生物滴滤和过滤技术降解含硫恶臭有机废气的研究

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恶臭废气已在全球范围内受到广泛关注,并在许多国家被认定为七大环境公害之一,含硫污染物是环境中主要的恶臭污染物之一,不仅嗅阈值低下,具有极难闻的恶臭气味,且大部分含硫化合物无论对人体还是对环境都可产生毒害作用。生物滴滤塔和生物过滤塔在低浓度恶臭废气的治理上具有很大的优势。本研究对比研究分析了不同载体填料的生物滴滤塔和过滤塔对二甲基二硫的降解效果,并将生物滴滤塔和过滤塔串联起来降解单一和混合的含硫恶臭有机废气。最后,将组合工艺放大到生活垃圾中转站产生的恶臭废气的治理上,分析了垃圾中转站恶臭废气的污染物污染特征变化规律。本实验同时利用PCR-DGGE和高通量测序技术研究了实际废气处理过程中生物过滤塔和滴滤塔中微生物结构的多样性及其演替规律。研究结果表明:(1)研究了接种具有二甲基二硫醚(DMDS)降解能力的降解菌Bacillus cereus GIGAN2后,生物滴滤塔(BTF)和生物过滤塔(BF)对气相DMDS的降解效果和特征:生物滴滤塔经过2个月的启动运行后,对DMDS的去除率(RE)、填料生物膜量和气体压降等参数基本保持稳定。PCR-DGGE分析结果表明滴滤塔经过45 d的运行,GIGAN2相对丰度逐渐增加并成为主要的菌种,细菌多样性逐渐减少,塔体细菌群落结构相似性增加。入口DMDS浓度的增加和空床停留时间(EBRT)的减小会使RE降低,相同条件下,麦饭石填料生物滴滤塔DMDS去除率高于陶粒填料。麦饭石和陶粒填料滴滤塔最大ECs分别为19.0 g m-3 h-1(RE=78.4%)和16.6g m-3 h-1(RE=56.3%)。长期运行试验发现两生物滴滤塔对DMDS的去除具有长期稳定性。生物过滤塔经30 d的启动运行,对DMDS去除率保持稳定。入口DMDS浓度的增加和空床停留时间(EBRT)的减小会使过滤塔RE降低,甘蔗渣和花生壳填料过滤塔最高ECs分别为23.9 g m-3 h-1(RE=76.1%)和20.9 g m-3 h-1(RE=68.4%)。在同等的条件下,甘蔗渣填料过滤塔对DMDS的去除效果高于花生壳填料过滤塔。(2)生物过滤-滴滤组合工艺的降解单一、混合含硫废气实验研究结果表明:组合工艺经过15 d的启动运行,对单一DMDS废气的去除率达到稳定,滴滤塔部分对DMDS的去除率稳定在65%左右,过滤塔部分对DMDS的去除率约为35%。对于DMDS废气的去除,滴滤塔和过滤塔最大的ECs分别为44.52 g m-3 h-1和33.60 g m-3 h-1。总体来看,组合工艺可实现对二甲基二硫醚、甲硫醚(DMS)和乙硫醇(EM)稳定的去除。固定DMDS浓度,逐步提高DMS的浓度,发现滴滤塔和过滤塔对DMS的最大ECs分别为19.02 g m-3 h-1和31.60g m-3 h-1。DMS浓度的增加,会抑制滴滤塔对DMDS的去除,而对过滤塔却不存在抑制作用。固定DMDS和DMS浓度,逐步增加EM入口浓度,发现滴滤塔和过滤塔对EM降解的最大ECs分别为34.72g m-3 h-1和11.95 g m-3 h-1。过高浓度的乙硫醇会稍微抑制滴滤塔DMDS的降解效果,对于过滤塔,乙硫醇浓度增大并不会抑制其DMDS降解。乙硫醇浓度的增加会大幅的减少滴滤塔DMS去除效果,然而其对过滤塔DMS的去除效果则几乎没有影响。(3)研究了生物过滤-滴滤组合工艺净化某生活垃圾中转站恶臭废气,结果表明:垃圾中转站恶臭废气中含氧类有机化合物组分最不稳定,而卤化烃类化合物、脂肪烃类化合物和芳香烃类化合物含量则相对稳定。丙酮、2-丁酮、乙酸乙烯酯和丙烯醛是主要的含氧类有机污染物。组合系统在经过30 d的驯化之后,其对总VOCs的去除率稳定在95%以上。高通量宏基因组测序技术研究不同时间点填料细菌群落结构的变化和多样性,发现随着运行时间的增加,生物反应器内细菌多样性减少。对于滴滤塔,在经过30 d的驯化后细菌群落以Bacillus cereus和Lysinibacillus sp.为主导菌种。对于过滤塔则经10 d的驯化,微生物群落以Lysobacter sp.为主要菌种。
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