生物滤塔处理恶臭气体及微生物学机理

发布时间：2020-03-19 23:00

【摘要】：在对市政污水泵站恶臭进行了初步调研的基础上，本研究选取了引起城市排水设施恶臭的主要污染物H_2S、NH_3和三甲胺作为研究对象，采用生物滤塔进行了脱臭的研究，探讨了生物脱臭的机理以及影响生物滤塔工艺运行的因素。在恶臭处理的微生物研究方面，结合分子生物学的技术方法研究了处理氨的生物滤塔中的微生物多样性，了解生物滤塔中微生物的种类及微生物生态。通过传统的筛选分离的方法，得到了两株三甲胺的高效降解菌。选用泥炭生物滤塔处理含低浓度H_2S的恶臭气体，结果表明，泥炭生物滤塔能有效处理浓度低于＜70 mg／m~3的H_2S气体，气体停留时间大于25 sec，去除效率可达99％以上，且该生物滤塔具有较强的抗冲击负荷。但实验发现，由于填料泥炭的颗粒分布不均匀、容积密度低、易压缩，会导致塔内压降增大，从而在实际工程应用中会导致运行费用的增大。选用活性污泥堆肥作为填料处理低浓度H_2S和NH_3的混合气体，结果表明，堆肥生物滤塔可以有效处理含低浓度H_2S的恶臭气体，去除效率可达99％以上，氨的存在对H_2S的去除基本没有影响，但该生物滤塔系统对氨的处理效率一直较低。通过对生物降解产物的分析表明，运行过程中进入生物滤塔的氨绝大部分是通过物理化学的作用(吸附、吸收以及中和作用)去除的，真正通过微生物硝化作用去除的氨较少。针对含NH_3的恶臭气体处理，选用了猪粪制成的堆肥和污泥颗粒作为填料，研究了生物滤塔长期运行处理氨的效果，考察了自养型氨氧化菌的生态及其种类随运行时间的变化情况，以及在非稳态条件下生物滤塔处理氨的能力。研究表明，在反应器运行的210天内，两种填料用于处理含氨气体的效果较好。污泥生物滤塔的启动时间需要1个月左右，当两反应器运行达到稳态后，对浓度低于110mg／m~3的氨，表现出较高的去除能力，但当氨的浓度继续升高时，两生物滤塔对氨的去除效率开始下降，当进气浓度大于190 mg／m~3时，去除效率降到了50％左右。长期运行以及高负荷条件下，两生物滤塔均出现了失活现象，这可能与填料结构性质发生改变有关，，产物积累是填料性质改变的因素之一，即由于产物积累造成盐浓度过高，引起渗透压效应抑制了硝化细菌的活性。通过对接种的生物滤塔内自养型氨氧化菌的DGGE分析，发现堆肥原样中本身就存在有氨氧化菌，在堆肥生物滤塔的运行过程中氨氧化菌以亚硝化螺菌属的从介刀sosPira mult晌rmis为主;而污泥生物滤塔开始运行时氨氧化菌数量较少，当驯化完成后反应器达到稳态，氨氧化菌增多并以亚硝化单胞菌属的Ni枷口monas eutrl，ha为主，同时可以看出两生物滤塔中的模式菌种并不完全相同。非稳态条件下生物滤塔处理低浓度含氨气体的结果表明，生物滤塔能很快适应进气浓度以及气体流量的突然改变，进气负荷的波动对生物滤塔的影响不大; 在经历一段时间的闲置后重新启动生物滤塔，两生物滤塔对氨的去除能力均能在较短时间内得以恢复，所需要的时间从几个小时到一天不等，一般被闲置的时间越长，恢复处理能力所需的时间越长;生物滤塔空负荷运行一段时间后再重新启动，其恢复对氨的去除能力所需要的时间比完全停止运行后再启动需要的时间短;高容积负荷会导致生物滤塔去除效率的显著下降，主要是因为高浓度的氨对生物滤塔中的微生物有毒害作用，微生物的活性恢复需要较长的时间;填料的含水率对生物滤塔的正常运行非常重要，一旦填料出现干化，去除效率会急剧下降. 常见的三甲胺降解微生物属包括尸毋口印cc。，Me负泌叨hil公，Pseudom口。，场，homicrobium等。本研究从两种不同的生境，以三甲胺为碳源富集，分离和纯化得到的2株三甲胺降解菌株均属于副球菌属(paracocco sP.)。分离菌株既可以在好氧条件下降解三甲胺，也可以在厌氧条件下利用三甲胺作为唯一碳源生长。菌株在生理生化水平和165 rDNA序列同源性上差异较小，均接近于 Paraeoeeus amsnovorans，与Paraeoccus aminovorans的165 rDNA序列相似性均为98.8%。生物滤塔处理恶臭气体三甲胺的结果表明，堆肥生物滤塔和污泥生物滤塔可以有效处理含三甲胺的恶臭气体，对三甲胺的处理效率达到了100%。在实验过程中，堆肥不仅可以有效处理三甲胺，还可以完全处理其代谢产物氨;而污泥仅能处理三甲胺，不具有进一步降解氨的能力。填料中代谢产物分布与填料中微生物分布以及发生的生物化学反应密切相关，堆肥生物滤塔中出现了典型的顺序反应现象，即生物滤塔的第一段主要进行三甲胺的降解，第二段主要是进行氨的硝化反应。
【图文】：

生物滤塔,生物滴滤塔

填充塔生物脱臭法封闭式就是通常所说的填充塔式生物处理系统，该装置加强了对脱臭过程的控制能力。生物滤塔和生物滴滤塔的构造如图1一2所示。图1一2生物滤塔(A)和生物滴滤塔(B)Fig.1一2Closedaeratedbio川ter(WEFIASCE，199匀生物滤塔的载体通常采用泥炭、堆肥、木屑、灌木等有机物。润湿的恶臭气体进入塔内，通过约0.5一lm厚的生物活性填料层，恶臭物质被微生物捕获，并氧化分解转化成无臭的化合物。生物滤塔喷淋水量较少，因此适用于处理气一水分配系数大至10的化合物，而且塔内有机填料物质的非极性部分可以促进非极性物质的吸附和后续的生物降解。生物滤塔的缺点是反应器体积大，由于无循环水相，反应器运行条件较难控制，长期运行填料会

原理图,原理,生物降解,生物滤塔

No3一和50矛一等降解产物或合成新的细胞物质，从而达到恶臭净化的目的。恶臭物质的生物降解是该过程的限速阶段，可见微生物处于生物脱臭的核心地位。生物滤塔去除污染物的基本原理见图1一3。气态污染物在生物滤塔中的去除是不同的物理化学作用和生物作用的复杂结合。污染物的吸附作用是通过向生物膜内的扩散或者在固体颗粒表面发生直接的气一固接触来实现的。污染物与氧气在气相中靠强制对流传输，传质发生在相界面，并达到界面平衡，如果填料颗粒很小，气相传质阻力可以被忽略。在生物膜内，污染物的扩散和生物降解同时发生，微生物的存在会导致氧气扩散受阻。生物膜内发生生物降解作用时，会产生代谢产物，代谢产物也同时会发生扩散/生物降解/吸附等过程。酸性代谢产物会被石灰或其它pH缓冲物质所中和。氧化过程产生的COZ会反向扩散并转移至气相中，其中一部分会以碳酸盐的形式累积。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：X701

【引证文献】