生物滴滤和过滤技术降解含硫恶臭有机废气的研究

发布时间：2017-05-20 12:19

  本文关键词：生物滴滤和过滤技术降解含硫恶臭有机废气的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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。
【关键词】：生物滴滤塔 生物过滤塔 组合工艺 垃圾中转站 含硫恶臭污染物
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-15
• 第一章 引言15-35
• 第一节 恶臭污染物概述15-20
• 一、恶臭污染物的污染现状15-16
• 二、恶臭污染的特点及危害16-17
• 三、典型含硫恶臭污染物17-19
• 四、含硫恶臭污染物的特点及危害19-20
• 第二节 恶臭含硫污染物的生物控制方法20-25
• 一、恶臭含硫污染物的控制方法20-22
• 二、生物洗涤塔（Bioscrubber）22
• 三、生物过滤塔 （Biofilter）22-23
• 四、生物滴滤塔（Biotrickling filter）23-24
• 五、联合工艺24-25
• 第三节 生物法处理的主要影响因素25-29
• 一、塔体填料的影响25-26
• 二、降解微生物的影响26-27
• 三、底物性质及浓度的影响27-28
• 四、操作参数的影响28-29
• 第四节 填料上微生物研究技术29-32
• 一、生物标记物法（Biomarker）在微生物群落结构分析中的应用30
• 二、群落水平生理学指纹方法(CLPP)在微生物群落结构分析中的应用30-31
• 三、现代分子生物学方法在微生物群落结构分析中的应用31-32
• 第五节 恶臭污染物的微生物降解机理32
• 第六节 本论文研究意义及研究内容32-35
• 一、课题研究意义32-33
• 二、本论文研究内容33-35
• 第二章 生物滴滤塔和过滤塔降解气相二甲基二硫醚研究35-59
• 第一节 前言35-36
• 第二节 材料与方法36-40
• 一、降解菌种、塔体填料及实验材料36-37
• 二、实验装置37-38
• 三、微生物降解条件38
• 四、实验仪器及分析方法38-39
• 五、微生物多样性分析39-40
• 第三节 生物滴滤塔降解DMDS结果与讨论40-52
• 一、生物滴滤塔的启动40-43
• 二、底物浓度对生物滴滤塔降解DMDS效果的影响43-45
• 三、空床停留时间对生物滴滤塔降解DMDS效果的影响45-47
• 四、生物滴滤塔长期稳定运行研究47-50
• 五、生物滴滤塔塔体填料微生物群落结构演替50-52
• 第四节 生物过滤塔降解DMDS结果与讨论52-58
• 一、生物过滤塔的启动52-53
• 二、底物浓度对生物过滤塔降解DMDS效果的影响53-56
• 三、空床停留时间对生物过滤塔降解DMDS效果的影响56-58
• 第五节 本章小结58-59
• 第三章 生物滴滤-过滤组合工艺降解单一、混合含硫废气59-85
• 第一节 前言59-60
• 第二节 材料与方法60-61
• 一、实验试剂及生物反应器60
• 二、实验分析方法60
• 三、实验方法及步骤60-61
• 第三节 结果与讨论61-83
• 一、生物滴滤-过滤组合工艺二甲基二硫醚的启动61-63
• 二、生物滴滤-过滤组合工艺降解单一底物二甲基二硫醚63-68
• 三、生物滴滤-过滤组合工艺降解二甲基二硫醚、甲硫醚双组份底物68-75
• 四、生物滴滤-过滤组合工艺降解二甲基二硫醚、甲硫醚、乙硫醇三组份底物75-83
• 第四节 本章小结83-85
• 第四章 生物过滤-滴滤组合工艺处理垃圾中转站恶臭废气的中试研究85-105
• 第一节 前言85-86
• 第二节 中试装置与方法86-89
• 一、中试生物过滤-滴滤组合工艺净化装置86-87
• 二、降解菌种和塔体填料87-88
• 三、操作流程与原理88
• 四、分析方法88-89
• 第三节 结果与讨论89-104
• 一、垃圾中转站恶臭污染物污染组份分析89-95
• 二、生物过滤-滴滤组合工艺除臭效果95-98
• 三、联用设备运行过程中微生物量和循环液PH值变化98-100
• 四、联用设备微生物多样性及群落结构变化分析100-104
• 第四节 本章小结104-105
• 第五章 全文总结及创新之处105-109
• 第一节 主要结论105-107
• 第二节 主要创新之处107-108
• 第三节 不足之处及研究展望108-109
• 一、论文不足之处108
• 二、研究展望108-109
• 参考文献109-119
• 附录A119-121
• 附录B121-123
• 附录C123-125
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果125

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本文编号：381610