生物滴滤池净化VOCs的试验研究及微生物群落分析

发布时间：2020-07-13 23:26

【摘要】：苯和甲醛是VOCs中两种重要的有机污染物,它们分布广泛,对人类健康和生态环境造成严重威胁。近年来,在苯和甲醛治理技术中,生物滴滤法因具有孔隙率高、反应条件便于控制、抗冲击负荷、阻力较小等优点,已逐渐成为研究的热点。生物滴滤池处理苯和甲醛的关键因素取决于微生物,对苯降解菌和甲醛降解菌进行深入、细致的研究可以为生物滴滤池净化有机废气的发展和实际应用提供理论基础。课题以苯和甲醛作为目标污染物,分别研究了苯、甲醛以及苯和甲醛的混合气体在不同的工艺参数条件下的去除效果,分析了苯与甲醛的相互影响,并分别对“吸附—生物膜”和“吸收—生物膜”模型的适用性进行了验证。通过宏基因组测序,研究了在处理苯、甲醛以及苯和甲醛混合气三个不同阶段中,生物滴滤池内微生物的群落结构。(1)以配制含苯废气为气源,研究了进气浓度、EBRT和液气比对生物滴滤池处理含苯废气效果的影响。苯的去除率随进气浓度的增加先增后减,而生化去除量表现出先增大后趋于平缓,进气浓度为81.9 mg/m~3时去除率最大为82.4%;苯的去除率随着EBRT的增加先升后降,EBRT为60 s时去除率最大,在浓度为80 mg/m~3时,去除率最大为80.3%。生化去除量随EBRT上升而减少,在EBRT为30 s,浓度为110 mg/m~3时,生化去除量最大,为5.85 mg/(m~3·h);随着液气比的增加去除率和生化去除量先增大后逐渐稳定,在液气比为4:1时,苯的去除率和生化去除量均达到了最大,浓度为50 mg/m~3时,对应的去除率和生化去除量分别为72.3%、2.69 mg/(m~3·h);浓度为80 mg/m~3时,对应的去除率和生化去除量分别为82.4%、4.01 mg/(m~3·h)。气体停留时间60 s、液气比4:1为净化的最佳参数。(2)以配制含甲醛废气为气源,研究了进气浓度、EBRT和液气比对生物滴滤池处理含甲醛废气的处理效果的影响。进气浓度的增加,系统对甲醛的去除率一直维持在99.5%左右,而生化去除量呈线性增加,最高为7.63 mg/(m~3·h);甲醛去除率和生化去除量随着EBRT的增加先上升后缓慢下降,当EBRT为60 s时,去除率为最大,EBRT逐渐增加时,110 mg/m~3浓度下生化去除量由12.93 mg/(m~3·h)下降至4.11 mg/(m~3·h);液气比的升高,甲醛生化去除量没有明显变化。综合考虑,EBRT和液气比分别为60 s、4:1,是净化的最佳参数。(3)以配制含苯和甲醛混合废气为气源,研究了进气浓度、EBRT和液气比对生物滴滤池处理含苯和甲醛混合废气的处理效果的影响。同时与单一废气做对比,在甲醛存在条件下,改变进气浓度,苯的去除率和生化去除量分别下降了9.1%、1.47 mg/(m~3·h);改变EBRT,在EBRT为60 s时,浓度为50 mg/m~3最大去除率67.6%,下降了4.7%;生化去除率一直降低;液气比为4:1时,苯取得最大去除率和生化去除量,在浓度为80 mg/m~3时,其去除率和生化去除量分别下降了6.3%、0.29 mg/(m~3·h)。而对于甲醛来说,两种进气方式对其去除效果影响不明显。结果表明,在苯和甲醛共存条件下,甲醛对苯的去除效果由竞争抑制作用,而苯对甲醛没有影响。(4)根据“吸收—生物膜”和“吸附—生物膜”模型理论,从苯(甲醛)的出气浓度、苯(甲醛)去除率以及苯(甲醛)生化去除量的实验值与模拟计算值对比验证,可知甲醛与“吸收—生物膜”模型理论上验证结果的相关性较好,相关系数分别为:0.995、0.891、0.994,苯与“吸附—生物膜”模型理论上验证结果的相关性较好,相关系数分别为:0.994、0.929、0.991。结果表明:“吸收—生物膜”的模型理论适用于易溶于水的甲醛有机废气,“吸附—生物膜”更适用于疏水性苯有机废气。(5)由竹炭填料上微生物SEM照片显示,生物滴滤池的中段微生物数量明显大于上层微生物数量,通过高通量的测序结果表明:在门的分类水平上苯、甲醛以及苯和甲醛混合气降解菌的优势菌门均为Proteobacteria(变形菌门),在属的分类水平上,甲醛降解菌的优势菌属为Methylibium、Gp4等,而苯的优势菌属Pseudomonas、Reyranella、Ohtaekwangia等。
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701
【图文】：

粒径分布,生物滤池

OCs 的装置根据微生物存在方式和营养液的添加方式、生物洗涤法以及生物滴滤法。 VOCs 废气处理中最早研究、应用最为广泛的一种的工艺流程[53]为如图 1-1 所示，VOCs 有机废气从底滤池，在上升过程中与填料上微生物接触反应后，被气最后生成的物质不同：（1）废气中的一般的有机物 CO2等无机物；（2）废气中的有机氮先变成氨气后物先转化成硫化氢，然后变成硫酸盐；最后净化后的非常简便灵活，而且成本低廉，适于处理大部分的亲究以城市污水处理工艺逸散的含低浓度硫化氢、氨和海绵为填料的小试规模生物滤池, 研究生物滤池气体处理效率和出气微生物气溶胶粒径分布特性的影响。0 s 时，硫化氢和氨的去除率随着气体停留时间的增加 91.7%增加至 97.3%和 99%；

生物滴滤池净化VOCs的试验研究及微生物群落分析

生物洗涤池Fig.1-2Biologicalsink

生物滴滤池

图 1-3 生物滴滤池Fig.1-3 Biological trickling filter滤池法对 VOCs 进行净化处理，在国外已得芬[57]等以甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二不同填料、不同停留时间、不同进气浓度对建一个以陶瓷球为载体的 3 层生物滤池处池中的细菌结构进行分析，得出结论：该生变形菌门是生物滴滤池中最优势菌群体，其它的受到的阻力比较小，孔隙率高，反应条的青睐。OCs 的基础理论研究过程实质上是利用微生物的生命活动将废气O2）以及细胞质等的过程。例如甲醛在好氧，而苯则经过微生物作用后生成儿茶酚、已环，这个降解过程中没有产生二次污染[72]。

【参考文献】