m3·h)~(-1).空床停留时间(EBRT)和进气浓度对甲苯去除效果影响明显,当EBRT为21.11 s,甲苯和乙醇最大去除负荷分别为123.34 g·(m3·h)~(-1)和206.36 g·(m3·h)~(-1);受营养液喷淋量影响不明显,本系统最佳液气比为6.82 L·m~(-3).模拟了不稳定工况对系统处理效果的影响,用Na OH溶液减轻填料层堵塞效果明显,并可以3 d内恢复对甲苯和乙醇的去除效果;停运10 d后继续运行,净化性能可迅速恢复.     

生物滴滤塔净化氯代烃混合废气的研究

应用生物滴滤塔进行了二氯甲烷和1,2-二氯乙烷混合废气净化的研究,使用制药厂活性污泥挂膜,35 d后挂膜完成,对二者的去除率可分别维持在80%和75%以上.对二氯甲烷和1,2-二氯乙烷的最大去除负荷分别为13 g·(m3·h)-1和10g·(m3·h)-1.CO2的产生负荷与混合废气的去除负荷呈线性关系,生物滴滤塔对混合废气的矿化率维持在61.2%.对混合废气中二氯甲烷和二氯乙烷相互作用考察发现两者存在一定的抑制作用,同时考察了反应器运行过程中生物量的变化情况.     

生物滴滤塔处理苯酚气体研究

采用生物滴滤塔处理苯酚气体,考察了苯酚去除性能的影响因素.结果表明,生物滴滤塔能高效处理苯酚气体,苯酚去除效率可达99.5%,长期运行平均去除效率在98%左右.适宜的运行条件为:停留时间20.6 s,循环液pH值7.0,喷淋密度1.67 m3·(m2·h)-1.采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术研究处理苯酚气体的生物滴滤塔填料表面的微生物,结果表明,生物滴滤塔内有5种降解苯酚的优势菌种:Polaromonas sp.、Acinetobacter sp.、Acidovorax sp.、Veillonella parvula和Corynebacterium sp..采用GC-MS分析出口气样,结果表明丙酮酸(CH3COCOOH)为生物降解苯酚的中间产物,并推测了苯酚生物降解的可能途径.     

利用紫外预处理加强氯苯的生物滴滤净化

试验采用主波长为185nm的低压汞灯为紫外光源、醚型聚氨酯海绵(PU-foam)为填料的紫外-生物滴滤塔联合装置净化氯苯废气.进气氯苯浓度为600mg·m-3、停留时间分别为92、69和46s时,联合装置的平均去除率分别达到99%、95%和80%;最大去除负荷达到59.6g·(m3·h)-1;联合装置和单独生物滴滤塔生物膜形成时间分别为20d和27d;联合装置的抗冲击能力较好,停留时间缩短至30s,联合装置去除效率可达75%以上,高于单独生物滴滤塔的去除效率(25%).对紫外-生物滴滤塔联合装置机制初步探讨表明,紫外氧化氯苯形成了水溶性较好的可生物降解的物质,降低生物滴滤塔氯苯的处理负荷,同时紫外辐照过程中产生的O3能有效地控制生物滴滤塔内微生物的过量生长,从而维持整个装置的最佳运行状态.     

BF和BTF工艺去除DCM性能比较

分别以营养型缓释填料的生物过滤塔(BF)和聚氨酯小球为填料的生物滴滤塔(BTF)去除二氯甲烷(DCM)模拟废气.结果表明,采用"专属菌+综合菌"挂膜方式,BTF和BF分别在25 d和22 d内完成快速挂膜.扫描电镜结果表明,BF填料表面的菌落结构较为疏松、生物膜较薄,BTF填料表面的菌落结构致密、生物膜较厚.在DCM进口浓度100~1 500 mg·m-3、停留时间25~85 s条件下,BTF和BF对DCM均有较好的去除效果,最大去除负荷分别为22.61 g·(m3·h)-1和29.05g·(m3·h)-1.滤塔中CO2生产量与DCM降解量呈线性关系,经拟合得出BTF和BF的矿化率分别为70.4%和66.8%,且BTF矿化程度好于BF,表明滤塔内减少的DCM主要是被微生物利用降解.滤塔内DCM的降解动力学行为符合Michaelis-Menten模型,BTF和BF单位体积最大降解速率r max分别为22.779 0 g·(m3·h)-1和28.571 4 g·(m3·h)-1,气相饱和常数K s分别为0.141 2 g·m-3和0.148 6 g·m-3.     

生物滴滤塔净化含硫混合废气

利用甲硫醚(DMS)降解菌Alcaligenes sp.SY1和丙硫醇(PT)降解菌Pseudomonas putida.S-1强化生物滴滤塔(BTF)处理DMS和PT的混合废气,研究了其挂膜启动及稳定运行阶段的降解性能,并考察了该系统同时去除H2S的能力.结果表明,BTF在DMS和PT进口浓度均为50 mg·m-3,EBRT为30 s的条件下,运行11 d即可完成挂膜启动,填料上的生物量明显增加,DMS、PT的去除率分别可达到90%和100%.系统稳定运行时,DMS和PT的最大去除负荷分别为8.7 g·(m~3·h)~(-1)和12.4 g·(m~3·h)~(-1),PT的去除效果更佳.DMS和PT混合废气在降解过程中,PT对DMS的降解有较明显的抑制作用,当PT进气浓度大于51 mg·m-3时,DMS的去除效率下降.BTF还能同时有效去除H2S,当混合废气中H2S浓度达到230 mg·m-3时,H2S去除率仍能高达98%,但是115 mg·m-3以上的H2S会对DMS的降解产生不利影响.     

间歇喷淋营养液对生物滴滤塔净化甲苯的影响

为探索间歇喷淋营养液对生物滴滤塔的影响,以净化甲苯为研究对象,应用FX1N-14MR-001型可编程逻辑控制器(PLC),实现生物滴滤塔的间歇喷淋营养液操作,研究了环境温度、ρ(TN)、营养液喷淋密度和喷/停时间对净化甲苯能力的影响,并对机理进行了分析. 结果表明:当生物滴滤塔系统的气体停留时间为40.70s时,营养液最佳喷淋密度为4.5L/(m2·min),最佳喷/停时间为2min/4min. 当甲苯系统进口负荷小于88.29g/(m3·h)时,甲苯的去除率可达95.0%以上;当进口负荷为186.04g/(m3·h)时,甲苯的去除率为87.6%,系统对甲苯的最大去除能力由连续喷淋时的169.63g/(m3·h)升至248.85g/(m3·h).      

生物滴滤塔处理H_2S停留时间和容积负荷的研究

利用生物滴滤塔小试装置进行了连续的H2S脱除试验。结果表明:挂膜前采用Na2S对菌群进行驯化,有助于系统快速启动完成。当进气量在0.05~0.6 m3/h之间变化,H2S进气浓度在200~1 200 mg/m3之间变化时,确定生物滴滤塔有效停留时间大于43 s,对H2S的去除率可达98%以上。容积负荷63.9 g/m3·h时,出气浓度0.08 mg/m3,为了满足城镇污水处理厂的厂界废气排放最高允许浓度二级标准的要求,试验确定该生物滴滤塔处理H2S的容积负荷不超过60 g/m3·h,出气浓度才能达标。     

生物滴滤塔中挥发性有机物降解模型及应用

选择拉西环为滤塔填料,甲苯为VOCs代表,运行生物滴滤塔,研究滴滤塔的甲苯降解性能,建立滴滤塔中VOCs的降解模型.试验表明,在实验工况和挂膜条件下,生物滴滤塔对甲苯有较强的降解能力,滤料体积降解速率可达240g甲苯/(m3滤料(h),降解效率均大于80%,生物滴滤法处理低浓度甲苯废气是可行的;所建模型可以较好地模拟生物滤塔处理含苯废气的实验结果,验证了模型的正确性.     

表面活性剂提高滤塔净化氯苯废气性能的研究

通过吐温80(Tween80)、十二烷基磺酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)3种表面活性剂对恶臭假单胞菌P.putida的微生物静态培养结果表明,CTMAB对P.putida有显著抑制作用,SDS和Tween80在低浓度下对细菌的抑制较小,而当浓度在50 mg/L以上时,对细菌的抑制作用较为明显。在对表面活性剂筛选和确定最优添加浓度后,实验以活性炭纤维(activated carbon on fiber,ACOF)作为生物滴滤塔的填料,将Tween80、SDS加入喷淋液中,研究其对滴滤塔处理氯苯废气效果的影响。结果表明,未添加表面活性剂时滴滤塔需要7 d的启动时间,添加后大约需要4 d就可以看到明显的去除效果;而与SDS相比,添加Tween80能够使滤塔在相同时期内去除效果提高10%。在控制滴滤塔气体停留时间为109 s,氯苯气体入口浓度为3 000~5 000 mg/m3,体积负荷为145 g/(m3·h)时,未加表面活性剂的情况下,滴滤塔去除能力为120 g/(m3·h);添加后,SDS可使滴滤塔的去除能力升高到132 g/(m3·h),Tween80可将其提高到140 g/(m3·h)。     

SDS对生物滴滤器处理正己烷气体及生物膜分泌物组成的影响

利用两套相同实验室规模的生物滴滤器(Biotrickling filters,BTFs)(BTF1对照组和BTF2添加表面活性剂SDS)进行表面活性剂SDS强化正己烷生物降解实验,对比分析了正己烷在3种表面活性剂SDS、Tween20和Triton X-100中的分配系数(K),并在正己烷进口负荷为72 g·m-3·h-1的条件下探讨了SDS添加量对生物滴滤器性能和不同填料层生物膜分泌物组成的影响.结果表明,正己烷在3种表面活性剂中的分配系数要远低于其在水中的分配系数,且在SDS中的分配系数最低.由于SDS的添加能促进正己烷在水中的溶解度,SDS浓度在158.6mg·L~(-1)时,正己烷的去除率从50%(BTF1)增加到70%(BTF2),相应的去除能力达到50.4 g·m-3·h-1.但作为碳源,高浓度SDS与正己烷之间存在竞争作用,当SDS浓度为475.8 mg·L~(-1)和793.0 mg·L~(-1)时,BTF2对正己烷的去除性能低于BTF1的.BTF1第2层填料上生物膜分泌的蛋白质和多糖含量要高于其它几层填料,而当BTF2中SDS浓度在158.6 mg·L~(-1)时,第2层填料上生物膜分泌的蛋白质含量和多糖均高于BTF1中第2层填料.     

微量臭氧强化生物滴滤降解甲苯性能研究

生物滴滤(BTF)是目前废气生物处理研究和应用最多的工艺,其长期运行填料层堵塞和运行性能恶化是该技术工程应用面临的共性科学技术难题.本研究提出利用微量臭氧化调控生物膜相,进而强化反应体系长期稳定运行.结果表明,生物滴滤塔间歇通入40 mg·m-3的微量臭氧,可延长反应体系的运行周期(本实验运行180 d),并保证甲苯去除率维持在80%以上,最大去除负荷达到95 g·(m3·h)-1,矿化率达到87.1%.O3-BTF的上、下段最大AWCD值分别为0.90、1.08,明显高于BTF体系,表明微量臭氧在运行后期可明显改善生物膜的代谢活性.床层特性与平均生物量表明,BTF和O3-BTF运行后期,平均生物量分别为36.59 mg·g-1和29.12 mg·g-1,床层孔隙率分别为55%和60%,压降分别为103.2 Pa和44.1 Pa.上述实验结果表明,生物滴滤降解甲苯长期运行过程中,微量臭氧能有效控制填料层堵塞和运行性能恶化,维持生物滴滤塔长期高效运行,并且对甲苯的去除和矿化具有一定的强化作用.     

生物滴滤塔对疏水性VOCs气体的去除及其生物膜特性研究

利用正己烷降解菌Pseudomonas mendocina NX-1和二氯甲烷（DCM）降解菌Methylobacterium rhodesianum H13强化生物滴滤塔（BTF）同时净化不同疏水性的正己烷和DCM混合废气,研究了挂膜启动阶段及稳定运行阶段BTF对污染物的去除性能与限制因素及生物膜相的特性变化.结果表明,在正己烷和DCM浓度均为100 mg·m^-3,停留时间（EBRT）为60 s的条件下,运行25 d即可完成BTF的启动,正己烷和DCM的去除率分别可达到65%和100%.系统稳定运行时,正己烷和DCM的最大去除负荷分别为16.1 g·m^-3·h^-1和92.0 g·m^-3·h^-1.正己烷和DCM的去除过程分别受到传质限制与反应限制影响.BTF稳定运行后,塔内生物膜胞外聚合物（EPS）中蛋白质（PN）含量逐渐增加至启动时的2.7倍,蛋白质与多糖的比值（PN/PS）从0.28增加至0.96.生物膜表面相对疏水性从21%增加至66%,Zeta电位从-12.7 mV降低至-9.2 mV.压降的模拟结果与实验数据良好拟合（R²>0.96）.     

Trametes sp.LS-10C产漆酶发酵培养基优化及其漆酶对偶氮染料的脱色性能

为了提高菌株Trametes sp.LS-10C的漆酶产量并初步研究该酶对偶氮染料的脱色性能,本文通过单因素实验及均匀设计对菌株Trametes sp.LS-10C产漆酶培养基进行了优化,获得最优培养基配方为:葡萄糖14.4 g·L~(-1)、豆渣10.1 g·L~(-1)、麸皮100 g·L~(-1)、NH_4Cl_3g·L~(-1)、KH2PO41.4g·L~(-1)、CuSO_4’5H2O 1 g·L~(-1)、NaCl 1 g·L~(-1)、MgSO_40.8 g·L~(-1)、CaCl_20.5 g·L~(-1).菌株发酵至8 d时漆酶产量为595.15 U·m L~(-1),约是优化前的35.66倍.进一步研究表明,该漆酶-介体系统对酸性红GR、酸性蓝40和酸性铬蓝K等3种偶氮染料脱色10 h后脱色率分别高达96.86%、91.28%和86.31%.相比公开发表的文献,本研究所报道的Trametes sp.LS-10C利用优化培养基发酵产漆酶达到了较高水平,具有酶活力高和发酵时间短等特征,且该漆酶在处理偶氮染料废水脱色领域中具有进一步研发和应用价值.     

模拟氮沉降对内蒙古克氏针茅草原N2O排放的影响

随着工农业和社会的快速发展,我国成为全世界氮沉降最高的国家之一,温带草原地区的氮沉降水平局部可能超过3g·(m~2·a)~(-1).为研究氮沉降对我国典型草原生态系统氮循环的影响,在内蒙古太仆寺旗的克氏针茅草原,对土壤氧化亚氮(N_2O)的排放进行了为期1 a测定;同时,对该天然草地施加Na NO_3~-N以模拟氮沉降增加,进行了6个水平:CK(对照)、N_2[2g·(m~2·a)~(-1)]、N5[5 g·(m~2·a)~(-1)]、N10[10 g·(m~2·a)~(-1)]、N_25[25 g·(m~2·a)~(-1)]和N50[50 g·(m~2·a)~(-1)]的野外控制实验.结果表明,在自然氮沉降条件下,该生态系统N_2O的排放主要取决于土壤含水量和土壤温度,通过参数拟合估计全年N_2O-N排放量为0.10 g·(m~2·a)~(-1),约为当地氮沉降量的3%.而提高氮沉降可以显著提高N_2O的排放,特别是在高氮处理下(N_25和N50),N_2O的年排放量与模拟氮沉降量呈线性关系.我国温带典型草原较高的温室气体N_2O排放值得关注.     

应用PLFA法分析氮沉降对缙云山马尾松林土壤微生物群落结构的影响

氮沉降虽可提升林地生产力却会给环境造成压力,而土壤微生物对环境变化敏感.通过野外模拟试验,探讨不同氮沉降量对马尾松土壤微生物群落的影响,探索该区域马尾松土壤微生物群落与土壤温湿度、氮沉降浓度的关系,为深入研究氮沉降对马尾松林土壤生态系统的影响提供参考.2014年5月~2015年6月在缙云山马尾松林设置3个氮添加水平和一个无氮添加的对照处理:低氮[N20,20 g·(m~2·a)~(-1)]、中氮[N40,40 g·(m~2·a)~(-1)]、高氮[N60,60 g·(m~2·a)~(-1)]和对照[N0,0g·(m~2·a)~(-1)],采用磷脂脂肪酸(PLFA)标记法和ACE(automated soil CO_2 exchange station,UK)自动土壤呼吸监测系统分别对土壤微生物群落结构、土壤温度和土壤湿度进行分析测定.结果表明:1季节变化对土壤细菌、真菌、放线菌及总PLFA量有显著影响(P0.05),各类型均在春季最高,冬季最低.在不同季节,土壤微生物量对氮沉降的响应趋势不同,总体而言,春季和秋季氮沉降抑制了土壤微生物量,夏季和冬季氮沉降促进了土壤微生物量.2氮沉降对土壤微生物群落结构有显著影响(P0.05),在春季和夏季,低、中氮沉降使土壤微生物丰富度指数和多样性降低,使均匀度指数升高;在秋季和冬季,低氮和中氮则使丰富度指数、多样性指数及均匀度指数升高.高氮沉降使4个季节土壤微生物丰富度指数、多样性指数和均匀度指数降低.3相关性分析表明,氮沉降浓度与细菌呈极显著负相关(P0.01),与总PLFA呈显著负相关(P0.05);土壤温度与放线菌呈极显著负相关;土壤湿度与细菌和总PLFA呈极显著正相关.综上所述,缙云山马尾松林土壤微生物群落结构主要受土壤湿度和氮沉降的影响,受土壤温度影响较小.     

一种负载功能型微生物的营养缓释填料的制备及性能评价

根据乳化交联和吸附固定化原理,制备了一种负载功能型微生物的营养缓释填料(SC填料),并以乙酸丁酯作为模拟废气,考察了其在生物反应器中的使用效果.填料理化特性分析结果表明,该填料孔隙率为92.6%,堆积密度为40.75kg·m~(-3),比表面积为2.45 m2·g~(-1),真密度为551.52 kg·m~(-3);表面存在大量的O—H、C=O等亲水基团,同时填料内分布氮(N)、磷(P)等营养元素,N和P的释放速率分别为22.35 mg·(L·d)-1和8.36 mg·(L·d)-1;微生物负载量(蛋白/填料)为14.61 mg·g~(-1),储藏7 d和30 d后填料内微生物对乙酸丁酯的去除率 96%,表明其储藏稳定性较好.应用SC填料的生物滴滤塔经过8 d完成挂膜过程,在外界不供给营养、不调节循环液pH的情况下,应用SC填料的反应器运行性能稳定,去除率始终保持在94%以上,而采用聚氨酯海绵填料(PU填料)的生物滴滤塔挂膜期稍长、运行不稳定.高通量测序表明,填料制备过程中固定的特定降解菌在整个运行阶段均处于优势地位,且菌群结构较为稳定,从而能保证反应器的稳定运行.