魯少杰，劉佳，冀芊竹，李萍，韓月陽(yáng)，陶敏，梁文俊

（北京工業(yè)大學(xué)區(qū)域大氣復(fù)合污染防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124）

二甲苯是一種疏水性揮發(fā)性有機(jī)化合物，廣泛應(yīng)用于涂料、膠黏劑、油墨、染料、塑料、合成纖維等多種化工產(chǎn)品中。在制造過(guò)程中，它們被釋放到環(huán)境中，可能對(duì)生態(tài)環(huán)境與公眾健康構(gòu)成危害[1-2]。與傳統(tǒng)的處理方法相比，如光催化、催化燃燒等，生物法具有運(yùn)行費(fèi)用低、對(duì)環(huán)境友好、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)[3]。其中生物滴濾法與其他生物法相比，優(yōu)點(diǎn)主要在于可控制液相，可以精細(xì)控制pH、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)以及清除有毒代謝物，從而可以達(dá)到更好的凈化效果[4]。

填料作為生物法的關(guān)鍵組成部分，是微生物附著生長(zhǎng)的載體。目前常使用的填料主要分為天然填料和人工合成填料。天然填料有堆肥[5]、熔巖[6]、珍珠巖[7]等，已被應(yīng)用于生物處理系統(tǒng)。鮑爾環(huán)、聚氨酯泡沫[8]等是比較常見(jiàn)的人工合成填料。相比于上述填料，固定化填料可以提高微生物活性，且固定化材料提供的微環(huán)境使得微生物具備很好的重復(fù)使用性[9]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)固定化填料研發(fā)比較活躍。Kumar 等[10]利用熟石膏將一些富含營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)黏合制成一種營(yíng)養(yǎng)緩釋填料。該填料能為微生物生長(zhǎng)提供必要的營(yíng)養(yǎng)，提高的生物塔的啟動(dòng)速度。Cheng 等[11]以海藻酸鈉（SA）為包埋劑，制備出一種負(fù)載功能微生物的復(fù)合填料，其具有良好的營(yíng)養(yǎng)緩釋能力及pH 緩沖能力。以聚氨酯泡沫海綿作為對(duì)比，在不添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、不調(diào)節(jié)pH 情況下，復(fù)合填料對(duì)乙酸正丁酯去除率更高。Feng等[12]以3% SA 和5% 聚乙烯醇（PVA）的混合物改性的聚氨酯泡沫被用作生物填料，此種填料的運(yùn)用顯著促進(jìn)生物膜的形成。Yang 等[13]以SA、PVA、活性炭為材料，馴化的活性污泥作為菌種，將它們的混合溶液滴入到氯化鈣和飽和硼酸溶液，以此來(lái)制成凝膠膠囊，珍珠巖作為對(duì)照填料。結(jié)果表明，凝膠膠囊能很好應(yīng)對(duì)生物滴濾塔（BTF）停滯之后凈化性能下降的問(wèn)題。季文標(biāo)等[14]利用SA 將優(yōu)勢(shì)菌種固定化在絲網(wǎng)上，進(jìn)行BTF處理模擬噴漆廢氣的中試實(shí)驗(yàn)。處理后廢氣中的甲苯及乙酸乙酯濃度符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297—1996）中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

硅藻土（DE）是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，主要由古代硅藻的遺骸所組成[15]，可應(yīng)用于環(huán)保，醫(yī)藥，建筑等多個(gè)領(lǐng)域，具有巨大的開(kāi)發(fā)應(yīng)用潛力[16]。DE 在中國(guó)儲(chǔ)量豐富，具有成本低、多孔、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)[17]。目前環(huán)境治理方面，研究多集中在對(duì)DE 進(jìn)行改性來(lái)處理污水[18]，并取得良好的效果，但在廢氣處理中研究較少。

本文以DE 為骨架，PVA、SA 為固定化材料，成功將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、高效降解菌固定化，從而制備出具有營(yíng)養(yǎng)緩釋能力的復(fù)合填料。對(duì)復(fù)合填料的理化性質(zhì)進(jìn)行探究，并將其裝填在BTF中考察對(duì)二甲苯的凈化性能，抗沖擊負(fù)荷能力及縮短停滯后恢復(fù)到正常凈化能力的時(shí)間。

1 材料與方法

1.1 營(yíng)養(yǎng)液及菌株

菌株：以污水處理廠(chǎng)的活性污泥為菌源，經(jīng)馴化篩選得到的高效降解菌。

營(yíng)養(yǎng)液配方：K2HPO40.5g/L，KH2PO41.0g/L，MgSO40.5g/L，NaCl 1.0g/L，NH4Cl 1.0g/L，F(xiàn)eSO40.01g/L，CaCl20.01g/L，MnSO40.003g/L。

1.2 復(fù)合填料制備

將12g PVA和3g SA加入95mL去離子水中，在90℃條件下加熱攪拌溶解。將所得溶液放置至室溫，加入15g DE、1g CaCO3、0.37g 有機(jī)肥及5mL高效降解菌，攪拌均勻。5mL 菌液是以1g 二甲苯降解菌為溶質(zhì)，5mL去離子水為溶劑。將混合物滴入交聯(lián)溶液中，交聯(lián)溶液為含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2% CaCl2的飽和硼酸溶液，硅藻土基復(fù)合填料混合液中去離子水與交聯(lián)溶液體積比為1∶10。在4℃條件下固定化，取出后用去離子水沖洗三遍，制成復(fù)合填料。圖1展示了復(fù)合填料的合成過(guò)程。

圖1 復(fù)合填料的合成過(guò)程

1.3 BTF的搭建

考慮到BTF長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)有大量微生物生長(zhǎng)繁殖可能會(huì)造成堵塞，且結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究的需求，如圖2所示，BTF分為上中下三段，塔體壁厚為5mm，內(nèi)徑為90mm，總高度為1000mm，每段填料高度130mm。BTF填充的有效填料體積約為2.5L。裝填的復(fù)合填料外徑為6mm或15mm，其中上層25%的復(fù)合填料外徑為6mm，中層16%的復(fù)合填料外徑為6mm，下層的復(fù)合填料外徑均為15mm，每層設(shè)置一個(gè)氣體采樣孔及一個(gè)填料取樣孔。以二甲苯為模擬廢氣，從空氣壓縮機(jī)出來(lái)的氣流分成兩股，一股經(jīng)過(guò)液態(tài)二甲苯儲(chǔ)存瓶，吹掃出氣態(tài)污染物，與另一股氣流在混氣瓶?jī)?nèi)充分混合，由底部進(jìn)入BTF，和營(yíng)養(yǎng)液采用逆向接觸方式。模擬廢氣濃度和流量通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制。營(yíng)養(yǎng)液組成采用1.1節(jié)中營(yíng)養(yǎng)液配方，循環(huán)使用，7天為一個(gè)周期。營(yíng)養(yǎng)液噴淋間隔為每2.5h噴淋130mL。溫度用加熱棒控制為恒溫30℃。

圖2 生物滴濾工藝流程圖

1.4 BTF運(yùn)行階段

如表1 所示，整個(gè)BTF 運(yùn)行階段分為四個(gè)階段：?jiǎn)?dòng)階段Ⅰ（1～41天）；改變停留時(shí)間運(yùn)行階段Ⅱ（42～84天）；改變進(jìn)口濃度運(yùn)行階段Ⅲ（85～123 天）；以去離子水替代營(yíng)養(yǎng)液運(yùn)行階段Ⅳ（124～132天）。

表1 生物滴濾塔運(yùn)行條件

1.5 填料性能分析

比表面積測(cè)定：采用Gemini V 比表面積及孔隙度分析儀。在液氮溫度（77K）下由N2吸附法測(cè)得復(fù)合填料比表面積。

FTIR：將樣品干燥至恒重后，切片，采用Spectrum Ⅱ傅里葉紅外光譜儀（美國(guó)珀金埃默公司）進(jìn)行表面基團(tuán)分析掃描范圍4000～400cm-1，分辨率4cm-1。

X射線(xiàn)衍射分析：將樣品在80℃烘箱干燥至恒重，切片，采用DB Advance X 射線(xiàn)衍射儀（德國(guó)布魯克）進(jìn)行測(cè)試。

壓降：采用U形壓力計(jì)測(cè)定。

填料持水性能：利用電子水分儀測(cè)定。將樣品浸泡在去離子水中1h，利用電子水分分析儀測(cè)定在80℃條件下樣品每分鐘失水率。以此表征樣品持水性能。

填料重復(fù)使用性：將體積為10mL 復(fù)合填料放于搖瓶中，放入100mL營(yíng)養(yǎng)液中，同時(shí)注射5μL二甲苯液體，放于恒溫培養(yǎng)振蕩器中30℃、120r/min培養(yǎng)11h后取出，測(cè)量搖瓶?jī)?nèi)的二甲苯濃度。將復(fù)合填料取出用濾紙吸干填料表面水分，重復(fù)上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)定不同重復(fù)使用次數(shù)下的二甲苯濃度剩余，通過(guò)與初始濃度對(duì)比，得出相應(yīng)的去除效率，考察填料的重復(fù)使用性能。實(shí)驗(yàn)每組設(shè)置3個(gè)平行樣。

1.6 其他分析方法

二甲苯質(zhì)量濃度使用Agilent 7890A 氣相色譜儀檢測(cè)，F(xiàn)ID 檢測(cè)器，19091J-413 型毛細(xì)柱（30m×320μm×0.25μm）。檢測(cè)條件為：柱溫200℃，檢測(cè)器300℃，進(jìn)樣口150℃，載氣為N2。

生物量測(cè)定：以蛋白質(zhì)量表征生物量，蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[19]。

2 結(jié)果與討論

2.1 物化性質(zhì)分析

2.1.1 復(fù)合填料持水性能

填料具有良好的持水性能保持微生物的活性及防止填料干裂，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)更好地通過(guò)液膜傳輸?shù)缴锬ひ源司S持微生物活性[20]。分別測(cè)定了復(fù)合填料、硅藻土及陶粒隨時(shí)間的失水率。由圖3 可知，在水分充足時(shí)復(fù)合填料的曲線(xiàn)斜率相比于硅藻土及陶粒更小，且以更長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到恒重，說(shuō)明復(fù)合填料持水性能好。原因可能是PVA 和SA具有良好的親水性[21-22]，使得填料表現(xiàn)出較好的持水性能。

圖3 復(fù)合填料、硅藻土及陶粒失水率隨時(shí)間變化圖

2.1.2 FIIR分析

由圖4(a)可知PVA 在3270cm-1處存在—OH 伸縮振動(dòng)峰，在圖4(b)中PVA-SA 凝膠球中移動(dòng)到3310cm-1處，說(shuō)明PVA 中的—OH 與交聯(lián)劑中的B(OH)4-通過(guò)化學(xué)鍵作用形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)[23]。在圖4(a)中，SA、PVA 以及DE 分別在3440cm-1、3270cm-1、3444cm-1附近存在—OH 的伸縮振動(dòng)峰，三者的—OH 伸縮振動(dòng)峰在PVA-SA-DE 凝膠球中都出現(xiàn)移動(dòng)[圖4(b)]，說(shuō)明復(fù)合填料中PVA、SA 和DE之間羥基形成氫鍵[24]。圖4(a)中SA 在1411cm-1和1637cm-1處存在—COO-的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰和對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)峰，在圖4(b)中PVA-SA 凝膠球中移動(dòng)到1649cm-1和1415cm-1處，說(shuō) 明SA 的G 單 元中—COO-與Ca2+發(fā)生反應(yīng)形成蛋殼結(jié)構(gòu)[23-25]。根據(jù)上述證實(shí)，通過(guò)PVA、SA 和DE 之間氫鍵作用、PVA 和B(OH)4-、SA 和Ca2+之間反應(yīng)最終形成了PVA-SA-DE凝膠球。圖5為PVA-SA-DE凝膠球可能的形成機(jī)理。

圖4 合成原材和樣品的紅外光譜

圖5 凝膠球可能的形成機(jī)理

2.1.3 XRD分析

圖6為PVA、DE、PVA-SA凝膠球及PVA-SA-DE凝膠球XRD 圖譜。在2θ=20～40°之間，DE 存在SiO2和Al2O3的特征衍射峰[26]，DE 在2θ=21.74°處出現(xiàn)特征衍射峰，其主要成分為無(wú)定形的SiO2。PVA在2θ=19.61°處出現(xiàn)一個(gè)特征衍射峰，在此處PVASA凝膠球的特征衍射峰變寬變?nèi)?，是由于SA的加入一定程度上降低了PVA-SA復(fù)合物的結(jié)晶度。在PVA-SA-DE凝膠球中PVA在2θ=19.61°的特征衍射峰大幅度減弱，當(dāng)DE質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，PVA的結(jié)晶度降低，其原因可能是DE、PVA及SA之間形成大量氫鍵，阻礙了PVA 分子鏈的正常排序，最終導(dǎo)致PVA-SA-DE 凝膠球結(jié)晶程度降低[27]，表明PVA、SA成功將DE包裹形成PVA-SA-DE凝膠球。

2.2 復(fù)合填料重復(fù)使用性分析

復(fù)合填料連續(xù)降解二甲苯實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖7所示。復(fù)合填料連續(xù)降解8批二甲苯廢氣，在前兩次重復(fù)實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)去除效率始終處于70%以下的較低水平，但從第三次重復(fù)使用開(kāi)始，去除效率快速增加至87%。隨著降解二甲苯次數(shù)的增加，去除率在第四次重復(fù)使用達(dá)到95%左右，而后面的復(fù)合填料重復(fù)性實(shí)驗(yàn)去除效率則一直保持在95%以上，而且每次對(duì)二甲苯的降解能力均保持在286mg/(m3·h)，最高可達(dá)到440mg/(m3·h)。造成這種現(xiàn)象的原因是隨著復(fù)合填料重復(fù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，二甲苯不斷地被微生物分解利用，使得復(fù)合填料上的微生物量不斷增多，同時(shí)提高了對(duì)二甲苯的降解速率。且整個(gè)過(guò)程并未出現(xiàn)復(fù)合填料破碎、微生物溶出等現(xiàn)象，表明復(fù)合填料處理二甲苯廢氣具有較好的重復(fù)使用性。

圖7 填料使用次數(shù)對(duì)于去除效率的影響

3 BTF性能評(píng)價(jià)

3.1 啟動(dòng)階段

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖8所示。反應(yīng)器進(jìn)氣濃度為1200mg/m3，EBRT 為53s。在第1天去除效率29%，第2天去除效率達(dá)到47%，此后幾天去除效率穩(wěn)定不變。在第6 天進(jìn)行換向，隨后去除效率穩(wěn)步上升，并在第11 天達(dá)到96%去除效率并穩(wěn)定，此時(shí)出口濃度低于GB 16297—1996 中規(guī)定的排放限值[ρ(二甲苯)=70mg/m3]，結(jié)果表明第11天成功啟動(dòng)。

圖8 不同運(yùn)行階段生物滴濾塔對(duì)二甲苯的去除效率

3.2 停留時(shí)間影響

從圖8 可知，Ⅱ階段二甲苯進(jìn)氣濃度為1200mg/m3，EBRT 為28s、38s、53s 時(shí)，BTF 的去除效率分別為78%、86%、98%。從第65 天開(kāi)始，BTF 的EBRT 下降到38s，二甲苯的去除效率下降至86%左右。第76 天改變EBRT 為28s，去除效率隨之降低到78%。圖9 為不同EBRT 下進(jìn)氣負(fù)荷對(duì)體積去除負(fù)荷的影響。由圖9可知，當(dāng)進(jìn)氣負(fù)荷小于83g/(m3·h)，此時(shí)的去除效率非常接近100%去除效率線(xiàn)。進(jìn)氣負(fù)荷超過(guò)83g/(m3·h)時(shí)，隨著EBRT縮短，體積去除負(fù)荷與進(jìn)氣負(fù)荷的比值偏離100%去除效率線(xiàn)越遠(yuǎn)。Jorio等[28]在研究氣體流速和二甲苯濃度對(duì)泥炭生物過(guò)濾塔性能的影響時(shí)有類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這是由于EBRT越短，污染物與降解微生物接觸時(shí)間越短，導(dǎo)致低的去除效率[29-30]。

圖9 不同EBRT條件下進(jìn)氣負(fù)荷對(duì)體積去除負(fù)荷的影響

3.3 進(jìn)氣濃度影響

由圖8可知，從第76～123天，EBRT為28s，二甲苯入口濃度分別為1200mg/m3、700mg/m3、250mg/m3，此時(shí)BTF的去除效率分別為79%、91%、99%。第76～84 天，反應(yīng)器在高濃度二甲苯濃度（1200mg/m3）條件下運(yùn)行，此時(shí)的去除效率穩(wěn)定在78%。第85 天開(kāi)始，將進(jìn)氣濃度調(diào)整到700mg/m3，反應(yīng)器的去除效率小幅度增長(zhǎng)，最終穩(wěn)定在91%。第110 天時(shí)，進(jìn)一步將進(jìn)氣濃度降低到250mg/m3，去除效率有所增加，第118天去除效率上升到99%左右，最終穩(wěn)定在99%以上。Saravanan 等[31]處理二甲苯廢氣得到類(lèi)似結(jié)果，產(chǎn)生上述結(jié)果原因是高濃度污染物對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用以及氧氣供應(yīng)限制，導(dǎo)致反應(yīng)器去除效率相對(duì)較低[32-33]。

3.4 復(fù)合填料營(yíng)養(yǎng)緩釋性能測(cè)試

在反應(yīng)器運(yùn)行110天時(shí)，EBRT為28s，調(diào)整進(jìn)氣濃度為250mg/m3，去測(cè)試此時(shí)反應(yīng)器去除性能。在反應(yīng)器運(yùn)行124天時(shí)，將營(yíng)養(yǎng)液改為去離子水噴淋，其余工藝參數(shù)均不變。與前期使用營(yíng)養(yǎng)液噴淋時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，考察包埋填料在長(zhǎng)期使用后的營(yíng)養(yǎng)緩釋性能。由圖8 可知，在第110～123 天反應(yīng)器去除效率穩(wěn)定在99%以上。第124～132天改用去離子水噴淋，外界不提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)情況下，反應(yīng)器能穩(wěn)定運(yùn)行，且對(duì)去除效率基本無(wú)影響。結(jié)果表明復(fù)合填料具有良好的營(yíng)養(yǎng)緩釋性能。

3.5 短期沖擊負(fù)荷影響

實(shí)際工程中，入口廢氣濃度可能不穩(wěn)定，因此，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行2次短期沖擊負(fù)荷實(shí)驗(yàn)。第82天進(jìn)行第一次沖擊負(fù)荷實(shí)驗(yàn)，由圖10(a)可知，維持EBRT 28s不變，將二甲苯入口濃度從1200mg/m3增加到2200mg/m3左右，并在此濃度下維持1h，此時(shí)隨著入口濃度增加，去除效率也從78%小幅度的下降到63%。然后把入口濃度降回到1200mg/m3，濃度恢復(fù)后去除效率提高至78%。

圖10 沖擊負(fù)荷對(duì)去除效率的影響

第117天第二次沖擊負(fù)荷實(shí)驗(yàn)，在保持入口濃度250mg/m3不變條件下，將氣體流速?gòu)?19L/h提高到600L/h，相應(yīng)地，EBRT 也從28s 下降到15s。由圖10(b)可知，在第1～2.5h調(diào)整進(jìn)氣流速為600L/h，進(jìn)氣負(fù)荷從35g/(m3·h)逐漸增加到75g/(m3·h)并在此狀態(tài)下維持1.5h，反應(yīng)器去除效率從98%下降到73%。隨后在第2.5h 將進(jìn)氣流速?gòu)?00L/h 恢復(fù)到319L/h，運(yùn)行0.5h 后進(jìn)氣負(fù)荷降低到43g/(m3·h)，此時(shí)反應(yīng)器基本恢復(fù)到短期沖擊負(fù)荷前的去除效率，隨后，二甲苯去除效率基本穩(wěn)定在98%以上。

由以上結(jié)果可知，反應(yīng)器進(jìn)氣負(fù)荷突然增大并維持一段時(shí)間會(huì)導(dǎo)致去除效率有一定程度的下降，當(dāng)進(jìn)氣負(fù)荷調(diào)整到原有的水平，反應(yīng)器可在1h 內(nèi)恢復(fù)到?jīng)_擊前的去除效率。進(jìn)氣負(fù)荷的驟然升高抑制反應(yīng)器對(duì)污染物的降解[34]，而微生物包埋入復(fù)合填料中處于相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，復(fù)合填料可以減弱沖擊負(fù)荷對(duì)反應(yīng)器性能的影響，使得反應(yīng)器表現(xiàn)出了較強(qiáng)抗沖擊負(fù)荷能力和沖擊負(fù)荷后快速恢復(fù)的能力[32]。

3.6 停滯對(duì)BTF重啟影響

在實(shí)際的應(yīng)用中，各種突發(fā)情況可能導(dǎo)致BTF停止運(yùn)行。因此，在第51 天和第92 天分別進(jìn)行了為期7 天及2 天的停滯實(shí)驗(yàn)。第一次短期停滯實(shí)驗(yàn)在第51～57天。停滯前后反應(yīng)器參數(shù)相同，進(jìn)氣濃度為1200mg/m3，EBRT 為53s。反應(yīng)器重啟前后去除效率如圖11(a)所示，停滯前反應(yīng)器對(duì)二甲苯去除效率為98%。反應(yīng)器進(jìn)行7天停滯，隨著反應(yīng)器重啟運(yùn)行1天后即可恢復(fù)到停滯前的凈化性能。

圖11 短期停滯后生物滴濾塔重啟性能

第二次短期停滯實(shí)驗(yàn)在第92～93天。停滯前后反應(yīng)器進(jìn)氣濃度為700mg/m3，EBRT 為28s，去除效率85%。反應(yīng)器重啟后去除效率如圖11(b)所示，當(dāng)反應(yīng)器重啟0.5h后去除效率為74%，與停滯前的去除效率相差10%左右。隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，去除效率逐漸恢復(fù)到停滯前的水平。

表2對(duì)比了本實(shí)驗(yàn)和已有研究中部分生物過(guò)濾塔及BTF停滯前后的性能。結(jié)果表明，復(fù)合填料可以縮短反應(yīng)器停滯后恢復(fù)到正常凈化性能的時(shí)間。這是由于復(fù)合填料中含有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[35]及良好的持水性能可以很好維持的生物活性。

表2 生物過(guò)濾塔和生物滴濾塔停滯后重啟性能

3.7 生物量及壓降變化

在生物系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，微生物的持續(xù)增長(zhǎng)具有重要作用，但當(dāng)微生物量過(guò)多會(huì)使氣體和液體通過(guò)所需的空間縮小，最終導(dǎo)致系統(tǒng)壓降上升[40]。

測(cè)定單位填料負(fù)載的生物量及壓降如圖12 及圖13 所示，結(jié)合圖8 表明。第1～41 天（階段Ⅰ）生物量快速增加。第42～84天（階段Ⅱ）生物量維持一個(gè)相對(duì)平衡狀態(tài)，在第72 天出現(xiàn)壓降并逐漸上升。第85～123 天（階段Ⅲ）壓降上升到150Pa時(shí)，堆積在一起的復(fù)合填料在塔內(nèi)被沖刷散開(kāi)，壓降下降。隨著B(niǎo)TF運(yùn)行復(fù)合填料逐步恢復(fù)原有壓實(shí)狀態(tài)，壓降恢復(fù)到150Pa。而隨著進(jìn)口濃度的驟降，微生物能利用的污染物不足，且水流沖刷強(qiáng)度不變，使得微生物量下降，導(dǎo)致壓降逐漸降低。結(jié)果表明，壓降的上升主要是微生物形成微生物膜，使得系統(tǒng)空隙率下降，但是整個(gè)運(yùn)行期間并未造成反應(yīng)器的堵塞，對(duì)二甲苯去除無(wú)顯著影響[41]。

圖12 單位填料蛋白含量隨運(yùn)行時(shí)間變化

圖13 生物滴濾塔壓降隨運(yùn)行時(shí)間變化圖

4 結(jié)論

（1）本實(shí)驗(yàn)以PVA、SA 為包埋劑，DE 為骨架，將微生物固定化，制得了具有營(yíng)養(yǎng)緩釋能力復(fù)合填料。此填料內(nèi)部為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，比表面積為4.53m2/g，具備良好的持水性能。

（2）反應(yīng)器經(jīng)過(guò)11 天運(yùn)行完成啟動(dòng)。進(jìn)氣濃度為1200mg/m3，EBRT 分別為53s、38s、28s 時(shí)，去除效率為98%、86%、78%；在EBRT為28s、進(jìn)氣濃度為700mg/m3、250mg/m3時(shí)，去除效率分別為91%、99%。第124～132 天改用去離子水噴淋，外界不提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)情況下，反應(yīng)器能穩(wěn)定運(yùn)行，且對(duì)去除效率基本無(wú)影響。

（3）短期沖擊負(fù)荷實(shí)驗(yàn)中，把沖擊負(fù)荷突然提高，并維持一段時(shí)間后調(diào)整至初始狀態(tài)，反應(yīng)器的凈化能力可在1h內(nèi)恢復(fù)。反應(yīng)器經(jīng)過(guò)7天和2天的短期停滯后，分別可在1天和9.5h內(nèi)恢復(fù)到原有的凈化能力。