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外文翻譯
題目1：接種活性污泥的生物滴濾池處理氯苯的性能研究
題目2：采用活性炭顆粒作為生物濾池中的微生物載體處理硫化氫
外文翻譯之一
接種活性污泥的生物滴濾池處理氯苯的性能研究
作者：楊柏仁a，牛賢a,b，丁誠(chéng)a,*,徐曉絳a，劉冬雪a,b,*
國(guó)籍：中國(guó)
出處：a鹽城理工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系，江蘇鹽城，224051，中國(guó)
b江蘇大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江，212013，中國(guó)
*通訊作者。電話：1385588011；傳真：88168611；
電子郵件地址：ycdingc@163.com
摘要：以活性炭纖維和多面空心球作為填料來(lái)建立生物滴濾池（BTF）。將已經(jīng)馴化好的活性污泥接種于填料表面，用來(lái)凈化含有氯苯的惡臭廢氣。本實(shí)驗(yàn)考察穩(wěn)定運(yùn)行期，不同運(yùn)行條件下BTF的性能。結(jié)果表明，在氯苯的初始濃度為878.53-1522.48mg·m-3，空床停留時(shí)間（EBRT）為56s的條件下，去除效率（RE）是最好的，且平均去除率可以達(dá)到91.34％左右。最適的EBRT為45s。在氯苯的初始濃度為920.36-2019.85 mg·m-3，EBRT為28s的條件下，氯苯的去除效率最大。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中，BTF系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定并且反應(yīng)器沒(méi)有任何堵塞的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：生物滴濾池；氯苯；活性污泥；去除能力
1 引言
氯苯（CBS）被廣泛地用作溶劑，脫脂劑，增香劑和合成各種農(nóng)藥和染料的中間體[1]。氯苯具有強(qiáng)烈的毒性，因此具有很大的潛在危害性。它能損害生物體的內(nèi)分泌系統(tǒng)，刺激眼睛和鼻子，且有“致畸，致癌和致突變”等危害[2-4]。
據(jù)報(bào)道，每年約有150萬(wàn)的氯苯被釋放到空氣當(dāng)中去[5]。如果長(zhǎng)期暴露在受氯苯污染的環(huán)境當(dāng)中，人類(lèi)的身心健康都會(huì)受到非常大的危害[6]。因此，氯苯的控制和處理具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。目前，在國(guó)內(nèi)外，生物法處理氯苯等有機(jī)物質(zhì)已經(jīng)吸引了越來(lái)越多人的關(guān)注。與傳統(tǒng)的生物過(guò)濾器和生物凈化器相比較，選擇生物滴濾池可以更好地控制反應(yīng)器的條件，包括噴霧水和pH值。目前，多項(xiàng)研究已經(jīng)證實(shí)了生物滴濾池對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物，比如H2S [7]，NH3[8]，2-氯苯酚[9]，甲醇[10]和其他的揮發(fā)性有機(jī)化合物[11] 都具有良好的去除效果。不過(guò)，到目前為止，卻鮮有關(guān)于生物滴濾池處理氯苯廢氣的研究論文發(fā)表。本研究的目的就是為了探討接種活性污泥生物滴濾池去除氯苯的應(yīng)用潛力，并研究EBRT和進(jìn)氣負(fù)荷對(duì)生物滴濾池的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行性能的影響，為實(shí)際工程應(yīng)用提供一些指導(dǎo)性的意見(jiàn)。
2 材料和方法
2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
該生物滴濾池是由直徑為10cm，高度為120cm的有機(jī)玻璃以及體積為8.64 L的填料介質(zhì)制成的。BTF的研究大致可以分為四個(gè)部分，如圖1所示。BTF以逆流流動(dòng)的方式進(jìn)行操作，也就是說(shuō)，在池內(nèi)氣體是向上流動(dòng)的，而再循環(huán)液體是向下流動(dòng)的。噴射液被提升至BTF的塔的頂部，將一個(gè)水分配器放置在塔的頂部，以使液體進(jìn)行再分配。氯苯氣體從BTF系統(tǒng)的塔底引入。氯苯的入口濃度可以通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并與由空氣壓縮機(jī)供給的空氣進(jìn)行混合。氯苯的初始濃度是通過(guò)改變兩個(gè)路徑的空氣流量以使其控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。實(shí)驗(yàn)都是在相同的實(shí)驗(yàn)室室溫（范圍在17-28℃）和相同的氣壓條件下進(jìn)行的。其表觀液速為0.25-0.8m-3·h，與其相應(yīng)的空床停留時(shí)間為28-90s。氯苯的入口濃度為648.9-2019.85 mg·m-3。
圖1 生物滴濾塔的示意圖
2.2 材料
填料包括活性炭纖維和多面空心球兩種。實(shí)驗(yàn)中所用的污泥均取自于江蘇鹽城的一家污水處理廠的曝氣池內(nèi)。噴霧液的成分均引用參考文獻(xiàn)[12]。
2.3 分析方法
采用配備火焰離子化檢測(cè)器和Elite-5 毛細(xì)管柱（長(zhǎng)30m×直徑0.25mm）（Perkin Elmer Clarus）的氣相色譜法來(lái)測(cè)定惡臭廢氣中氯苯的濃度。載氣（置于氮?dú)庵校┝髁繛?.5mL·min-1和無(wú)分流進(jìn)樣模式，采樣體積為500 。氫氣流速為45mL·min-1，空氣流速為450 mL·min-1，進(jìn)樣針和檢測(cè)器的溫度分別為200℃ 和250℃。柱溫以10℃/min的速率從初始溫度70℃增加到最終溫度110℃。混合液體懸浮固體（MLSS）和混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定[13]。
3 結(jié)果與討論
3.1 接種物的富集
原始污泥洗滌數(shù)次后，先將污泥的上清液和下面的沉淀倒出，然后加水，形成活性污泥的混合液，然后將葡萄糖等營(yíng)養(yǎng)液[12]加入到活性污泥混合液中。每天換水一次，每次換水前停止曝氣1小時(shí)，去掉污泥的上清液，其目的是為了消除中間產(chǎn)物。最后，補(bǔ)充水份以保持其恒定的混合液體體積。結(jié)果如圖2所示，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，MLSS的濃度和MLVSS的濃度均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，這就表明，污泥濃度在逐漸地增加著。而MLSS與MLVSS的比值從原始污泥的0.54變化到培養(yǎng)10天后的0.62，這就表明，在污泥培養(yǎng)的過(guò)程當(dāng)中，生物量也得到了增加。
圖2 培養(yǎng)過(guò)程中MLSS和MLVSS的變化
3.2氯苯降解性能的馴化
通過(guò)逐漸減小混合液中葡萄糖的含量，增加氯苯的含量，對(duì)污泥進(jìn)行定向馴化，最終使氯苯代替葡萄糖作為微生物生長(zhǎng)的唯一碳源。而其它的營(yíng)養(yǎng)液均保持不變。
如圖3所示，在污泥馴化的開(kāi)始，MLSS和MLVSS的濃度驟然下降，這表現(xiàn)了活性污泥對(duì)氯苯的耐受性較差的性質(zhì)。此外，雖然MLSS和MLVSS的濃度都有所下降，但是MLSS與MLVSS的比值卻在持續(xù)地增加，且最大值可以達(dá)到0.81。結(jié)果表明，隨著在污泥中的生物量的不斷提高，越來(lái)越多的微生物可以對(duì)氯苯進(jìn)行降解。
圖3 培養(yǎng)過(guò)程中MLSS和MLVSS的變化
3.3 EBRT對(duì)生物滴濾池去除效率的影響
空床停留時(shí)間是在系統(tǒng)運(yùn)行中的關(guān)鍵控制參數(shù)之一，如果EBRT太短的話，微生物和填料之間的傳質(zhì)是不充分的。另一方面，如果EBRT太長(zhǎng)的話，就會(huì)影響生物滴濾池的運(yùn)行效率。因此，本研究探討了系統(tǒng)運(yùn)行50天之后的系統(tǒng)性能（圖4），實(shí)驗(yàn)共分為四組數(shù)據(jù)，氯苯氣體濃度均為1200 mg·m-3 ，EBRT分別為28s，45s，75s和90s。
如圖4所示，氯苯的去除效率均為60％以上，且隨著時(shí)間的不斷增加，氯苯的去除效率也在逐漸地增加，整個(gè)過(guò)程中BTF系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。在氯苯初始濃度為878.53-15220.48 mg·m-3，EBRT為56s的條件下，系統(tǒng)可以達(dá)到最大的去除效率，其最大去除效率為91.34％。然而，對(duì)比 EBRT為45s時(shí)的去除效率，觀察到氯苯的去除效率并沒(méi)有大幅增加。根據(jù)這一點(diǎn)可以確定，在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中，最佳的空床停留時(shí)間是45s。
圖4 EBRT和氯苯去除效率的關(guān)系圖
3.4 進(jìn)、出口氣體負(fù)荷之間的關(guān)系
本實(shí)驗(yàn)研究了氯苯的去除能力和入口負(fù)荷之間的關(guān)系，控制氯苯濃度為648.90-20190.85 mg·m-3， EBRT分別為28s，45s，75s和90s的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。結(jié)果如圖5所示，試驗(yàn)在不同的EBRT條件下，隨著入口負(fù)荷的不斷增加，氯苯的去除能力呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，然而歐盟協(xié)議中，氯苯的去除能力是隨著日益增多的入口負(fù)載線性不斷升高的。實(shí)驗(yàn)中，最大的去除能力為154.32g·m-3·h-1，這個(gè)結(jié)果可以在EBRT為28s時(shí)達(dá)到 。然而，隨著EBRT的不斷減少，氯苯的去除能力從100％的地方開(kāi)始偏離去除曲線越來(lái)越遙遠(yuǎn)，這就表明，氯苯的去除效率正在逐漸地降低。所以，入口負(fù)載越低，氯苯的降解就會(huì)越完全。
圖5 消除能力和入口負(fù)荷的相關(guān)性
4 結(jié)論
本實(shí)驗(yàn)將培養(yǎng)和馴化的活性污泥接種到生物滴濾池上來(lái)對(duì)氯苯氣體進(jìn)行降解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該BTF系統(tǒng)可以成功地啟動(dòng)，并且穩(wěn)定操作，同時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)任何反應(yīng)器堵塞的問(wèn)題。
本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BTF系統(tǒng)能有效降解氣態(tài)氯苯。EBRT為90s和氯苯初始濃度為878.53-1522 0.48g·m-3的條件下，去除效率是最大的，并且其平均的氯苯去除效率也可以達(dá)到97.3％左右。最佳的EBRT確定為45s。此外，最大的去除能力為154.32g·m-3·h-1，它是在EBRT為28s和氯苯的初始濃度為920.36-2019 .85g·m-3的條件下達(dá)成的。
5 致謝
本工作由是科技部國(guó)家創(chuàng)新項(xiàng)目（09C26213203714）提供的支持，并且由江蘇省環(huán)境保護(hù)先進(jìn)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（ AE201119 ）和江蘇省的清瀾工程科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（ 2010）提供科研基金。
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外文翻譯
題目1：接種活性污泥的生物滴濾池處理氯苯的性能研究
題目2：采用活性炭顆粒作為生物濾池中的微生物載體處理硫化氫
外文翻譯之二
采用活性炭顆粒作為生物濾池中的微生物載體處理硫化氫
作者：段慧琪a，Lawrence C.C. Koea，顏容b，*，陳曉鴿b
國(guó)籍：新加坡
出處：a環(huán)境工程技術(shù)研究中心，土木與環(huán)境工程學(xué)院，南洋理工大學(xué)，N1座，南洋大道50號(hào)，新加坡639798，新加坡
b環(huán)境科學(xué)與工程研究所，南洋理工大學(xué)創(chuàng)新中心2座237室，南洋大道18號(hào)，新加坡637723，新加坡
*通訊作者：聯(lián)系電話：006567943244；傳真：006567921291；
電子郵件地址：ryan@ntu.edu.sg（R.Yan）。
摘要：生物處理是一種處理污水處理廠排放的廢氣的新興技術(shù)。在污水處理廠排放的廢氣中最常見(jiàn)的惡臭氣體是硫化氫（H2S），它具有非常低的氣味閾值。本研究使用生物活性炭作為填料，把細(xì)菌固定在填料上將活性炭吸附和H2S的生物降解作用相結(jié)合，從而達(dá)到生物過(guò)濾工藝性能的強(qiáng)化。生物膜主要通過(guò)將細(xì)菌培養(yǎng)在碳粒的礦物介質(zhì)中進(jìn)行開(kāi)發(fā)。掃描電子顯微鏡（SEM）用來(lái)觀察生物膜在活性炭上的形成。設(shè)置二個(gè)相同實(shí)驗(yàn)規(guī)模的生物濾池，一個(gè)用生物活性炭（BAC）操作，而另一個(gè)用無(wú)固定化細(xì)菌的碳。不同H2S濃度（高達(dá)125ppmv ）實(shí)驗(yàn)用以確定最佳性能。生物濾池實(shí)現(xiàn)了快速啟動(dòng)(幾天)，就使硫化氫得到了去除的效果。容積負(fù)荷為1600m3m-3h-1（入口H2S濃度為87ppmv），BAC的去除速率是181gH2Sm-3h-1，去除效率（RE）達(dá)94％。如果入口濃度低于30ppmv ，在氣體停留時(shí)間（GRT）低至2s時(shí)，H2S的去除效率高達(dá)到99％，而該GRT值小于已有的報(bào)道。細(xì)菌群落證明，在廣泛的pH范圍內(nèi)（pH值為1-7），酸性生物濾池有去除H2S的能力。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在生物濾池中的BAC填料可以被重復(fù)使用?？傮w而言，結(jié)果表明， BAC可以作為硫化氫生物過(guò)濾的支持媒介。
關(guān)鍵詞：硫化氫；氧化硫硫酸桿菌；生物活性炭；生物濾池
1引言
生物處理過(guò)程是一種有前途的技術(shù),在有氣味的空氣污染控制方面也有廣泛應(yīng)用。選擇適當(dāng)?shù)奶盍蠈?duì)整個(gè)生物反應(yīng)器系統(tǒng)的異味去除性能非常重要，一般認(rèn)為主要取決于填料的類(lèi)型（羅，2001）。填料應(yīng)該有一個(gè)大的比表面積，好的空氣和水的滲透性，并能提供一個(gè)好的微生物生長(zhǎng)環(huán)境（Elias等，2002年）。它對(duì)空氣和水的分布以及傳質(zhì)也起到了重要作用（楊等，2000）。到目前為止，已經(jīng)有例子系統(tǒng)地報(bào)道了有關(guān)填料的特性和生物反應(yīng)器的性能之間的關(guān)系（Higuchi等，2000）。
使用的新型填料包括任一天然材料（Cho等, 2000；Smet, 1996；楊和Allen ,1994）如土壤，堆肥，泥炭，木屑和火山石，或合成材料（Gabriel和Deshusses ,2003；Kinney等，1996；Koe等，2001 ；Sorial等，1998），例如陶瓷鞍座，聚乙烯鮑爾環(huán)，聚氨酯彈性乙烷泡沫，活性炭和擠壓的硅藻土顆粒。天然材料，如堆肥和木片，它們的比表面積較低，會(huì)導(dǎo)致容積反應(yīng)速率低（ Cho等人，2000）。天然材料通常要求大的占地面積，并且會(huì)因流程擴(kuò)展使流量增加最終讓升級(jí)變得很困難。對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)作，隨著時(shí)間的推移，介質(zhì)沉降可能影響管道流通從而降低性能。有機(jī)介質(zhì)， 3-5年后也需要進(jìn)行更換，而且他們很難再生（ Gabriel和Deshusses ，2003a）。另一方面，必須進(jìn)行空氣加濕和提供營(yíng)養(yǎng)。使用合成填料的優(yōu)點(diǎn)有很多，如水頭損失低是由于填料顆?；蛩槠g較大的間隙，有較大的比表面積和污染物的固相吸附（Martin等，2002）。
合成填料中，活性炭一直是物理吸附氣味的最廣泛使用的材料。然而，它的容量有限，成本高阻止了活性炭成為一個(gè)更廣泛的應(yīng)用。生物系統(tǒng)采用生物活性炭（BAC）在處理在水，廢水或空氣中的有機(jī)污染物方面已經(jīng)表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能（Ehrhardt和Rehm, 1985；李等, 2002a；劉和 Barkley, 1994）。活性炭的主要功能是支撐微生物并作為負(fù)載波動(dòng)的緩沖器，因?yàn)樯锬た赡軙?huì)阻礙碳吸附。與傳統(tǒng)的生物系統(tǒng)比，增強(qiáng)的性能可能體現(xiàn)在較高的去除率上。微生物系統(tǒng)在較短的馴化期間，增加進(jìn)水污染物濃度時(shí)，流出物中污染物濃度變低（Voice等，1992）?；钚蕴颗c其它材料（主要是堆肥）作為混合的過(guò)濾材料在某些生物濾池的應(yīng)用上表現(xiàn)十分成功（Abumaizar等，1998； Mohseni等，1998）。雖然一些使用BAC處理有機(jī)污染物的研究已有報(bào)道，但進(jìn)一步采用碳作為填料進(jìn)行細(xì)菌固定化的研究仍然需要，特別是BAC用于生物除臭過(guò)程的應(yīng)用。相比其它傳統(tǒng)介質(zhì)，BAC能提供更有效的氣味處理，但對(duì)于這個(gè)假設(shè)的支持?jǐn)?shù)據(jù)還是不夠的。
在本研究中，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的圓柱形生物濾池系統(tǒng)建成以探究BAC的性能（例如，去除能力，去除率）。實(shí)驗(yàn)對(duì)各種運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了研究，包括入口H2S濃度，氣體停留時(shí)間（GRT），氣體流量，以及沖洗系統(tǒng)的頻率等。針對(duì)潛在目標(biāo)再利用或生物再生，實(shí)驗(yàn)對(duì)廢棄的活性炭（SAC；飽和H2S）也進(jìn)行了研究。掃描電子顯微鏡（SEM）用來(lái)觀察生物膜在活性炭上的形成。
2材料和方法
2.1 活性污泥的馴化
在這項(xiàng)工作中使用馴化的活性污泥而非活性污泥本身。它是用一個(gè)正常的活化污泥在硫代硫酸鹽（TS）的培養(yǎng)基中馴化5天，并轉(zhuǎn)移到新鮮培養(yǎng)基中培養(yǎng)五天后制備得到。TS培養(yǎng)基的組成如下：Na2S2O2·5H2O，10gL-1；KH2PO4，1.5gL-1；K2HPO4，1.5gL-1；NH4Cl，0.4g；MgCl2·6H2O， 0.8gL-1； CaCl2·2H2O，0.05gL-1； 放線菌酮（抗真菌劑），0.05gL-1（pH=6.8±0.2）。硫化物氧化細(xì)菌從當(dāng)?shù)氐奈鬯幚韽S的二沉池的回流活性污泥中獲得。馴化時(shí)間為15天左右（2次轉(zhuǎn)換），細(xì)菌的種子準(zhǔn)備就緒，接種到活性炭床上。
2.2 生物濾池系統(tǒng)
設(shè)計(jì)和建構(gòu)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生物過(guò)濾系統(tǒng)。它包括平行雙立塔，可同時(shí)分別進(jìn)行操作和控制（圖1）。填料（卡爾岡AP460）置于透明和硬質(zhì)的有機(jī)玻璃管中，其具有3.6cm的內(nèi)徑和30cm的高度。炭床填充于管內(nèi)到20cm的高度，填充容積為0.2L。填料支承在塑料篩板上，以確保入口氣體通過(guò)炭床均勻分布。在這項(xiàng)工作中，塔A和B是由炭床是否有被固定化的細(xì)菌進(jìn)行區(qū)分。該組合物和各塔的物理性質(zhì)總結(jié)于表1中。
取樣口位于塔沿氣體采樣和壓力測(cè)量處。各個(gè)采樣口的確定是基于沿生物過(guò)濾塔入口，5，10，15cm和出口處的位置。在這項(xiàng)研究中，大多數(shù)的采樣是在出口進(jìn)行的，除了幾個(gè)10cm點(diǎn)處的取樣端口被用于處理短的GRTS（在1s時(shí)）。加濕空氣流的制備是通過(guò)包含水（加濕室）的氣體洗瓶吹氣。此外，炭床一天澆水兩次，將炭床浸沒(méi)在培養(yǎng)基中10分鐘，然后釋放溶液。所需的入口H2S濃度通過(guò)調(diào)整氣體鋼瓶出口針閥處的H2S為5％（N2中平衡，林德氣體新加坡私人有限公司）得到。
使用最小單位為L(zhǎng)·min-1的AALBORG（Orangeburg NY，USA）流量計(jì)控制和測(cè)量臭氣（含不同濃度的H2S）的流速，位于洗瓶的入口，從塔底向上吹氣。兩個(gè)額外的壓力端口分別安裝在塔頂和塔底，以便通過(guò)最小讀數(shù)為1毫米水柱的水壓計(jì)測(cè)量壓降。柱子用橡膠塞密封。橡膠塞在塔頂可移動(dòng)，使得水和礦物源引入過(guò)濾材料，保持炭床上有足夠的水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)。所有的氣體管路為1/4英寸直徑的聚四氟乙烯管。該系統(tǒng)在約251℃的溫度下操作在所有的實(shí)驗(yàn)中。
2.3固定化細(xì)菌
在這項(xiàng)研究中采用網(wǎng)上固定來(lái)啟動(dòng)生物濾池，并如下程序：活性炭顆粒高壓滅菌并隨機(jī)塞到兩柱中。濃縮的微生物發(fā)酵液5mL加入到45mL的新鮮礦物介質(zhì)（液體中無(wú)Na2S2O3·5H2O）。然后，50mL細(xì)菌濃度為1.96×108cfu mL-1的細(xì)菌溶液從A塔頂部倒入淹沒(méi)炭床5mm水位之上。B塔中，用50mL蒸餾水來(lái)代替細(xì)菌溶液。在同一時(shí)間，用低濃度的H2S合成臭氣（約20-50ppmv）吹入兩填料塔內(nèi)。H2S的進(jìn)料為細(xì)菌的生長(zhǎng)提供能量。完成固定和馴化階段（在這項(xiàng)研究中約1周），該系統(tǒng)被部署為BAC的性能評(píng)估。操作條件列于表2。如先前報(bào)道（Yan等人，2002），在表2中，未接種的塔比接種塔的pH值低，這是因?yàn)镠2S氣體通過(guò)活性炭被吸附。
2.4分析方法
?使用以下的設(shè)備周期性測(cè)量取樣口的氣體濃度，各塔的壓降，和各塔中生物過(guò)濾系統(tǒng)的氣體流速。Tedlar袋被用來(lái)收集塔上各位置的氣體樣品。H2S濃度采用Jerome 631-X硫化氫分析儀（亞利桑那州儀器，美國(guó)）測(cè)定。每個(gè)氣體樣品應(yīng)立即進(jìn)行分析，以避免H2S樣品變質(zhì)。為了消除Tedlar袋中殘留H2S的影響，所有樣品袋被分析后，立即用清潔空氣進(jìn)行沖洗。每個(gè)樣品進(jìn)行三次分析以保持一致性。氣體流速使用單位為L(zhǎng)·min-1的AALBOR（Orangeburg NY，USA）流量計(jì)進(jìn)行控制和測(cè)量。流動(dòng)注射分析儀，離子色譜儀（FIA/集成電路，Lachat公司，QuickChem8000）用于硫酸鹽分析。掃描電鏡（立體掃描420，LEO，UK）被用來(lái)確定生物膜發(fā)展和BAC的孔隙率。BAC是通過(guò)在pH為4的TS培養(yǎng)基上利用平板計(jì)數(shù)法定期取樣進(jìn)行微生物檢驗(yàn)。將出現(xiàn)在TS培養(yǎng)基上的優(yōu)勢(shì)硫氧化菌進(jìn)行分離，須鑒定16S rRNA基因部分序列。碳懸浮液的pH值，為有關(guān)碳表面的平均酸度/堿提供了有用的信息，以下列方式測(cè)定：約1g二氧化碳浸入50ml的超純水，在自動(dòng)搖床上攪拌24小時(shí)以達(dá)到平衡。將樣品過(guò)濾，溶液的pH值用Horiba pH計(jì)F-21（Horiba Interna-tional Corporation）進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果被稱(chēng)為簡(jiǎn)化的“碳的pH值”。
3 結(jié)果與討論
3.1在啟動(dòng)期間的性能
圖2中a和b顯示出了兩個(gè)生物過(guò)濾器最初21天的運(yùn)行過(guò)程中的性能。在啟動(dòng)階段的H2S去除性能的分析（GRT調(diào)至-21，圖2a）顯示，操作1天后去除效率（RE）開(kāi)始增加，其中含BAC的A塔達(dá)到90％，含碳的B塔達(dá)到70％，約6天進(jìn)入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行階段。該BAC的pH值在4天操作后下降到2。RE的增長(zhǎng)與pH值的下降相關(guān)，這是由于產(chǎn)生了H+和硫化氫氧化形成硫酸鹽。馴化歷時(shí)約6天，在這之后的剩余時(shí)間里H2S的RE居高不下。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間，入口H2S濃度分別從10到125ppmv不等?；讷@得的數(shù)據(jù)，可以認(rèn)為，使用BAC的生物濾池，6天的啟動(dòng)時(shí)間已經(jīng)足夠（圖2）。如果BAC用于較大規(guī)模的生物濾池中，更長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間是必要的。
在圖2b中，雖然在21天的運(yùn)行時(shí)間里入口濃度高度波動(dòng)，但生物過(guò)濾系統(tǒng)強(qiáng)大到足以持續(xù)吸收和處理可變濃度為10-125ppmv的硫化氫。為了確認(rèn)碳表面上是否形成了合適的生物膜，BAC的樣品顆粒在運(yùn)行第16天從介質(zhì)床中取出用于分析。樣品的表面特征通過(guò)SEM測(cè)定。如圖3所示，從SEM照片圖可以看出，在碳表面形成含有棒狀細(xì)菌的生物膜。優(yōu)勢(shì)硫氧化菌在這個(gè)系統(tǒng)被認(rèn)定為氧化硫硫酸桿菌的部分rRNA基因的部分序列。另一方面，塔B用蒸餾的水澆灌，細(xì)菌在蒸餾水中生長(zhǎng)是不可能的。塔B的SEM照片中，沒(méi)有生物膜，只顯示化學(xué)晶體。
在啟動(dòng)階段，將塔A和B中使用的活性炭顆粒浸泡在液體培養(yǎng)基中（無(wú)論是塔A中的細(xì)菌溶液或塔B中的水）一段時(shí)間。濕碳顆粒的含水量平均約56wt％。對(duì)生物膜來(lái)說(shuō)，生物濾池中圍繞在介質(zhì)周?chē)乃畬拥拇嬖跁?huì)抑制來(lái)自氣相傳質(zhì)的污染物（Li等，2002），故塔A中的BAC生物濾池的平均去除率小于94％是毫不奇怪的。
3.2 長(zhǎng)期性能
啟動(dòng)21天之后，多余的培養(yǎng)液從生物濾池中排出，而下一個(gè)79天進(jìn)行評(píng)估其長(zhǎng)期性能。在此期間，生物濾池每天加水兩次，以保持系統(tǒng)的水分。生物過(guò)濾試驗(yàn)長(zhǎng)期性能報(bào)告如圖4所示，表現(xiàn)去除能力與負(fù)荷率的關(guān)系。污染物負(fù)荷率在生物濾池的設(shè)計(jì)中是一個(gè)重要變量。這項(xiàng)研究中，負(fù)荷率的變化是H2S入口濃度和流入氣體的流速變化的結(jié)果。當(dāng)負(fù)荷不到100gH2Sm-3h-1時(shí)，含BAC的生物濾池持續(xù)降解硫化氫的RE超過(guò)97％（圖4）。負(fù)荷在100gH2Sm-3h-1在以上， BAC的發(fā)生破裂。負(fù)荷超過(guò)150gH2Sm-3h-1，觀察到一個(gè)準(zhǔn)零次降解機(jī)制，RE逐漸減小。在GRT為2S時(shí)，BAC的去除能力可以達(dá)到100 gH2Sm-3h-1，堪比先前報(bào)道的在GRT為2s左右時(shí)的最大值（110gH2Sm-3h-1）（Gabriel和Deshusses，2003年b）。在容積負(fù)荷為1600m3m-3h-1（H2S入口濃度為87ppmv）時(shí)，BAC的最大去除能力（181gH2Sm-3h-1）RE為94％可以實(shí)現(xiàn)。
入口硫化氫濃度，GRT和H2S的去除效率之間的關(guān)系如圖5所示。硫化氫濃度從20變化到100ppmv，生物濾池的GRT從1s到6s。即使流入的H2S的濃度一直變化，在GRT為4s或以上時(shí)，BAC能夠有效地工作。進(jìn)一步降低GRT（﹤4s），如預(yù)期般會(huì)導(dǎo)致H2S的去除率降低。即使如此，當(dāng)系統(tǒng)在GRT短至2s運(yùn)行，入口H2S濃度高達(dá)30ppmv時(shí)能普遍達(dá)到RE為98％。相比其他生物濾池，即使在??較長(zhǎng)的GRT去除低濃度硫化氫，其性能也是非常高的。對(duì)于大多數(shù)本地污水處理廠，污水廠氣流中的硫化氫濃度通常小于30ppmv。因此，生物濾池填充BAC應(yīng)該能夠更有效地工作，并且可以在GRT低至2s時(shí)有效地除去H2S。
3.3 BAC與非細(xì)菌性活性炭
運(yùn)行34天之后，VAC的H2S去除能力（控制塔B）大幅下跌，而B(niǎo)AC的RE在大部分的時(shí)間內(nèi)可維持99％以上的高水平。然后在操作34天控制塔的基礎(chǔ)上，計(jì)算VAC的H2S去除能力，發(fā)現(xiàn)在這個(gè)控制塔內(nèi)VAC已去除的H2S約0.49wt％（濕重）。這個(gè)值接近于VAC的H2S穿透容量（0.44wt％，濕重為基準(zhǔn)）。與BAC去除H2S的能力相比較，結(jié)果表明，操作100天左右，BAC消除的H2S為20.08％（濕重），生物濾池仍然能夠除去額外的H2S。研究結(jié)果初步證明，BAC對(duì)脫除H2S的優(yōu)良性能，而且BAC可以延長(zhǎng)活性炭的使用壽命。
3.4 性能影響因素
在這一系統(tǒng)中存在一些限制。首先，填料床中過(guò)量的硫酸和生物質(zhì)的積累是經(jīng)常遇到的問(wèn)題。在生物濾池的操作中，在碳表面上觀察到白色沉積物，并且從床的底部到上部，該床的顏色逐漸從黑色變?yōu)榘l(fā)白的黃色。沉積速率似乎正比于H2S負(fù)載率。突然增加的硫化氫負(fù)載在很寬的濃度范圍內(nèi)，長(zhǎng)時(shí)間在H2S高負(fù)荷率下操作引起白色的物質(zhì)迅速積累。床的這種變色是由床邊pH值急劇下降引起的。
極高的系統(tǒng)酸度有害于微生物生態(tài)位。在這項(xiàng)研究中，系統(tǒng)的pH低于1時(shí)，微生物生態(tài)位的活性細(xì)胞數(shù)目迅速下降。雖然低pH值不協(xié)助硫化氫吸附，但它提供了硫化物氧化的有利條件。對(duì)A.硫桿菌最適pH通常為1.0到1.5之間。 （Gabriel和Deshusses，2003b）。然而還需要進(jìn)一步研究，以更好地了解低pH值對(duì)BAC生物濾池的影響。生物量和硫化物的生物氧化物，包括元素硫，硫酸鹽，TS等的積累可能會(huì)抑制系統(tǒng)的性能。生物量和元素硫最容易引起結(jié)垢，其他大多數(shù)的硫中間體是可溶的。污垢會(huì)堵塞碳表面孔隙和氣流的通路從而使生物濾池去除效率降低。
其次，床層容易變干，需要定期清洗，因?yàn)樯餅V池填料中適當(dāng)?shù)暮?，是其良好性能的另一個(gè)重要參數(shù)。過(guò)高的水分含量會(huì)抑制生物膜的氣相傳質(zhì)和碳表面的吸附。相反，變干的填料肯定會(huì)損害被固定在支撐填料表面（莫拉萊斯Morales等，2003）的微生物的健康成長(zhǎng)?？刂扑中枰捞盍系母稍锸怯捎谌肟跉怏w溫度和相對(duì)濕度的改變，和污染物氧化代謝產(chǎn)熱引起的。
多余的生物量和氧化產(chǎn)物（如硫）的積累可以通過(guò)填料床水灌來(lái)定期清洗使其減少。這個(gè)沖洗還可以幫助保持填料床中的水分含量供生物膜健康發(fā)展。用50mL去離子（DI）水洗滌該系統(tǒng)10分鐘可除去約40％的碳床上積累的硫酸，但它只能增加pH值0.1-0.2個(gè)單位。Morales等（1998）報(bào)道，生物濾池系統(tǒng)啟動(dòng)后活性炭可以成為攪渾的生物質(zhì)，與木屑和菇渣混合以修正活性炭。類(lèi)似的現(xiàn)象也出現(xiàn)在我們的應(yīng)用假單胞菌等在BAC中處理甲苯的研究中（Koe和梁，2005）。然而，這種現(xiàn)象并沒(méi)有在這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，可能由于選擇了合適的清洗頻率。減少結(jié)垢的另一個(gè)原因是在塔中去除H2S的生物量低。自養(yǎng)生物（A.硫桿菌）產(chǎn)生比異養(yǎng)生物（甲苯降解菌株）的生物量要少得多。
3.5使用SAC作為填料
用過(guò)的碳可以被重新使用，通過(guò)預(yù)先吸附在活性炭的硫化氫分子消耗微生物來(lái)生物再生固定化細(xì)菌。其中硫化氫排放二氧化碳的塔用來(lái)驗(yàn)證這一假說(shuō)。類(lèi)似的細(xì)菌固定化程序是用于排放的二氧化碳，其次是生物濾池性能評(píng)估。其結(jié)果如圖6所示。SAC初始的 pH為2.5相比VAC的pH為7.96。在GRT為24s時(shí)，經(jīng)過(guò)6天（這是因?yàn)閂AC用同一固定期）的初始固定化，GRT減少到12s，然后達(dá)到6s是由于增加生物濾池中通過(guò)的氣體流量。我們發(fā)現(xiàn)，由SAC作用產(chǎn)生的BAC和 VAC作用產(chǎn)生的差不多。在98％的去除效率時(shí)，H2S負(fù)荷可以高達(dá)125gH2Sm-3h-1。但是，GRT至少需要6s，才能實(shí)現(xiàn)了98％以上的去除效率。運(yùn)行55天后來(lái)自SAC的BAC還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有窮盡。在填料床變干或發(fā)生堵塞時(shí)，生物濾池的RE周期性下降。結(jié)果表明，可以開(kāi)發(fā)基于SAC的 BAC。這可能是在工業(yè)應(yīng)用中重復(fù)使用活性炭的潛在解決方案。
4結(jié)論
該實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生物濾池的試驗(yàn)性能表明，BAC顯示了比非細(xì)菌性活性碳作為氣味吸附劑更好的性能。活性炭是適用于生物處理硫化氫的一個(gè)極好的微生物載體。在活性炭上的固定化微生物能夠延長(zhǎng)活性炭的能力和壽命。最早期的非BAC生物過(guò)濾器的研究，有效地除去20-100ppmv 的H2S需要10-30s的GRT來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此導(dǎo)致其去除能力為110gH2Sm-3h-1或更少。在這個(gè)生物濾池的研究中，6天的短暫固定時(shí)間，BAC可以實(shí)現(xiàn)更好的性能，以及特別是對(duì)于低濃度廢氣，去除能力高達(dá)181gH2Sm-3h-1是可以實(shí)現(xiàn)的，并且生物濾池高性能運(yùn)行至少可以維持100天。優(yōu)勢(shì)細(xì)菌種群A.硫桿菌的鑒定由16S rRNA基因測(cè)序。此外，使用過(guò)的活性炭也可以用來(lái)作為生物反應(yīng)器填料。這可能成為在同行業(yè)中重復(fù)使用活性炭的一個(gè)潛在解決方案。
從上述結(jié)果可以看出，雖然兩者的硫化氫的吸附容量和活性炭的吸附速率均受到生物膜的形成的影響，但BAC由于蓄水能力好仍可提供有吸引力的，營(yíng)養(yǎng)豐富的環(huán)境供細(xì)菌良好生長(zhǎng)，并且它具有較大的比表面積和較好的H2S的吸附能力?；钚蕴课胶虷2S的生物膜降解的聯(lián)合作用使BAC生物濾池實(shí)現(xiàn)了比那些細(xì)菌性活性炭更好的性能。
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