氣升式生物反應(yīng)器處理多組分VOCs廢氣的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、工業(yè)有機溶劑使用所排放的揮發(fā)性有機物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是我國霧霾天氣與光化學(xué)臭氧排放的關(guān)鍵誘因之一。工業(yè)源排放的VOCs氣量大、濃度低，特別適宜使用操作簡便、無二次污染的生物技術(shù)進(jìn)行治理控制。生物過濾或滴濾技術(shù)是目前最為經(jīng)濟有效的生物技術(shù)。但其長期運行后，生物量過分累積、營養(yǎng)物分布不均及濕度條件惡化等會導(dǎo)致去除效果不佳和額外的維修費用。生物洗滌器沒有如是問題，且特別適用于親水VOCs處理。

2、但工業(yè)源VOCs排放組分復(fù)雜，常含苯系物、含氯烷烴和含氧化合物等不同疏水性、揮發(fā)性、生物可降解性和生物毒性的物質(zhì)，制約著生物洗滌器高效工業(yè)化擴大應(yīng)用。
　　兩相分配生物反應(yīng)器因非水相的添加，不僅能促進(jìn)疏水VOCs氣液傳質(zhì)，而且能保護(hù)微生物免于底物毒性、環(huán)境波動和操作紊亂，已成功應(yīng)用于單一疏水性或強毒性VOC的凈化。但其應(yīng)對工業(yè)排放的多組分VOCs廢氣的治理鮮有報道。連續(xù)攪拌釜生物反應(yīng)器是最為常用的生物洗滌器構(gòu)型，但能耗大是其不可避

3、免的問題。針對以上問題，本研究以氣升式生物反應(yīng)器為反應(yīng)器構(gòu)型，以乙酸乙酯、1，2-二氯乙烷、二氯甲烷和甲苯為模擬污染物，從高效降解菌群選育、連續(xù)穩(wěn)態(tài)和工況波動工藝表現(xiàn)、過程模擬與優(yōu)化、微生物信息分析等方面展開了考察研究。
　　以難降解的1，2-二氯乙烷為馴化的模擬污染物，本研究從樹脂化工廠的污水處理廠的活性污泥中獲得一疏水降解微生物混合菌群，其細(xì)胞疏水性為79％，主要由Xanthobacter屬(62％)構(gòu)成。在無外加碳源條件下，

4、初始1，2-二氯乙烷濃度為114.1-1141.5 mg·L-1時，疏水降解菌群介導(dǎo)的降解過程能高效進(jìn)行，脫氯率可達(dá)92％。Haldane-Andrews模型動力學(xué)參數(shù)μmax為0.247 h-1，Ks和Ki分別為4.7g·m-3和10.4 g·m-3;均優(yōu)于已報導(dǎo)菌株或菌群，且符合兩相分配生物反應(yīng)器的理想值。它也能降解乙酸乙酯、二氯甲烷和甲苯。硅油體積比為7％即可保證1,2-二氯乙烷和氧氣的增溶效果以及疏水菌群的降解活性。
　　

5、接種疏水降解菌群和添加7％硅油能提高氣升式生物反應(yīng)器的總?cè)コ?fù)荷，但礦化率、脫氯率和細(xì)胞產(chǎn)率分別為60％、39％和0.19 gDCW·gVOCs-1，均低于無硅油體系。在應(yīng)對工況波動時，兩相分配氣升式生物反應(yīng)器的抵抗能力和恢復(fù)能力優(yōu)勢明顯。氣升式生物反應(yīng)器連續(xù)穩(wěn)定運行過程中，親水性易降解的乙酸乙酯去除效率可達(dá)100％，并不受停留時間的影響。適度疏水難降解的甲苯去除效率由于硅油的添加增加了一倍。無論是否添加硅油，適度疏水甲苯去除效果均優(yōu)于

6、親水性的1，2-二氯乙烷。難降解的含氯烷烴去除效果均沒有因為硅油的添加而有所提升，雖然這兩個物質(zhì)的液相溶解度均有所增加。本研究首次提出比較最大體積傳質(zhì)速率和最大去除負(fù)荷進(jìn)行生物技術(shù)限制過程分析。易降解的乙酸乙酯易受限于物理傳質(zhì)過程，可降解的甲苯和難降解的氯代烷烴則易受限于生物降解過程。因此，在生物反應(yīng)器操作運行過程中，因考慮VOCs疏水性和生物可降解性進(jìn)行物理傳質(zhì)和生物降解過程的調(diào)控，以保證高效的去除效果。
　　硅油的添加并未引起

7、氣升式生物反應(yīng)器中微生物的功能紊亂和代謝失調(diào)。微生物群落結(jié)構(gòu)隨著氣升式生物反應(yīng)器的運行操作演替顯著，其細(xì)胞疏水性也隨之改變。多組分VOCs在生物反應(yīng)器內(nèi)的凈化效果受微生物群落結(jié)構(gòu)及代謝相互作用的影響。微觀優(yōu)勢菌群的降解功能和特性與宏觀VOCs去除表現(xiàn)相一致。高豐度的特定降解酶能保證高效單一VOC去除效果。VOCs間相互作用復(fù)雜，特別是關(guān)鍵酶的競爭抑制作用，會引發(fā)某單一物質(zhì)降解過程的惡化。這為工程微生物生態(tài)系統(tǒng)功能優(yōu)化以及生物反應(yīng)器去除表