楊百忍，王麗萍，牛 仙，丁 成，徐蘇文，繆家歡

（1. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2. 鹽城工學(xué)院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051）

氯苯類(lèi)有機(jī)化合物是化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的一類(lèi)持久性有機(jī)污染物，廣泛用于染料、塑料、香料、醫(yī)藥、農(nóng)藥和有機(jī)合成的中間體［1］。氯苯類(lèi)有機(jī)化合物具有一定的毒性、生物累積性和持久性，可導(dǎo)致植物腐爛［2］、土壤和地下水的污染［3-4］。由于氯苯的揮發(fā)性較強(qiáng)，大氣中的氯苯污染情況不容忽視［5］。據(jù)報(bào)道，人體長(zhǎng)期暴露于含氯苯氣體的環(huán)境中會(huì)對(duì)健康造成嚴(yán)重?fù)p害［6］。因此，氯苯類(lèi)污染物的控制和處理顯得尤為必要。目前，生物法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)污染物已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，相比傳統(tǒng)的生物過(guò)濾器和生物洗滌塔，生物滴濾塔可以通過(guò)控制噴淋液的流量、改變噴淋液的成分及pH的方式來(lái)提供微生物生長(zhǎng)所需的條件，對(duì)硫化氫［7］和氨［8］等酸性氣體及多種揮發(fā)性有機(jī)物［9-11］的降解具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但目前國(guó)內(nèi)對(duì)生物滴濾塔應(yīng)用于氯苯廢氣的處理還鮮有報(bào)道，以活性污泥接種生物滴濾塔進(jìn)行氯苯生物降解的相關(guān)研究更是罕見(jiàn)報(bào)道。

本工作將活性污泥培養(yǎng)及馴化后接種于生物滴濾塔中，掛膜啟動(dòng)后處理模擬氯苯廢氣（簡(jiǎn)稱(chēng)氯苯廢氣）?？疾炝松锏螢V塔在掛膜啟動(dòng)階段及穩(wěn)定運(yùn)行階段的性能，研究了穩(wěn)定運(yùn)行階段工藝參數(shù)的改變對(duì)氯苯降解性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 裝置和材料

生物滴濾塔：φ100 mm×1 200 mm， 有機(jī)玻璃材質(zhì)，分為噴淋段、進(jìn)氣段和4個(gè)填料段，各段間以法蘭連接。填料為活性炭纖維布與多面空心球的混合填料。每個(gè)填料段填料高度為200 mm，填料裝填總體積為0.00 628 m3。

接種污泥取自鹽城某污水處理廠的曝氣池。循環(huán)噴淋液的成分［12］：NH4Cl 800 mg/L，Na2HPO4200 mg/L，KH2PO4400 mg/L，MgSO4·7H2O 340 mg/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 10 mg/L，CaCl215 mg/L，ZnSO4·7H2O 0.5 mg/L，Na2MoO4·2H2O 0.5 mg/L。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

活性污泥的培養(yǎng)及馴化：污泥經(jīng)淘洗后去除上清液和底層沉渣，加入一定量的水形成活性污泥混合液，以葡萄糖為唯一碳源，向混合液中加入一定量的營(yíng)養(yǎng)液，控制混合液pH約為7，每天連續(xù)曝氣23 h，靜置1 h，排出30%的上清液，補(bǔ)充等量的新鮮營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液與噴淋液的成分相同?；钚晕勰嗯囵B(yǎng)結(jié)束后，采用逐步降低葡萄糖加入量而增加氯苯加入量的方法對(duì)污泥進(jìn)行馴化，最終用氯苯完全替代葡萄糖成為微生物的唯一碳源。

掛膜啟動(dòng)：將馴化好的活性污泥注滿生物滴濾塔，完全淹沒(méi)填料，浸泡24 h后放空，開(kāi)始掛膜。進(jìn)氣的氯苯質(zhì)量濃度從53.30 mg/m3逐漸增至1 190.99 mg/m3，氣體停留時(shí)間為56 s，噴淋液流量為25.0 m L/min。每3天更新500 m L活性污泥及相應(yīng)比例的營(yíng)養(yǎng)液。每天測(cè)定生物滴濾塔進(jìn)出口的氯苯質(zhì)量濃度，計(jì)算氯苯去除率。

穩(wěn)定運(yùn)行：常溫常壓條件下采用氣液逆流操作，噴淋液由循環(huán)蠕動(dòng)泵提升至生物滴濾塔的頂部，通過(guò)布水器均勻地噴灑在填料的表面。采用動(dòng)態(tài)配氣法配制氯苯廢氣，來(lái)自空壓機(jī)的空氣分為兩路，一路進(jìn)入避光的裝有氯苯的吹脫瓶，將氯苯吹脫后帶出，再與另一路空氣混合后形成氯苯廢氣，從底部進(jìn)入滴濾塔。通過(guò)氣體流量計(jì)控制氯苯廢氣中氯苯的質(zhì)量濃度。氯苯廢氣流量為0.25～0.80 m3/h，進(jìn)氣中氯苯的質(zhì)量濃度為648.90～2 019.85 mg/m3，生物滴濾塔的進(jìn)氣負(fù)荷為15.70～146.18 g/（m3·h），相對(duì)應(yīng)的空塔停留時(shí)間（EBRT）為28～90 s，噴淋液流量為7.83～47.33 m L/m in。生物滴濾塔處理氯苯廢氣的工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 生物滴濾塔處理氯苯廢氣的工藝流程

1.3 分析方法

采用美國(guó)PerkinElmer Clarus公司的GC580型氣相色譜儀分析氯苯廢氣中的氯苯質(zhì)量濃度，氣相色譜條件為：色譜柱Elite-5，毛細(xì)管柱0.32 mm×0.5 μm×30 m；柱溫采用程序升溫，初溫70 ℃，保留1 m in，升溫速率10 ℃/m in，終溫110 ℃，保留1 m in；汽化室溫度200 ℃；檢測(cè)器（FID）溫度250℃；柱流量1.5 m L/m in，N2為載氣，不分流進(jìn)樣，氫氣流量45 m L/m in，空氣流量450 m L/min，進(jìn)樣量500 μL。采用上海儀電科學(xué)技術(shù)股份有限公司的PHS-3C 型pH計(jì)測(cè)定噴淋液的pH。按照文獻(xiàn)［13］報(bào)道的方法測(cè)定MLSS和MLVSS。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物滴濾塔掛膜啟動(dòng)階段的工藝性能

2.1.1 活性污泥馴化階段MLSS和MLVSS的變化

活性污泥馴化階段M LSS和M LVSS的變化見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，馴化期的前16 d內(nèi)，活性污泥的MLSS和MLVSS均逐漸降低，MLSS由13. 771 g/L降至8.950 g/L，MLVSS由9.297 g/L降至7.230 g/L，說(shuō)明隨著馴化液中氯苯質(zhì)量濃度的升高及葡萄糖質(zhì)量濃度的降低，活性污泥中不能適應(yīng)氯苯的微生物死亡。從馴化期的第16天開(kāi)始，MLSS和MLVSS逐漸增大，說(shuō)明活性污泥中的微生物已基本適應(yīng)了氯苯，對(duì)氯苯具有良好降解效果的優(yōu)勢(shì)菌種開(kāi)始繁殖。M LVSS/M LSS表示單位質(zhì)量的活性污泥中所含微生物的比例。由圖2還可見(jiàn)，從馴化的第8天開(kāi)始，MLVSS/MLSS逐漸增大，到馴化結(jié)束時(shí)MLVSS/M LSS由馴化初期的0.7左右增至0.8，說(shuō)明活性污泥中的微生物含量有較大幅度的提高，污泥的活性也相應(yīng)提高。

圖2 活性污泥馴化階段MLSS和MLVSS的變化

2.1.2 生物滴濾塔掛膜啟動(dòng)階段的氯苯去除率

生物滴濾塔掛膜啟動(dòng)階段的氯苯去除率見(jiàn)圖3。

圖3 生物滴濾塔掛膜啟動(dòng)階段的氯苯去除率

由圖3可見(jiàn)：掛膜啟動(dòng)階段的前20 d內(nèi)，隨進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度的升高，氯苯去除率整體呈上升趨勢(shì)但波動(dòng)較大，說(shuō)明生物滴濾塔內(nèi)的微生物仍處于對(duì)塔內(nèi)環(huán)境逐漸適應(yīng)的階段；掛膜啟動(dòng)20 d后，隨進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度的升高，氯苯去除率呈逐漸升高的趨勢(shì)，說(shuō)明生物滴濾塔內(nèi)的微生物已經(jīng)適應(yīng)了塔內(nèi)環(huán)境，微生物開(kāi)始大量增殖；掛膜41 d后，氯苯去除率達(dá)90%以上，此時(shí)生物滴濾塔掛膜啟動(dòng)完成，生物滴濾塔進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段。

2.2 生物滴濾塔穩(wěn)定運(yùn)行階段的工藝性能

2.2.1 進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度對(duì)氯苯去除率及氯苯去除負(fù)荷的影響

生物滴濾塔穩(wěn)定運(yùn)行階段，在噴淋液流量為30.0 m L/m in、EBRT為37 s的條件下，進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度對(duì)氯苯去除率及氯苯去除負(fù)荷的影響見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，隨著進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度由303.82 mg/m3逐漸增至1 489.05 mg/m3，氯苯去除率從85.1%降至70.1%，氯苯去除負(fù)荷逐漸升高，最高達(dá)到100.27 g/（m3·h）。

圖4 進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度對(duì)氯苯去除率及氯苯去除負(fù)荷的影響

2.2.2 EBRT對(duì)氯苯去除率的影響

EBRT是生物滴濾塔運(yùn)行過(guò)程中重要的控制參數(shù)之一，EBRT太短，微生物與填料間的傳質(zhì)不夠充分；EBRT太長(zhǎng)，不利于生物滴濾塔系統(tǒng)的高效運(yùn)行。生物滴濾塔穩(wěn)定運(yùn)行50 d后，在進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度為1 200.00 mg/m3的條件下，EBRT對(duì)氯苯去除率的影響見(jiàn)圖5。

圖5 EBRT對(duì)氯苯去除率的影響

由圖5可見(jiàn)：當(dāng)EBRT為90 s時(shí)，氯苯去除率約為99.0%；當(dāng)EBRT縮短為75 s時(shí)，氯苯去除率幾乎沒(méi)有變化；當(dāng)EBRT縮短為45 s時(shí)，氯苯去除率為94.7%；當(dāng)EBRT縮短為28 s時(shí)，氯苯去除率明顯下降至91.4%。本實(shí)驗(yàn)選擇EBRT超過(guò)45 s較適宜。2.2.3 噴淋液流量對(duì)氯苯去除率的影響

在進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度為1 200.00 mg/m3、EBRT為56 s的條件下，噴淋液流量對(duì)氯苯去除率的影響見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)：隨著噴淋液流量的增加，氯苯去除率先增大后減小；當(dāng)噴淋液流量為31.8 m L/min時(shí)，氯苯去除率最高，為90.7%。本實(shí)驗(yàn)選擇噴淋液流量為31.8 m L/m in較適宜。

圖6 噴淋液流量對(duì)氯苯去除率的影響

2.2.4 氯苯進(jìn)氣負(fù)荷對(duì)氯苯去除負(fù)荷的影響

在進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度為1 200.00 mg/m3的條件下，氯苯進(jìn)氣負(fù)荷對(duì)氯苯去除負(fù)荷的影響見(jiàn)圖7。

圖7 氯苯進(jìn)氣負(fù)荷對(duì)氯苯去除負(fù)荷的影響

由圖7可見(jiàn)：當(dāng)進(jìn)氣負(fù)荷為23.97～128.01 g/（m3·h）時(shí)，去除負(fù)荷隨進(jìn)氣負(fù)荷的增加基本呈線性增加，說(shuō)明傳質(zhì)過(guò)程和氯苯降解過(guò)程均運(yùn)行良好；當(dāng)進(jìn)氣負(fù)荷繼續(xù)增加時(shí)，雖然去除負(fù)荷也繼續(xù)增加，但去除率卻明顯下降。這是因?yàn)檫M(jìn)氣負(fù)荷越低，氯苯的降解越完全；進(jìn)氣負(fù)荷越高，降解氯苯的總量逐漸受到生物滴濾塔生化降解能力的限制。本實(shí)驗(yàn)選擇氯苯進(jìn)氣負(fù)荷為23.97～128.01 g/（m3·h）較適宜。

2.2.5 噴淋液pH及氯苯去除率的變化

在進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度為1 200.00 mg/m3、噴淋液流量為31.8 m L/m in、EBRT為56 s的條件下，在一個(gè)噴淋液更換周期內(nèi)，噴淋液pH及氯苯去除率的變化見(jiàn)圖8。由圖8可見(jiàn)：從噴淋液更換完成開(kāi)始計(jì)時(shí)，前10 h內(nèi)噴淋液pH大幅下降，pH由7.5降至3.0，同時(shí)，氯苯去除率也逐漸下降，由90.0%降至85.0%；運(yùn)行12 h后，噴淋液pH降至2.9，繼續(xù)延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，噴淋液pH基本不再變化，氯苯去除率也穩(wěn)定在85.0%以上。說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，生物滴濾塔對(duì)噴淋液的酸性環(huán)境有較好的適應(yīng)性，噴淋液pH的變化對(duì)氯苯降解性能無(wú)顯著影響。

圖8 噴淋液pH及氯苯去除率的變化

3 結(jié)論

a） 將塔外培養(yǎng)并定向馴化的活性污泥接種于生物滴濾塔中凈化氯苯廢氣，接種41 d后生物滴濾塔成功掛膜，此時(shí)氯苯去除率穩(wěn)定在90%以上。

b） 生物滴濾塔穩(wěn)定運(yùn)行階段，隨著進(jìn)氣中氯苯質(zhì)量濃度由303.82 mg/m3逐漸增到1 489.05 mg/m3，氯苯去除率從85.1%降至70.1%；降解氯苯廢氣適宜的工藝條件為：EBRT超過(guò)45 s，噴淋液流量31.8 m L/m in，氯苯進(jìn)氣負(fù)荷23.97～128.01 g/（m3·h）。

c） 生物滴濾塔對(duì)噴淋液的酸性環(huán)境有較好的適應(yīng)性，噴淋液pH的變化對(duì)氯苯降解性能無(wú)顯著影響。

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