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%.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

生物滴滤塔净化含低浓度苯乙烯废气的研究

利用菌丝体热解炭作为填料,采用两座相同实验室规模的生物滴滤塔,分别填装热解炭-木屑混合填料和木屑单一填料,并联操作,进行微生物净化含苯乙烯废气的实验,研究并对比了两座生物滴滤塔的净化性能.结果表明,由于热解炭具有比表面积大、孔隙率高等特点,热解炭-木屑混合作为生物滴滤塔填料,比单一的木屑填料挂膜速度快,净化效果好,停运恢复能力强.适宜操作条件为:入口气体浓度50～ 450mg·m-3,停留时间21.6～43.2 s,气液比110.7 ～55.3,净化效率92％ ～ 100％,最大去除负荷可达153.1 g·m-3· h-1.整个实验过程中,系统的压降始终维持在0～255 Pa,动力消耗小.研究发现,循环液中氨氮(NH4+-N)浓度只需能够保证微生物正常的生命活动即可,不宜过量或不足.生物滴滤塔循环液的紫外吸光度(UV254)与苯乙烯去除率具有一定的相关性,可通过测定循环液UV254,了解生物滴滤塔的运行状况.     

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）.     

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.     

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.     

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.     

一种可同时检测挥发性氯代烷烃和氯代烯烃的电子鼻的研制

开发了一种可用于快速检测挥发性氯代烷烃和氯代烯烃气体的电子鼻系统.该电子鼻系统的核心检测部件为3个金属氧化锡传感器及一个光离子化传感器(PID)所构成的传感器阵列.基于对9类单一成分标准气体和5类混合标准气体的测试分析建立了气体类型识别模型,然后通过加标实验与气相色谱法比较验证了电子鼻系统检测的有效性.结果表明:①电子鼻中各传感器对氯代烯烃和氯代烷烃的响应有差异.PID对氯代烷烃无响应,对氯代烯烃有线性响应(R2>0.997).传感器TGS2602对四氯化碳(CT)、三氯甲烷(TCM)和1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)较为灵敏,对前两者的定量性较好,但对1,2-DCA的线性响应很差.传感器TGS2600和TGS2620对二氯甲烷(DCM)和1,2-DCA较为灵敏,且线性响应程度好(R2>0.995).②建立了基于传感器阵列信号的气体类型简单识别模型:选用PID计算氯代烯烃浓度,TGS2602计算CT和TCM浓度,TGS2600或TGS2620计算DCM和1,2-DCA浓度.③TGS2602对标准混合气体的响应强度小于单物质响应强度之和,其它传感器对标准混合气体的响应强度接近于单物质响应强度之和.④电子鼻对污染水样中DCM和四氯乙烯(PCE)混合气体的检测结果与气相色谱分析值呈线性相关,相关系数R2>0.96.     

生物滴滤塔净化多组分废气的研究

通过生物滴滤塔(biotrickling filter,BTF)净化硫化氢(H2S)、四氢呋喃(THF)、二氯甲烷(DCM)混合废气,研究其挂膜启动和稳定运行条件下的降解性能.结果表明,混合废气H2S、THF、DCM浓度分别为200、100和100 mg·m-3,空床停留时间(empty bed retention time,EBRT)50～20 s的条件下,H2S和THF的去除率分别能够维持在99%和60%左右,而DCM的去除率随EBRT的缩短从90%逐渐降低至37%左右.利用Michaelis-Menten动力学模型分析得到,理论降解效果为H2S>THF>DCM.