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.     

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.     

生物法处理高浓度H2S废气的现场试验

生物法处理废气的现场中试研究可为工业放大装置的设计和运行提供依据.采用规模为18 m³/h的中试装置现场处理某制药厂污水站含H₂S浓度238.2～891.5 mg/m³的废气,研究对比了生物滤床(BF)和生物滴滤床(BTF)2种工艺对废气中H₂S的去除效果和运行情况.试验表明,当气体空床停留时间(EBRT)为28 s时,在上述浓度范围内,BF和BTF均可几乎完全去除废气中的H2S,且运行稳定;BF的去除率随进口浓度的增加而减小,当EBRT为15 s,进口浓度从243.6 mg/m³增加到584.1 mg/m3时,去除率从95.2%下降到86.3%;BTF的去除率受进口浓度变化的影响较小,当EBRT为9 s时,在试验的浓度范围内,去除率达95%以上;BF和BTF的最大去除负荷分别为138 g/(m³.h)和205 g/(m³·h).床内生物膜中的菌落分析表明,BTF和BF填料表面的微生物都以细菌为主,但前者微生物生长密度高于后者.因此,综合考虑去除性能和运行控制等因素,工业放大装置宜采用BTF工艺.     

生物滴滤床对H2S废气的去除效率研究

本试验采用生物滴滤床(BTF)工艺净化制药厂污水站H2S废气。装置采用实验室分离纯化的菌种经现场培养扩增后所得的高浓度混合菌菌液,在8d内迅速完成启动;试验过程H2S气量为11.3m3/h,平均浓度为385.6mg/m3,平均空床停留时间(EBRT)为13.5s,H2S的平均去除效率96%,且去除率稳定。随着污染物在BTF内EBRT的减少,去除率逐渐减小;H2S去除负荷极限ECmax为209.6g/(m3.h),且80%的去除负荷由填料床的下层承担;增加液体喷淋量有助于强化处理效果,但液膜厚度对净化效率有着负面影响,循环液中的SO42-累积浓度>28g/L时,去除率低于90%。试验结果表明,BTF系统运行稳定,适应性好,应用于工业废气处理是可行的。     

鼠李糖脂强化生物滴滤塔去除乙苯废气效能及菌群结构研究

对添加表面活性剂鼠李糖脂后生物滴滤塔(BTF)去除乙苯废气的效能及滴滤塔中微生物16S r DNA高通量测序结果进行分析,探讨了鼠李糖脂对生物滴滤塔处理有机废气效能的影响机理.结果发现:鼠李糖脂在浓度为21.6 mg·L~(-1)时对微生物生长的促进作用尤为明显,BTF2(添加鼠李糖脂)和BTF1(对照)在挂膜启动期间生物量都呈现出逐渐增加的趋势,添加鼠李糖脂的BTF2在第35 d时生物量比BTF1增加了39.62 mg·g-1.BTF2的挂膜启动时间比BTF1缩短了5 d,并且系统挂膜稳定后对乙苯废气的去除率提高了12%.BTF1和BTF2的微生物群落组成基本相同,主要优势菌群是变形杆菌门.在BTF1系统中,变形杆菌门占62.3%;在BTF2系统中,变形杆菌门占81.9%.在属水平上,BTF1下层系统的主要优势菌属占45.7%,在BTF2下层系统主要优势菌属占73.4%.研究表明,在BTF系统中添加鼠李糖脂可以促进优势菌的富集生长,缩短系统启动挂膜时间,强化BTF系统对乙苯的降解,并提高BTF的去除效率和稳定性.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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%.     

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.     

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.     

进水C/P对SNEDPR系统脱氮除磷性能的影响

为了解不同进水C/P条件下同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)的脱氮除磷特性.以实际城市污水为处理对象,采用延时厌氧(180 min)/低氧(溶解氧0.5~1.0 mg·L~(-1))运行的序批式反应器(SBR),考察了进水C/P(分别为60、30、20、15、10)对系统C、N、P去除特性的影响.结果表明:适当降低进水C/P(由60降至30)有利于提高系统内PAOs竞争优势.当C/P为30时系统除磷性能最高,厌氧段释磷速率(PRR)和好氧段吸磷速率(PUR,以P/MLSS计,下同)分别高达3.5mg·(g·h)-1和4.2 mg·(g·h)-1,出水PO3-4-P浓度均低于0.3 mg·L~(-1),且PPAO,An高达88.1%;但进一步降低进水C/P至10时,PO3-4-P去除率和PPAO,An分别由38.1%和82.4%降低至3.1%和5.3%,PRR和PUR分别仅为0.2 mg·(g·h)-1和0.24mg·(g·h)-1,系统表现出较差的除磷性能.降低C/P对系统COD去除性能没有影响,COD去除率稳定在85%左右.此外,当C/P由60降低至20时,系统硝化性能变差,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度分别由0和6.9 mg·L~(-1)升高至5.1 mg·L~(-1)和16.2 mg·L~(-1);而当C/P进一步降低至10时,系统硝化性能得以恢复,但亚硝积累特性遭到破坏,表现为出水NH+4-N和NO-2-N浓度逐渐降低为0,但出水NO-3-N浓度由0.08 mg·L~(-1)升高至14.1 mg·L~(-1).SNED率先由62.1%降低为36.4%后又逐渐提高至56.4%.C/P低于15时,有利于提高GAOs的竞争优势,且C/P由20降至10时系统脱氮性能得以恢复,原因在于GAOs内源反硝化作用的增强.     

PN/A双菌层系统的构建及其脱氮性能

分别采用SBR反应器和MBR反应器驯化培养亚硝化污泥和厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)污泥,并通过微生物包埋技术将两类污泥分别包埋,构建亚硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification-ANAMMOX,PN/A)双菌层系统.短期实验证明该系统中亚硝化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和ANAMMOX菌在不同阶段分别起主导作用,维持系统的酸碱平衡,并实现NH+4-N的高效去除(98.8%).长期实验表明,在溶解氧受限时,PN/A双菌层系统能够有效提高系统对溶解氧的利用效率,并增强系统的稳定性和脱氮效能.在溶解氧为1.0 mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度分别为200 mg·L~(-1)和400 mg·L~(-1)时,对照组脱氮效率仅为58.1%和61.4%,而PN/A双菌层系统脱氮效率均稳定在80%左右;溶解氧为3.0mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度为400 mg·L~(-1)时,PN/A双菌层系统总氮去除率达87.9%,总氮积累负荷(NLR)为0.4kg·(m3·d)-1,总氮去除负荷(NRR)为12.8 mg·(g·h)-1.     

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.     

京津冀地区典型印刷企业VOCs排放特征及臭氧生成潜势分析

本研究在京津冀地区选取23家典型印刷企业进行调研,并对其中具备采样条件的企业通过气袋采样-GC-MSD/FID采集及分析系统,获得48组分析结果,定量分析了京津冀地区印刷企业VOCs的排放特征,并估算其臭氧生成潜势.结果表明,各企业排气筒有组织排放的VOCs(以非甲烷总烃表征)浓度差异很大,包装印刷企业VOCs排放浓度范围为29. 9～755. 0 mg·m~(-3),出版物印刷企业VOCs排放浓度范围为3. 3～99. 0 mg·m~(-3);各企业车间印刷工位中,包装印刷企业VOCs排放浓度在129. 7～958. 4 mg·m~(-3)之间,出版物印刷企业VOCs排放浓度范围为19. 1～113. 7 mg·m~(-3);包装印刷企业排放的VOCs浓度普遍高于出版物印刷企业,这与其使用溶剂型油墨有关. VOCs组分构成方面,包装印刷和出版物印刷企业印刷工位排放的VOCs中,含氧VOCs均为首要VOCs种类,占比在32. 6%～99. 4%之间,其次是烷烃.臭氧生成潜势方面,印刷企业臭氧生成潜势(OFP值)平均值为505. 5 mg·m~(-3),其中包装印刷企业为564. 1 mg·m~(-3),出版物印刷企业为52. 9 mg·m~(-3);臭氧生成系数(SR值)平均值为1. 24 g·g-1,其中包装印刷企业为1. 70 g·g-1、出版物印刷企业为0. 89 g·g-1.从OFP值和SR值可以看出,包装印刷企业应作为未来京津冀地区印刷行业VOCs管控的重点.