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(diǎn)課題。生物濾器是近年來受到廣泛關(guān)注的惡臭處理新技術(shù)，具有經(jīng)濟(jì)高效、無二次污染和運(yùn)行管理方便等特點(diǎn)，并在實(shí)際應(yīng)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(xué)、運(yùn)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(jìn)生物濾器的研究發(fā)展及其在惡臭污染控制中的應(yīng)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(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，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(zhuǎn)化機(jī)制，揭示了生物濾器中微生物種群多樣性及群落結(jié)構(gòu)的演替，闡明了生物濾器性能與微生物種群結(jié)構(gòu)多樣性之間的相互關(guān)系，提出生物濾器微生態(tài)調(diào)控策略，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了一種新型的生物滴濾器復(fù)合填料，并確定了最佳工藝參數(shù)，旨在為新型高效生物濾器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程微生態(tài)調(diào)控提供理論依據(jù)。 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(jié)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(dá)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(zhì)和代謝產(chǎn)物時(shí)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(zhuǎn)化機(jī)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(chǎn)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(yùn)用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)結(jié)合分子克隆技術(shù)對以上兩種填料除三甲胺生物過濾器微生物生態(tài)進(jìn)行研究。結(jié)果表明，兩生物過濾器種群結(jié)構(gòu)演替規(guī)律不同，微生物群落組成、數(shù)量和豐度存在明顯的時(shí)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(guān)的微生物菌群。試驗(yàn)結(jié)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(diào)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?yàn)樘盍系纳锏螢V器(BTFP和BTFM)處理正丁酸惡臭氣體試驗(yàn)

6、，比較了有機(jī)填料生物過濾器和無機(jī)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(jié)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(xué)分析和雷達(dá)圖綜合評價(jià)結(jié)果表明，各種生物濾器運(yùn)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(shí)際應(yīng)用中需要適當(dāng)控制生物滴濾器無機(jī)填料生物膜的厚度，以避免生物質(zhì)過度生長堵塞填料層而降低反應(yīng)器的運(yùn)行效率。研究結(jié)果為惡臭氣體合適處理工藝的選擇提供一些

7、理論依據(jù)。 在此基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)平板培養(yǎng)法和PCR-DGGE技術(shù)，從微生物的種類、數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)三方面考察除正丁酸生物濾器的微生物生態(tài)。從運(yùn)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(kuò)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(shù)據(jù)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(xì)菌、真菌和放線菌)的計(jì)數(shù)結(jié)果顯示，正丁酸對放線菌的生長有較強(qiáng)的抑制作用，細(xì)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(jié)果表明，不同填料生物濾器的微生物多樣

9、性和群落結(jié)構(gòu)演替規(guī)律各不相同，高微生物多樣性是生物濾器高效運(yùn)行的必要條件。 維持生物滴濾器高效運(yùn)行的關(guān)鍵在于開發(fā)新型填料。研發(fā)了一種新型復(fù)合生物滴濾器填料。以高濃度氨氣為研究對象，考察該復(fù)合填料生物滴濾器的除臭效能、最適工藝運(yùn)行條件及其影響因素。試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合填料生物滴濾器對氨的去除率可達(dá)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(xué)分析表明，復(fù)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(shù)Ks為98.9 mg m<'-3>。實(shí)驗(yàn)確定最佳氣體停留時(shí)間為45 s：當(dāng)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(shí)，對應(yīng)的最適噴淋量為50 mL minm<'-1>、75 mL minm<'-1>和100 mL minm<'-1>。