不同pH值条件下生物滴滤塔降解甲苯和硫化氢混合废气的特性研究

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近年来,废气生物处理技术作为一项新型的空气污染控制技术得到日益广泛的应用。本研究在不同的pH(4.5和7.0)条件比较了生物滤塔(BTF)在启动阶段和稳定运行阶段对甲苯和硫化氢混合气体的去除能力以及微生物特性,以期为混合废气的高效生物净化提供理论和实践指导。在启动阶段,采用自制的聚氨酯小球为填料,以甲苯为唯一碳源和单一污染物,比较两套BTF系统的挂膜时间、甲苯的降解性能、填生物量和压降等的区别。发现pH值为4.5和7.0的BTF系统分别在6d和5d内完成挂膜;当EBRT=30s,甲苯进口浓度维持在400 mg/m3以上时,pH值为4.5的BTF对甲苯的去除率在90%左右,而pH值为7.0的BTF对甲苯的去除率在96%以上;经电镜扫描分析发现,pH值为4.5的BTF中优势菌以杆菌为主,而pH值为7.0的BTF中以球菌为主;利用逻辑斯蒂公式拟合BiologECO板测定的两套生物滴滤塔不同高度填料上微生物的平均吸光度(AWCD)表明,pH值为4.5和7.0的BTF内填料上部和下部的微生物,均具有较高的生物活性,较强的群落生长能力,较为丰富的微生物群落结构,对目标污染物较强的去除能力。稳定运行一个月后,在pH值为4.5和7.0的BTF系统中分别通λ20 ppm150 ppm硫化氢气体,考察了滤塔长期运行过程中的宏观运行性能,并对塔内生物的代谢活性、生物相以及生物量积累和分布规律进行监测分析,探讨硫化氢的降解对甲苯降解的影响。结果表明,EBRT为30 s时,两套系统中硫化氢对甲苯的去除率均无影响;电镜分析表明,pH值为4.5的BTF中的优势菌由杆菌转为丝状菌,而pH值为7.0的BTF中优势菌由球菌转为杆菌;pH值为4.5和7.0的BTF内填料上部和下部的微生物,均具有较高的生物活性,较强的群落生长能力,较为丰富的微生物群落结构,对目标污染物较强的去除能力;随着实验的进行,系统中的生物量都在不断的积累。其中pH为4.5的BTF中生物量略高于pH为7.0的BTF的生物量;pH为4.5的BTF的压降略高于pH为7.0的BTF的压降;pH值为4.5和7.0的BTF降解甲苯和硫化氢的过程符合Michaelis-Menten模型,其中对甲苯降解的相关系数(R2)分别为0.9842和0.9778,单位体积的最大降解速率rmax分别为132.46 g/m3·h和93.46 g/m3·h,相对应的气相饱和常数Ks分别为0.25 g/m3和0.075 g/m3;pH值为4.5和7.0的BTF对硫化氢降解的相关系数(R2)分别为0.9690和0.9717,rma 分别为60.24 g/m3·h 和 51.55 g/m3·h,ks分别为 0.06 g/m3 和 0.13 g/m3。此外,本文还分别考察了在EBRT为3010 s,甲苯进气浓度400600 mg/m3、硫化氢进气浓度140190 ppm的条件下,甲苯和硫化氢的去除负荷及去除率的变化,CO2生成负荷的变化以及长期饥饿(30 d)之后两套BTF的恢复情况。结果发现,废气的进口浓度、进口负荷、EBRT等均对两套BTF去除甲苯和硫化氢的效果有一定的影响。当BTF在EBRT=20s下运行时,两套BTF对甲苯和硫化氢的去除效果均不会发生明显变化,但可以减少运行费用。通过对CO2生成负荷的分析得出,pH值为4.5和7.0的BTF矿化率分别为70.7%和74.6%。确定中性环境对提升BTF中CO2的生成负荷有一定的促进作用。长期(30 d)饥饿状态后重新启动BTF系统,pH值为4.5的BTF第10 d对甲苯的去除率恢复到90%左右的正常水平,第6 d对硫化氢的去除率恢复到95%以上。pH值为7.0的BTF第4 d对甲苯恢复到90%左右的去除率,第7 d对硫化氢的去除率恢复到95%以上。
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