生物濾器處理惡臭氣體及其微生物生態(tài)研究.pdf

1、惡臭污染為世界七大環(huán)境公害之一，尋求合理的治理途徑和控制方案已成為世界各國亟待解決的熱點課題。生物濾器是近年來受到廣泛關注的惡臭處理新技術，具有經濟高效、無二次污染和運行管理方便等特點，并在實際應用中取得了較好的處理效果。然而，目前生物濾器在諸如微生物生態(tài)學、運行過程控制和新型高效填料研發(fā)等方面的系統(tǒng)研究尚不夠完善。為促進生物濾器的研究發(fā)展及其在惡臭污染控制中的應用，本論文針對目前生物濾器存在的若干不足，選取三甲胺(TMA)、正丁酸和氨

2、等低閾值惡臭氣體為處理對象，通過實驗室模擬試驗，對比了不同生物濾器的除臭效能，探討了惡臭污染物在生物濾器中的生物轉化機制，揭示了生物濾器中微生物種群多樣性及群落結構的演替，闡明了生物濾器性能與微生物種群結構多樣性之間的相互關系，提出生物濾器微生態(tài)調控策略，在此基礎上研發(fā)了一種新型的生物滴濾器復合填料，并確定了最佳工藝參數，旨在為新型高效生物濾器的設計和運行過程微生態(tài)調控提供理論依據。 分別選用堆肥和污泥為填料，通過自制三段式生物

3、過濾器處理三甲胺惡臭氣體。結果表明，兩種填料生物過濾器均能有效去除三甲胺惡臭氣體，處理效率可達100％。堆肥填料生物過濾器第一段去除效率較高，在80％以上，而污泥填料生物過濾器僅為60％左右。兩種填料生物過濾器第一段三甲胺最大去除容量分別為9.31 g TMA m<'-3> h<'-1>和9.13 g TMA m<'-3> h<'-1>。填料性質和代謝產物時空變化特征分析表明，三甲胺在兩種生物過濾器中的生物轉化機制存在較大差異，堆肥填料

4、生物過濾器具有有效去除三甲胺及其代謝產物氨的能力，第二段填料中的氮素主要以硝態(tài)氮形式累積；而污泥填料生物過濾器只具備三甲胺生物降解和氨吸附功能，缺乏氨生物降解能力。 運用聚合酶鏈式反應．變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)結合分子克隆技術對以上兩種填料除三甲胺生物過濾器微生物生態(tài)進行研究。結果表明，兩生物過濾器種群結構演替規(guī)律不同，微生物群落組成、數量和豐度存在明顯的時空特征。堆肥填料中除大量三甲胺降解菌外，還有氨氧化菌(Nit

5、rosospira multiformis)存在，堆肥填料生物過濾器因此具有生物降解氨的能力。相反，在污泥填料生物過濾器中未能檢測到與氨氧化菌相關的微生物菌群。試驗結果表明，氨氧化菌是對除三甲胺生物過濾器性能有重要影響的限制性生態(tài)因子，提出向污泥填料中添加氨氧化菌等生物濾器微生態(tài)優(yōu)化調控策略。 通過以堆肥和污泥為填料的生物過濾器(BFC和BFS)與以鮑爾環(huán)和多面空心球為填料的生物滴濾器(BTFP和BTFM)處理正丁酸惡臭氣體試驗

6、，比較了有機填料生物過濾器和無機填料生物滴濾器對正丁酸的去除能力。滲濾液成分和C02氣體分析結果表明，各種生物濾器對正丁酸的去除作用主要是通過生物降解。動力學分析和雷達圖綜合評價結果表明，各種生物濾器運行性能為BTFM>BTFP>BFC>BFS。生物滴濾器的壓降均高于生物過濾器。因此，在實際應用中需要適當控制生物滴濾器無機填料生物膜的厚度，以避免生物質過度生長堵塞填料層而降低反應器的運行效率。研究結果為惡臭氣體合適處理工藝的選擇提供一些

7、理論依據。 在此基礎上，結合傳統(tǒng)平板培養(yǎng)法和PCR-DGGE技術，從微生物的種類、數量和種群結構三方面考察除正丁酸生物濾器的微生物生態(tài)。從運行效果良好的除正丁酸生物濾器中分離得到5株優(yōu)勢正丁酸降解菌，并首次在生物濾器中分離得到蠟狀芽孢桿菌。菌落形態(tài)、生理生化及16S rDNA基因擴增測序同源性比對分析表明，5株正丁酸降解菌分別屬于蠟狀芽孢桿菌(Bacillus cereus)，假單胞菌屬(Pseudomonas sp．)、腸桿菌

8、屬(Enterobacter sp．)和腔隙莫拉氏菌(Moraxellalacunata)，GenBank數據庫中登錄號分別為EF514401、EF514402、EF514898、EF514900和EF514899。除正丁酸生物濾器中三大類群微生物(細菌、真菌和放線菌)的計數結果顯示，正丁酸對放線菌的生長有較強的抑制作用，細菌和真菌在生物濾器處理正丁酸過程中起著主要作用。PCR-DGGE分子指紋圖譜結果表明，不同填料生物濾器的微生物多樣

9、性和群落結構演替規(guī)律各不相同，高微生物多樣性是生物濾器高效運行的必要條件。 維持生物滴濾器高效運行的關鍵在于開發(fā)新型填料。研發(fā)了一種新型復合生物滴濾器填料。以高濃度氨氣為研究對象，考察該復合填料生物滴濾器的除臭效能、最適工藝運行條件及其影響因素。試驗結果表明，復合填料生物滴濾器對氨的去除率可達100％，完全去除容量為42.3 g NH<,3>m<'-3>h<'-1>，最大去除容量為90.5 gNH<,3> m<'-3>h<'-1

10、>。動力學分析表明，復合填料生物滴濾器最大表觀去除速率V<,m>為1000g NH<,3> m<'-3>d<'-1>，表觀半飽和常數Ks為98.9 mg m<'-3>。實驗確定最佳氣體停留時間為45 s：當入口氨濃度分別為0-100 mg m<'-3>、100-150 mg m<'-3>和150 mg m<'-3>以上時，對應的最適噴淋量為50 mL minm<'-1>、75 mL minm<'-1>和100 mL minm<'-1>。