生物滴濾器凈化疏水性有機(jī)廢氣及其強(qiáng)化研究.pdf

1、揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds，VOCs)排放已被認(rèn)為是重要的環(huán)境問題之一。近年來，越來越多的VOCs通過人類活動(dòng)、生物釋放等途徑進(jìn)入環(huán)境。這些活動(dòng)所排放的VOCs濃度變化較大，且與霧霾的形成息息相關(guān)，對(duì)人類健康和生態(tài)安全構(gòu)成了巨大的威脅。因此，VOC的排放已引起了人們的普遍關(guān)注。在VOC的處理技術(shù)中，生物技術(shù)因其成本低廉和環(huán)境友好等特點(diǎn)得到了廣泛研究和應(yīng)用。然而，當(dāng)采用生物滴濾器(biotrickl

2、ing filters，BTFs)處理VOCs時(shí)，BTFs在長期運(yùn)行過程中存在填料層堵塞和運(yùn)行性能惡化等問題，而且，由于疏水性VOCs在水中的溶解度較低，且氣-液傳質(zhì)速率受到限制，BTFs對(duì)疏水性的VOCs的的處理效果不理想。
　　針對(duì)上述問題，本研究以疏水性正己烷為模型廢氣，采用BTFs裝置，考察了操作參數(shù)、表面活性劑、親水性VOCs對(duì)BTFs去除正己烷的影響，對(duì)長期運(yùn)行后填料上生物膜進(jìn)行了初步分析，并考察了剩余生物膜的再利用。

3、
　　在BTF長期運(yùn)行過程中考察了氮源濃度、正己烷進(jìn)口濃度、溫度、氣體停留時(shí)間(empty bed contact time，EBCT)對(duì)其性能的影響，并對(duì)長期運(yùn)行過程中生物膜相組成及表面特性變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:當(dāng)進(jìn)口正己烷濃度保持350mg m-3，停留時(shí)間保持30s不變時(shí)，最佳氮源濃度為160mg N-NO3-L-1，在此條件下，正己烷去除效率達(dá)到85％。此外，隨著進(jìn)口濃度的增加和停留時(shí)間的減小，正己烷的去除效率逐漸減小

4、，但去除能力在增加，且環(huán)境溫度對(duì)BTF的去除性能有很大影響。BTF對(duì)正己烷的去除能力(eliminationcapacity, EC)在進(jìn)口濃度為900mg m-3，EBCT為30s時(shí)可達(dá)到最大值45.4gm-3 h-1。BTF在長期運(yùn)行過程中，生物膜電負(fù)性逐漸降低，生物膜分泌的蛋白質(zhì)在EPS中所占比例最大，其含量呈逐漸增加趨勢，其次是多糖，但其含量在BTF運(yùn)行前期變化明顯，后期幾乎無變化。EPS含量和蛋白質(zhì)的增加的變化可能是導(dǎo)致反應(yīng)體

5、系運(yùn)行性能惡化的本質(zhì)原因。
　　在表面活性劑濃度的優(yōu)化研究中，采用兩套相同的BTF裝置（BTF1不加表面活性劑，BTF2加表面活性劑）進(jìn)行研究。主要對(duì)比分析了三種表面活性劑（SDS，Triton X-100，Tween20）的分配系數(shù)(K)、表面活性劑的生物降解性及毒性，并在正己烷為600mg m-3，停留時(shí)間為30 s的實(shí)驗(yàn)條件下優(yōu)化SDS的添加量以及初步分析了表面活性劑對(duì)不同填料層生物膜相組成的影響，結(jié)果表明:正己烷在SDS中

6、的分配系數(shù)最低且均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其在水溶液中的分配系數(shù)。SDS可以作為碳源被微生物利用且對(duì)微生物沒有毒性。在BTFs中，SDS的最佳添加濃度為0.1 CMC，在此濃度條件下，BTFs對(duì)正己烷的去除效率(removal efficiency, RE)從原來的50％左右提高到70％左右，相應(yīng)的去除能力從36g m-3 h-1增加到50.4gm-3h-1。BTF1第2層填料上生物膜分泌的蛋白質(zhì)和多糖含量最多，其次是第1層，第3層最少，BTF2中0.

7、1 CMC SDS存在時(shí)，第2層填料上生物膜分泌的蛋白質(zhì)含量和多糖均高于BTF1中第2層填料。
　　在最佳表面活性劑條件下，研究不同操作參數(shù)對(duì)BTF性能的影響，并進(jìn)行了對(duì)比分析。當(dāng)EBCT保持30s不變，進(jìn)口正己烷濃度逐步提高到600和850mg m-3時(shí)，相應(yīng)的有機(jī)負(fù)荷(loading rate，LR)逐步升到72和102g m-3 h-1。此時(shí)，BTF2的去除效率從67％降到40％，BTF1的處理效率從53％降到43％。在進(jìn)口

8、正己烷濃度為200mg m-3不變的條件下，EBCT從30s逐漸降低15s和7.5s，BTF1和BTF2的去除率隨EBCT的減少而降低，但在EBCT為7.5s時(shí)，BTF2的去除效率(60％)要高于BTF1的去除率(43％)。
　　在親水性丙酮對(duì)疏水正己烷生物降解的影響研究中，正己烷和丙酮的有機(jī)負(fù)荷變化范圍分別為10.7～73.7g m-3 h-1和4.3～148.8g m-3 h，去除率分別在33％～100％和80％～100％之間

9、變化。結(jié)果表明，正己烷對(duì)丙酮的去除效率沒有明顯的影響，但是，高濃度的丙酮抑制了正己烷生物降解且可以加快生物膜的生長及過度蓄積。當(dāng)BTF停止運(yùn)行12h后再啟動(dòng)，BTF對(duì)正己烷(IR＜24 g m-3h-1)的去除率只有55％左右，加入低濃度的丙酮?dú)怏w(＜18gm-3h-1)，正己烷的去除率能迅速恢復(fù)到85％～100％。且當(dāng)填料上多余的生物膜被清洗過后，BTF對(duì)正己烷去除性能在24 h后迅速恢復(fù)到＞90％。
　　BTF填料上剩余的生物

10、膜制備的生物吸附劑對(duì)重金屬廢水中的鉛離子具有較好的吸附效果。吸附等溫線研究過程中，Langmuir等溫線能夠更好的擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，且吸附劑在25℃對(duì)鉛離子的最大吸附容量可達(dá)到160mg/g。動(dòng)力學(xué)研究表明，生物吸附劑對(duì)鉛離子的吸附符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。熱力學(xué)研究過程發(fā)現(xiàn)，生物吸附及對(duì)鉛離子吸附過程是熱力學(xué)自發(fā)的過程(△G°＜0)，吸附反應(yīng)是吸熱反應(yīng)（ΔH°＞0），生物吸附劑吸附鉛離子的反應(yīng)增加了固-液界面上物質(zhì)的無序程度（△S°＞0）。紅