板式生物滴滤塔高效净化硫化氢废气的研究

第*’卷第#期’(年#月环!!境!!科!!学+,-./0,1+,23456.+,6+-7;B*’$,7B#5@CB$’(板式生物滴滤塔高效净化硫化氢废气的研究钱东升$房俊逸$陈东之!$陈建孟浙江工业大学生物与环境工程学院$杭州!*((*’#摘要!采用营养液分层喷淋(C[分别在线控制C[’‘)(E‘)(%‘)#的板式生物滴滤塔C;G9@9C@DQA79LAMI;A8URA;9@L$V2T2=#净化[’5废气$考察V2T2=于挂膜启动及稳定运行阶段对[’5的降解性能B结果表明$V2T2=系统在E?内即完成挂膜$对浓度为&&‘%FU.Fo*的[’5去除率达到((j’在进口浓度((f(((FU.Fo*(空床停留时间+T/2#’&fEN的条件下$[’5的去除率可达到##j以上’当[’5去除率#(j时$V2T2=系统的最大去除负荷随+T/2*‘*f%N#的增加而增大$+T/2%N的最大去除负荷达到(#‘(U.F*.:#o’上(中(下*层填料对[’5的去除负荷随进口[’5负荷的波动呈显著变化’通过荧光染色观察填料上的细胞数$发现在挂膜阶段微生物数量增长明显$第’)?上层(中层和下层填料上的菌落数以干填料计#分别达到了‘’#m($()‘E$m(&和‘($m(#个.Uo’采用扫描电镜观察填料表面的生物膜$可见上填料层和下填料层的优势菌分别为杆菌和丝状菌’利用变性梯度凝胶电泳初步揭示了系统运行过程中生物群落的演替规律’通过对产物的分析$确定该V2T2=系统降解[’5后主要产生50’oE和单质硫B关键词!板式生物滴滤塔’硫化氢’废气’去除负荷’微生物中图分类号!^)’!文献标识码!3!文章编号!(’)(D**(’(#(#D’$&%D(&收稿日期#’((DD(’修订日期#’(D(D*(基金项目#国家高技术研究发展计划&%*#项目’((#33(%’%(*#’浙江省重点创新团队项目’(/(#(E&D(E#作者简介#钱东升#&)f#$男$硕士研究生$主要研究方向为废气生物净化技术$+DFGA;!#&)d?NK%*BM7F!通讯联系人$+DFGA;!M?bKbH9B@?BM8F%6+IE4+1:J*&+9%(#41’*%3J24E)%DJ$%.[’+)&’7\4’(98’4)%&c.3,_78UDN:@8U$=3,Y\8DA$6[+,_78UDb:A$6[+,\AG8DF@8U67;;@U@7RTA7;7UAMG;G8?+8SAL78F@89G;+8UA8@@LA8U$Z:@HAG8UW8AS@LNA97R2@M:87;7U$[G8Ub:7*((*’$6:A8G#3,)&E7)!3C;G9@9C@QA79LAMI;A8URA;9@LNC;G9@9C@DQA79LAMI;A8URA;9@L$V2T2=#A8P:AM:9:L@@;G@LNGL@N@CGLG9@;NCLG@?Q89LA@89N7;9A787RC[’‘)$E‘)G8?%‘)$L@;G9AS@;$PGN?@NAU8@?R7L[’5L@F7SG;G99:@N9GL9DCG8?N9@G?N9G9@NB2:@QA7RA;FR7LFG9A787RV2T2=PGNM7FC;@9@?PA9:A8E?$G8?9:@L@F7SG;@RRAMA@8M7R((jPGNGM:A@S@?G99:@A8;@9[’5M78M@89LG9A787R&&‘%FU.Fo*B3R9@LPGL?N$[’5L@F7SG;@RRAMA@8ML@FGA8@?GQ7S@##jPA9:9:@A8;@9M78M@89LG9A78Q@9P@@8((FU.Fo*G8?(((FU.Fo*G8?@FC9Q@?L@NA?@8M@9AF@+T/2#Q@9P@@8’&NG8?ENBa:@8L@F7SG;@RRAMA@8MPGN#(j$9:@FGJAFF@;AFA8G9A78MGCGMA97RV2T2=A8ML@GN@?PA9:+T/2*‘*D%N#$@BUB(#‘(U.F*.:#oR7L+T/2%NB2:@@;AFA8G9A78MGCGMA97R9:@CC@L$FA??;@G8?;7P@L;G@LSGLA@?PA9:9:@A8;@9[’5;7G?A8UB.9PGNR78?9:G99:@FAML77LUG8ANFN78979:@CGMIA8UMGLLA@LNA8CC@L$FA??;@G8?;7P@L;G@LNA8ML@GN@?NAU8ARAMG89;G99:@N9GL9DCN9G9@$G8?L@GM:@?‘’#m($$)‘E$m(&$G8?‘($m(#M@;;N.Uo$L@NC@M9AS@;$A8’)?Q9:@F@G8N7RR;7L@NM@8M@N9GA8A8UB2:@QGMA;;AR7LFG8?RA;GF@897NFAML77LUG8ANFNP@L@9:@?7FA8G89NA89:@CC@LG8?;7P@L;G@L$L@NC@M9AS@;$7QN@LS@?QNMG88A8U@;@M9L78FAML7NM7CB2:@QA7;7UAMG;M7FF8A9G8G;NANQ?@8G9LA8UULG?A@89U@;@;@M9L7C:7L@NANPGNG;N7M78?M9@?A89:ANN9?B2:@FGA8CL7?M9N7R50’oEG8?N;RLP@L@?@9@LFA8@?R7L[’5?@ULG?G9A78BA%JM+&*,!C;G9@9C@DQA79LAMIA8URA;9@LV2T2+#’:?L7U@8N;RA?@’PGN9@UGN’L@F7SG;@RRAMA@8M’FAML77LUG8ANFN!!工业发展和城市化进程导致全球空气质量下降$尤其是以[’5为代表的恶臭性有毒有害废气$严重威胁着人类的生存与发展B[’5的嗅阈值约为(‘((E*FU.Fo*$是一种强烈的神经毒物$对黏膜也有强烈刺激作用’人体吸入[’5后$根据浓度不同可出现呼吸困难(嗅觉麻痹(恶心(呕吐(顷刻死亡等症状)*B目前我国的医药化工(制革等行业在生产及废水处理过程中会产生大量的[’5恶臭废气$相关的投诉案件已日益增多)’*B针对日益严重的[’5废气污染$相应的洗涤(吸附(化学及热氧化等处理方法应运而生B然而$上述方法由于运行费用如化学试剂(能源(二次污染的处置等#昂贵而无法大规模应用)*B因此$运行成本低廉的生物法成为[’5废气净化的一种可能的(理想的手段)**B]7等)E*的研究表明$生物法净化[’5废气是可行的B国内在近几年也有相关的研究报道))$%*B然而$针对目前[’5废气的污染状况$现有的生物净化工程仍然存在+T/2高(去除率低(稳定性差等问题$尤其是对稍高浓度的[’5废气$系统的运行性能远不能满足要求B此外$[’5降解过程中产生的大量酸导致微生物活性严重下降$而调节#期钱东升等!板式生物滴滤塔高效净化硫化氢废气的研究循环液C[值则大大提高了[’5处理成本B因此探索一种高效(经济的[’5废气净化方法已成为一项十分迫切的课题B针对上述问题$本研究采用自主研制的板式生物滴滤塔C;G9@9C@DQA79LAMI;A8URA;9@L$V2T2=#处理[’5废气$分别控制各填料层营养循环液C[值’‘)(E‘)与%‘)$在减少碱液用量的同时维持较高的[’5净化效率B通过考察挂膜启动及稳定运行阶段V2T2=系统对[’5的降解性能及微生物群落演替规律$分析[’5的降解产物$以期为[’5废气生物法净化的工程应用奠定基础BNO材料与方法NPN!实验装置V2T2=系统由总高为*%(FF(内径为E(FF的有机玻璃制成$塔内装填*层填料$每层填料高为’((FF$每层体积为*‘4并各自喷淋营养循环液BV2T2=系统工艺流程如图所示B沿塔高方向设置E个气体采样口和%个填料取样口B[’5气体采用化学法生成$将一定浓度的,G’5和稀[’50E溶液$分别以一定流速精确滴加混合后相互反应$生成[’5气体$并与空气混合后进入V2T2=系统B实验过程中采用气液逆流操作$气体从塔底进入$营养循环液由电磁计量泵从营养循环液储罐提升至各层填料上方后向下喷淋$最后由填料底部流回至营养循环液储液罐$并不断循环BNPQ!填料选择及营养液配制填料是生物滴滤塔中微生物的载体$填料种类是反应器设计的重要参数B采用人工或天然的惰性填料避免填料的自降解)$f#*$这些改进使其相对于‘,G5’储液罐’’‘稀[’50E储液罐’*‘蠕动泵#’E‘[’5生产罐’)‘聚四氟乙烯转子’%‘磁力搅拌器’$‘转子流量计’&‘空气泵’#‘[’5混合罐’(‘V2T2=系统主体’‘尾气排放口’’‘填料取样口’*‘气体采样口’E‘电磁计量泵’)‘C[计’%‘营养循环液储罐’$‘C[自动控制系统’&‘蠕动泵’#’#‘,G0[储液罐’’(‘,G0[尾气吸收罐图NO2D[D8系统工艺流程示意=AUB!5M:@FG9AM?AGULGF7R9:@C;G9@9C@DQA79LAMIA8URA;9@L其它生物处理技术具有基质谱广(负荷高(可操控性强等优点)(*$自’(世纪#(年代以来受到广泛重视B基于上述优点$本研究中V2T2=系统选用人工自制的聚氨酯小球作为填料$该填料孔隙率大(强度高(易于挂膜$填料尺寸为*f%FF$堆积密度和真密度分别为*&‘#IU.Fo*和)&&‘’IU.Fo*BV2T2=系统营养循环液采用连续喷淋$喷淋量为((F4.FA8oBV2T2=系统营养循环液中的营养成分组成如下FU.4o#!]’[V0E’(($][’V0E’(($1U6;’.%[’0’(($,[E6;E(($=@6;’.E[’0(‘NPR!污泥驯化及挂膜活性污泥取自浙江台州某制药企业污水站的好$&$’环!!境!!科!!学*’卷氧池$以[’5为唯一硫源和能源进行驯化B污泥参数测定如下!污泥沉降比5-*(#’Ej$混合液悬浮固体1455#%)$(FU.4o$混合液体挥发性悬浮固体14-55#)%%(FU.4o$污泥体积指数5-.#*$F4.UoB5-*((1455(14-55(5-.等均按照文献)*提供的标准方法进行测定B将活性污泥加入到营养循环液中$在反应器中不断循环$同时控制[’5进口浓度((f)((FU.Fo*(空床停留时间+T/2#为’&N的实验条件进行挂膜BV2T2=挂膜期间$上层(中层和下层营养循环液C[分别通过在线C[控制仪设定为%‘)(E‘)和’‘)$营养循环液温度恒定于*(nBNPW!分析方法采用深圳逸云天电子有限公司V21E((硫化氢检测仪检测[’5的浓度’采用戴安公司_.0,+^#.65’(((离子色谱仪检测营养循环液中5’o(50’oE(5’0’oE(50’o*的浓度)’*’采用3UA;@89’((高效液相色谱测定填料中的单质5含量)**’采用荷兰菲利普V:A;AC^4D*(D+5+1环境扫描电镜观察填料上的菌群形态和组成情况’采用尼康荧光倒置显微镜测定填料中菌落数’采用美国TA7DLG?变性梯度凝胶电泳_YY+#观察填料上的生物群落结构’采用上海宏宇环保应用研究所_VD’(((数字压力计测定填料压降BQO结果与讨论QPN!V2T2=系统的挂膜启动挂膜启动是生物滴滤塔运行过程中的必要步骤)E*$挂膜时间的长短直接影响生物滴滤塔的应用B去除效率是直接体现生物滴滤塔净化性能的因素$也是衡量挂膜启动完成的关键指标))*B本实验以[’5为微生物生长的唯一硫源及能源对V2T2=系统进行挂膜$V2T2=系统对[’5去除率的变化情况如图’所示B挂膜启动初期进口浓度维持在((FU.Fo*#$V2T2=对[’5没有显著的净化效果B第)?$[’5去除率逐渐升高$第&?的去除率达到#’‘*jB此后尽管提高进口[’5浓度$而V2T2=系统仍能维持较高的净化性能B第E?$当[’5浓度为&&‘%FU.Fo*(+T/2为’&N时$V2T2=对[’5的去除率达到((jB这说明填料上已附着较多的[’5降解菌$V2T2=系统的挂膜启动已经基本完成B此后虽然逐步提高[’5浓度至)((FU.