生物过滤法去除气态甲苯和乙酸乙酯的工艺和菌系状态的研究

【摘要】： 生物过滤法处理有机废气具有工艺设备简单、安全性好、管理维护方便、反应条件温和、能耗低、投资及运行费用低、对污染物去除率较高、无二次污染等优点，尤其适于处理大流量、低浓度、生物降解性好的有机废气。 本研究采用以堆肥—珍珠岩(或火山灰)为填料的生物过滤器处理含甲苯和乙酸乙酯的气体。通过半连续和连续运行的方式，考察了气态污染物的不同浓度、不同空床停留时间以及不同操作条件下(温度、湿度、营养)的甲苯和乙酸乙酯去除效果和填料的变化及菌系状态；分离了甲苯和乙酸乙酯生物过滤填料中部分单纯菌株，并分别测定其降解性能；考察了甲苯、乙酸乙酯和异丙醇混合气体污染物的生物过滤效果；从微生物学和酶学角度初步探讨多组分气体有机污染物在生物过滤过程中的抑制机理。主要研究结果为： (1)填料中的微生物对气态有机污染物的耐受性和降解活性经驯化而得以提高。在相同的进气负荷下，乙酸乙酯的驯化时间非常短，甲苯的驯化时间较长。微生物降解活性是生物过滤去除气相有机污染物的限制因素，并在生物过滤器长期运行中起主要作用。 生物过滤器对负荷为400mg·m~(-3)·h~(-1)的乙酸乙酯进行长期生物过滤的去除能力基本稳定在300mg·m~(-3)·h~(-1)以上；对负荷为57～100mg·m~(-3)·h~(-1)的甲苯进行长期生物过滤的去除能力基本稳定在约20mg·m~(-3)·h~(-1)。 (2)在长期连续运行过程中，因填料水分损失和营养消耗，生物过滤器对污染物的去除率和去除能力下降。生物过滤器在连续运行处理气态污染物约130天时，对气态甲苯和乙酸乙酯的去除率下降50％。向生物过滤器填料补水和营养液，生物过滤效能得以提高且表现出促进作用的滞后性。 (3)对去除甲苯，填料的适宜起始湿度为60％。自然状态填料的营养水平基本能满足甲苯生物过滤的要求，给填料适量补加营养可使生物过滤系统较快地高效去除甲苯。 对去除乙酸乙酯，填料的适宜起始湿度为40％～60％，并可快速高效去除。自然状态填料的营养水平可满足快速高效去除高负荷乙酸乙酯之需求，过多的营养对快速高效去除乙酸乙酯有一定抑制作用。 大连理工大学博土学位论文 闪生物过滤器对甲苯和乙酸乙酯行使主要降解作用的微生物菌群为嗜温型。去除 气相甲苯的适宜温度范围在 25～40℃。在温度超过 40 C时，对乙酸乙酯的去除率有下 降的趋势。 （5在甲苯和乙酸乙酯共存的条件下，生物过滤器优先去除乙酸乙酯；当进气中同‘ 时存在甲苯、乙酸乙酯和异丙醇时，生物过滤器优先去除乙酸乙酯和异丙醇。高负荷的 乙酸乙酯和异丙醇会明显抑制主物过滤器对甲苯去除；高负荷的异丙醇会明显抑制生物 过滤器对乙酸乙酯去除。 液相间歇培养的结果揭示了这种生物过滤组分间相互抑制的部分机理。液相培养结 ＋ 果表明，在甲苯和乙酸乙酯共存时，混合菌群优先利用乙酸乙酯；乙酸乙酯氧化降解生 成和积累的乙酸会引起生物过滤器填料pH下降，从而影响混合菌群的苯甲酸双加氧酶 合成量以及苯甲酸双加氧酶的活性；乙酸乙酯对酶活力有抑制作用。这些因素综合作用 的结果使乙酸乙酯抑制生物过滤器对甲苯的去除作用。 （）填料的pH变化取决于进气中污染物种类、负荷和运行时间；填料的物质组成 变化主要与污染物负荷和填料的状态有关。所用填料之pH稳定性较好。 在甲苯生物过滤过程中，填料pH值升高，填料中水溶性总氮含量、总磷含量、氨 氮含量、有机质含量及填料重量均有减少，其中总氮含量降低最多。 在乙酸乙酯生物过滤过程中，填料pH值降低，填料中水溶性总氮含量、总磷含量 及填料重量均有减少，其中总氮含量降低最多。有机质含量有所增加，氨氮含量略有增 力口。 O 填料中的微生物种类和数量取决于进气中污染物种类和浓度。 对甲苯生物过滤器，随填料起始湿度的增加（30％、50％、70％），填料中细菌细胞 数量增加而霉菌和放线菌的细胞数量减少，湿度为扣％对酵母生长较有利。细菌的生长 与进气甲苯浓度和填料营养水平正相关。在进气甲苯浓度较高时，填料的营养水平对霉 菌和放线菌生长影响较小，较低营养水平对酵母菌生长有利。在进气甲苯浓度较低时， 较低营养水平对霉菌生长有利，较高营养水平对酵母菌和放线菌生长有利。 对乙酸乙酯生物过滤器，随填料起始湿度的增加（30％、50％、70％），填料中细菌 和霉菌数量增多而放线菌和酵母菌数量减少。细菌和放线菌生长所需营养水平较高，营 养水平对霉菌和酵母菌的生长影响较小。 侣）生物过滤器中的细菌对进气中新增的乙酸乙酯和异丙醇较敏感，表现为进气中 1！