生物过滤塔和生物滴滤塔净化α-蒎烯性能比较

分别采用以木屑/泥炭为填料的生物过滤塔(BF)和以聚氨酯小球为填料的生物滴滤塔(BTF)净化α-蒎烯废气,比较两者的挂膜时间及对α-蒎烯的降解性能.结果表明,采用气液相联合方法,过滤塔和滴滤塔分别在21d和27d内完成挂膜;扫描电镜观察表明,填料上生物膜菌群生长良好,优势菌为杆菌和球菌.在α-蒎烯进口浓度80～2200mg.m-3、空床停留时间(EBRT)29～102s条件下,两者对α-蒎烯均有较好的去除效果,过滤塔与滴滤塔的最大去除负荷分别为50g.m-.3h-1和43g.m-.3h-1;滤塔中CO2生成量与α-蒎烯降解量之间呈线性关系,通过线性拟合得出过滤塔与滴滤塔的α-蒎烯矿化率分别为74%与68%,滤塔中减少的α-蒎烯主要被微生物利用而去除.菌落数(CFU)分析表明,在挂膜阶段滤塔微生物数量增长明显,稳定运行阶段菌落数随着EBRT的延长而增加,在EBRT102s条件下单位反应器空间内过滤塔和滴滤塔菌落数分别为5.52×1014cfu.m-3和1.84×1014cfu.m-3.     

生物滴滤降解氯苯废气的实验研究

采用定向驯化活性污泥接种生物滴滤塔（BTF）处理氯苯废气,考察BTF稳定运行阶段的运行性能、微生物平均代谢活性（AWCD）及微生物种群结构.结果表明,当进口浓度低于0.6 g·m-3时,EBRT高于45 s时,BTF对氯苯总去除率维持在80%以上,因此,BTF在处理中低浓度（≤0.6 g·m-3）氯苯废气具有较明显的优势;当进气负荷〉80 g·（m3·h）-1时,去除负荷趋于稳定,为70 g·（m3·h）-1左右;CO2的生成量与氯苯的去除负荷的比值为1.92,表明BTF对氯苯较高程度的矿化（考虑部分有机碳用于微生物自身的生长）;BTF对氯苯的降解行为符合Michaelis-Menten动力学模型,单位体积最大降解速率rmax为35.6g·（m3·h）-1·AWCD值分析表明塔内微生物具有较高的生物活性.生物膜PCR-DGGE指纹图分析表明,在稳定运行阶段塔内微生物种群结构具有较高程度的稳定性和复杂性,而微生物种群的稳定性和复杂性同时也促进BTF对目标污染物的高效降解和矿化.     

降解乙苯生物滴滤塔稳定运行期生物膜特征及微生物多样性研究

通过检测降解乙苯生物滴滤塔(BTF)长期稳定运行过程中生物量积累、塔内压降改变、生物膜显微结构特征、微生物种群分布及优势菌株分子测序,探讨BTF稳定运行期间生物膜相结构、特征及菌群多样性协作作用的规律.结果表明,生物滴滤塔运行95 d期间的降解性能稳定,降解效率保持在90%以上,最大去除负荷为62.4 g·m~(-3)·h~(-1);BTF稳定运行期间生物膜形态、颜色和厚度沿着BTF塔内废气的流向呈现不均匀分布和梯度改变的特征.生物量和生物膜的致密度沿气流方向逐步递减;塔内压降随着反应时间延长逐渐增加,但未出现堵塞现象;生物膜种群营养结构复杂,食物链长且相互交叉,高端营养级微生物种群所占比例较高;采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和分子测序技术研究降解乙苯生物滴滤塔填料表面菌群的分布特征,结果表明,在BTF不同塔层上菌群分布稍有差异,表现出明显的空间多样性,但是整个BTF生物膜具有一定的稳定性,主要的优势菌群为变形杆菌,其中优势菌包括3种伽马变形杆菌和4种贝塔变形杆菌.     

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.     

生物滴滤塔同步降解多组分挥发性有机物的实验研究

采用定向驯化活性污泥接种生物滴滤塔(BTF)同时处理甲苯、甲醇、丙烯酸乙酯挥发性有机化合物(VOCs)混合废气,考察BTF的长期稳定运行性能及微生物平均代谢活性.结果表明,混合气进口浓度低于910mg/m3时,BTF对VOCs混合废气总去除率可维持在80%以上,BTF可高效同步净化中低浓度VOCs混合废气;当进气负荷>120g/(m3·h)时,去除负荷趋于稳定,为100g/(m3·h)左右;CO2的生成量与混合废气的去除负荷的比值为1.731,表明BTF对此3种混合废气有较高程度的矿化;BTF对甲苯、甲醇、丙烯酸乙酯的降解行为符合Michaelis-Menten动力学模型,单位体积最大降解速率rmax分别是为90.9,50.5,58.5 g/(m3·h).平均吸光度(AWCD)值分析结果表明塔内微生物具有较高的代谢活性.     

生物滴滤塔净化甲基叔丁基醚废气的研究

应用生物滴滤塔处理甲基叔丁基醚废气,研究其挂膜启动及稳定运行阶段的降解性能,并考察了稳定期该系统的生物群落结构.结果表明,生物滴滤塔在停留时间为60 s,进气质量浓度为100 mg·m~(-3)的条件下,运行23 d后完成挂膜,填料上的生物量明显增加,去除率可维持在70%以上.反应器稳定运行时,去除负荷可达13.47 g·(m3·h)~(-1),矿化率可达68%;用Haldane模型拟合生物滴滤塔中去除负荷的变化趋势,获得理论ECmax为21.03 g·(m3·h)~(-1),KS为0.16 g·m~(-3),KI为0.99g·m~(-3).运用高通量测序技术分析生物膜中的微生物群落结构,发现其中优势菌属为Methylibium sp.和Blastocatella sp.,分别占11.33%和9.95%.     

新型生物滴滤填料性能评价

填料是微生物附着生长、水分保持的支撑体,填料的性能直接关系到污染物的最终去除效果.研究开发了3种新型生物滴滤填料:纹翼多面球、改性毛刺球和空心多面柱.测试表明3种填料中,空心多面柱和纹翼多面球的结构特性参数均优于普通的生物滴滤填料,特别是比表面积,达到了200 m2·m-3左右.纹翼多面球的阻力系数ζ在挂膜前后几乎没有变化,而毛刺球的阻力系数ζ增长明显.生物滴滤塔(BTF)实验表明,采用空心多面柱的BTF挂膜启动的时间明显快于其他两种填料;稳定运行阶段实验结果表明,当甲苯和乙醇进口浓度分别为687.37 mg·m-3和651.17 mg·m-3时,采用纹翼多面球的BTF去除效果较好,对于两者的去除率分别达到了76.78%和99.23%.生物量测试表明,3种填料湿生物量也均高于普通的聚丙烯鲍尔环.纹翼多面球填料易实现生物膜的更新与剥落,稳定运行后期单位填料层压降维持在51.6 Pa·m-1,而毛刺球平均压降显著升高(193.3 Pa·m-1),出现了严重堵塞现象.     

恶臭假单胞菌生物滴滤塔净化甲苯废气的研究

在接近于工业化应用的非稳态条件下,采用恶臭假单胞菌为菌源接种生物滴滤塔,处理含甲苯废气.研究了滤塔的挂膜启动情况与稳定运行阶段抗负荷变化能力,并对滤塔内生物膜微观结构进行了观察分析.在停留时间为54 s和43.2 s,进气甲苯浓度为544～1 044 mg·m-3,环境温度为17～26 ℃的操作条件下,滤塔气体出口检测不到甲苯,最大体积去除负荷为105.35g·(m3·h)-1.结果表明,在非稳定条件下,以未经甲苯驯化筛选的恶臭假单胞菌作为菌源降解甲苯废气是可行的;稳定运行阶段滤塔具有较强的抗负荷变化能力,进气浓度与停留时间的变化不会引起处理性能的下降;通过控制营养液添加间隔可以较好地控制生物膜的快速增长;滤塔内微生物菌落发生了变化,大量微孔结构的存在证明了微孔的吸附是生物膜降解甲苯的重要前提.     

不同pH下生物滴滤塔降解甲苯和硫化氢混气的研究

废气生物处理技术作为一项新型的大气污染控制技术得到广泛应用。实验分别在p H为4.5和7.0条件下,利用生物滴滤塔(BTF)对甲苯和硫化氢混气废气进行降解,为混合废气的高效生物净化提供理论指导。该装置在启动阶段,当空床停留时间(EBRT)为30 s,甲苯浓度为400 mg/m3以上时,p H为4.5和7.0的BTF对甲苯的去除率分别为90%和96%。在稳定阶段,通入2 000~15 000 mg/m3的硫化氢(H2S),发现硫化氢对甲苯的降解无影响.随着实验的进行,p H为7.0比4.5的BTF的生物量高,且压降也略高。p H为4.5和7.0的BTF对甲苯和硫化氢的降解过程符合Michaelis-Menten模型,对甲苯降解的相关系数(R2)分别为0.984 2和0.977 8,单位体积的最大降解速率rmax分别为132.46 g/(m3·h)和93.46 g/(m3·h),相对应的气相饱和常数Ks分别为0.25 g/m3和0.075 g/m3;对硫化氢降解的相关系数(R2)分别为0.969 0和0.971 7,rmax分别为60.24 g/(m3·h)和51.55 g/(m3·h),Ks分别为0.06 g/m3和0.13 g/m3。对CO2生成量分析得:p H为4.5和7.0的BTF矿化率分别为70.7%和74.6%。     

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）.     

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.     

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.     

DBD协同CuO/MnO2耦合生物滴滤塔降解氯苯的工艺性能分析

以氯苯为目标污染物,选择CuO/MnO_2作为耦合系统中的催化剂,采用介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)技术协同催化作为生物系统的预处理技术,开展废气净化的研究.实验结果发现,耦合生物滴滤塔(Biotrickling Filter,BTF)和单一生物滴滤塔系统分别在13 d和15 d内完成挂膜,氯苯的去除率分别达到100%和97%.稳定运行期,停留时间(EBRT)为90 s时,单一BTF在处理低进气浓度氯苯废气时,去除效果与耦合系统相当;进气浓度较大时,耦合系统的处理效果要明显优于单一BTF.EBRT缩短至45 s时,无论氯苯进气浓度高或低,耦合系统的处理效果均优于单一BTF.单一BTF的最大去除负荷(Eliminatory Capacity,ECmax)为41 g·m~(-3)·h~(-1),在同样实验条件下,耦合系统未达到最大去除负荷,而耦合系统和单一BTF对氯苯的矿化率分别为95%和86%.DBD协同催化能有效改善BTF对于高进气负荷氯苯废气的处理,预处理工艺能强化BTF对氯苯废气的彻底净化.通过对各功能单元对氯苯去除的贡献分析,发现DBD协同CuO/MnO_2工艺主要负责转化氯苯,BTF下段填料主要负责预处理工艺产生的中间产物的矿化,BTF上段填料主要负责剩余氯苯的去除及其矿化.