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恶臭污染是一种日益引起全球重视的大气污染公害。恶臭污染物质大都为挥发性有机物。其中,芳香烃类及挥发性有机硫化合物不仅嗅阈值低,还有毒性和潜在的致癌性,严重危害人体健康。生物法处理有机恶臭气体是一种新兴脱臭技术,具有净化效率高,操作简单,运行成本低,无二次污染等优点,成为近年来除臭技术发展的重要方向。
本文分别选取了芳香烃类、挥发性有机硫化合物中的苯乙烯、甲硫醚两种典型的有机恶臭污染物作为研究对象,采用生物滴滤塔进行脱臭处理,考察了生物脱臭工艺有效运行的影响因素,确定了适宜操作条件,研究了生物滴滤塔长期连续运行及闲置后重启的去除效率变化情况。采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)手段对填料表面的生物膜进行分子生物学研究,揭示了生物滴滤塔内微生物群落结构、目标菌群的微生物密度、微生物的种类与分布情况。为恶臭气体处理工艺实际运行提供理论依据。
采用生物滴滤塔处理苯乙烯恶臭废气,在连续运行188天期间考察去除效率的实验结果显示,在运行启动的初期(2周左右),去除效率较低,为60%。经过一段时间的适应期后,微生物对苯乙烯的去除效率逐渐增加,当进气浓度在10~50mg/m3范围内,基本可达到80%以上。但闲置21天后重启,去除效果明显下降,当进气浓度大于20 mg/m3,去除效率约为50%。生物滴滤塔处理苯乙烯废气的最大去除负荷约为7.8g/(m3h)。适宜操作条件为:进气浓度为50 mg/m3;停留时间为29秒;pH值为7.5;喷淋量为100mL/min。生物滴滤塔运行过程中的压降在初期为12mmH2O,随着运行时间延长,逐渐上升为22 mmH2O并趋于稳定,表明塔内微生物在经历了一个迅速生长的繁殖期后,活性菌落在数量上达到了稳定。
用生物滴滤塔处理甲硫醚恶臭废气,在初期几乎没有去除效果,调节进气浓度在15 mg/m3,经过几天的适应期后,去除效率可达到100%。继续提高进气浓度,在40~60 mg/m3范围内,去除效率在80%以上。当容积负荷为25.27g/(m3h)时,生物塔对甲硫醚的去除负荷最大,为13.94g/(m3h)。适宜操作条件为:进气浓度为20 mg/m3停留时间为36秒;pH值为6.0;喷淋量为100mL/min。
采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术研究处理苯乙烯、甲硫醚废气的生物滴滤塔填料表面的微生物。结果表明,两滴滤塔稳定运行期间的微生物群落结构有明显不同。去除苯乙烯生物塔中有五种菌种在数量上占主要地位,推测其为降解苯乙烯的有效菌种,通过16SrDNA基因扩增测序同源性比对,其中相对数量最大的三种菌分别为Methylophilus sp.(嗜甲基菌)、alphaproteobacterium、delta proteobacterium。去除甲硫醚生物塔中,相对数量最大的两种菌共占83.4%,分别为Rhodobacteraceae bacterium、Bacillus sp.(芽孢杆菌属),猜测其为降解甲硫醚的主要有效菌种。生物滴滤塔填料表面的微生物扫描电镜照片显示,去除苯乙烯的微生物中含有大量的球菌,生物相较丰富,丰度很高;去除甲硫醚的微生物中发现有管状的杆菌,周围包裹着许多可能为微生物分泌的絮状物。这些微生物对于恶臭废气的有效去除有着重要作用。