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有机恶臭污染是一个臭名卓著的环境问题,严重影响空气的质量。生物滴滤技术在废气净化方面具有许多传统物理-化学方法所没有的优点。本研究分别从降解含硫恶臭污染物优势菌种的筛选,降解单一含硫底物和多种含硫底物共降解的可行性出发,探讨了各种因素对生物滴滤塔降解性能的影响,并对处理含氮恶臭污染物的净化效率与滴滤塔内生物多样性的相关性进行了初步分析。最后将生物和光催化联用技术应用于垃圾压缩中转站实际恶臭废气的中试净化处理研究。研究结果表明:
(1)从市政污水处理厂活性污泥中分离得到一株对乙硫醇(EtSH)具有较强降解能力的菌种,命名为RG-1。经生理生化性质鉴定和菌种的16S rRNA序列分析,菌种RG-1属于梭形杆菌属。降解液相中EtSH的最佳实验条件为温度30℃,pH7.0,初始浓度为4.0 mg/L,经96 h降解后,去除率高达96.1%。
(2)接种RG-1和商业混合菌种(B350)的生物滴滤塔均具有很好的净化含EtSH气体的能力。在气体停留时间(EBRT)分别为332、166、110、83和66 s时,对菌种RG-1,最佳的可降解初始浓度分别为1.53、1.27、1.05、0.60和0.42 mg/L;对B350最佳的可降解初始浓度分别为1.53、1.00、0.64、0.40和0.42 mg/L。压降变化结果表明,对接种菌种RG-1和B350的生物滴滤塔而言,气体压降在不同流速下与运行时间之间分别存在如下关系:y=5.31x-55.62和y=4.19x-28.28。pH和硫酸根检测结果说明降解过程生成的硫酸根是EtSH中硫元素降解的主要终产物。
(3)分别接种RG-1和B350的生物滴滤塔经EtSH长期驯化后,具有降解其它含硫恶臭有机物,如二甲基二硫醚(DMDS)、苯甲硫醚(MPS)、EtSH/DMDS二元混合物以及EtSH/DMDS/MPS三元混合物的能力。在EBRT为110 s下,菌种RG-1和B350对DMDS的最佳可降解浓度分别为0.81和0.41 mg/L;降解MPS的最佳可降解浓度分别为0.33和0.23 mg/L。在EBRT为110 s下,RG-1和B350对EtSH/DMDS的最佳可降解混合比例分别为1:1和3:2,而对EtSH/DMDS/MPS的最佳可降解浓度比例为3:2:1。
(4)动力学参数分析表明,对接种RG-1的生物滴滤塔,EtSH、DMDS和MPS的底物最大生物去除率(Vmax)值分别为56.18、57.14和22.78 g/m3/h,远大于接种B350的生物滴滤塔的Vmax值31.55、28.74和13.89g/m3/h。生物滴滤塔可以长期稳定运行,并且停用恢复试验表明,经过2-8天的再次运行可以达到停用前的良好状态水平。
(5)接种B350的生物滴滤塔除了可以降解含硫恶臭有机废气之外,还可以有效地净化含有三甲胺或者苯胺的含氮恶臭有机气体。对三甲胺而言,最佳的降解工艺条件为EBRT83 s,初始浓度为0.31 mg/L,此时的容积去除负荷(EC)为13.23 g/m3/h(RE=97.9%);对苯胺而言,最佳的降解工艺条件为EBRT110 s,初始浓度为0.21 mg/L,此时的EC为6.76 g/m3/h(RE=100%)。降解过程中碳元素终产物CO2的生成量(PCO2)与EC之间存在如下的关系:三甲胺:PCPO2=1.19EC;苯胺:PCO2=1.77EC。在反应器的稳定过程运行中,运用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分别对降解三甲胺和苯胺生物滴滤塔中填料表面负载微生物种群多样性进行了初步研究,研究结果表明:两个反应器内微生物种群之间存在着一定的差异,物种之间的最大相似度为50%。
(6)采用生物洗涤塔、生物滴滤塔和光催化联合工艺,对垃圾转运站垃圾压缩过程中排放的苯系物、萜烯、氯烷烃以及少量含硫和含氮恶臭有机废气可以进行有效去除,平均去除率在95%以上。