半工业规模生物洗涤器对硫化氢的去除能力评估外文翻译资料

 2023-01-10 14:48:43

技术报告

半工业规模生物洗涤器对硫化氢的去除能力评估

L. C C. Koe， BEng， MSc， PhD and F. Yang*

摘要：

本技术报告中描述了使用处理过的废水来支持固定薄膜生物洗涤器，进行硫化氢去除的操作的可行性。将一个实验室规模的固定薄膜生物洗涤器，用从生污泥样品中分离出来的硫杆菌细菌进行组装，在实验室培养，再用液浸法固定到洗涤器的塑料包装媒质中。

关键词：细菌；生物洗涤器；硫化氢；恶臭；硫杆菌；含硫氧化剂。

简介

为了减轻来自污水处理工厂的空气污染物的排放造成的危害，开放的气味排放来源（如污水入口设施，主要沉积单元，和污泥处理单元）被掩盖，有气味的空气被排放到大气中之前，被输送去进行治理(1)。然而，现有的治理方法，比如化学处理后通过活性炭吸附，因为要消耗大量的化工产品而被认为是非常昂贵的。此外，他们需要大量的劳动力来补充和控制化工产品，以及维护设备。可供替代的气味控制系统正吸引着越来越多的关注，比如利用微生物的新陈代谢功能的生物除臭方法。固定薄膜生物洗涤器被认为是所有生物方法中更具优势的，因为其气体保存时间相对较短，操作条件容易控制，去除效率高。

许多研究和发展已经实施了固定薄膜生物洗涤器技术，结果表明，生物洗涤器的效率取决于：(a)天然气保存时间，(b)最大加载速率，(c)pH值，(d)使用的菌种，(e)温度，(f)包装材料的类型，和(g)当地情况。因此，每个国家有必要建立实验程序来找出局部最优设计和操作参数。鉴于新加坡尚且缺乏先前关于气体生物处理的研究，一个实验室规模的固定薄膜生物洗涤器在新加坡国立大学成立，给该处理方法提供了新的信息。

材料和方法

细菌和生物反应器

细菌，暂时确定为硫杆菌sp，从市政污水处理工厂的活性污泥中分离出来。初始富集培养以硫杆菌作为为一般介质进行 (每100 ml组成成分： Na2S203·5H20，1.0 mg； KH2P04，0.1 mg； NH4Cl，0.1 mg； MgCl2·7H20，0.05 mg - adjusted to a pH of 6.8plusmn;0.2 at 25℃). 纯培养是通过在硫杆菌一般介质琼脂培养基上划线富集培养，培育，挑选单独的细菌集群。浓缩细菌培养随后被固定在现有的化学洗涤器的填料介质中。来自污水处理工厂的废水用作回收液体，提供细菌列的每日营养需求。废水的特征有：10-15 mg/l amm. N， PO4浓度为5-9 mg/l ， pH值为6.8-7.8。

生物洗涤器(图1)由直径为50mm，高度为650mm的填料塔和直径为190mm，高度为200mm的贮槽组成。填料塔的有效高度是500 mm，充满了连接于生物膜的聚丙烯笼罩环。反应器含有阀门，用于放入pH值探测器和温度计，同时能够定量给料和卸料。

系统启动

将沉浸到培养基中的包装材料先接种培养细菌26天，然后随机放置到填料塔中。用培养细菌接种的3 1废水被倒进贮槽，以0.06 l/min的恒定流量再循环。同时，空气流(含有平均浓度为5 ppm的硫化氢)以2 l/min的流量通过。H2S的去除效率从最初的40%，在三天内增加到99 %以上，同时适应时期也是被认为是在这个阶段完成的。

操作条件和分析方法

根据Yang和Allen的调查研究(2)，当硫酸的浓度达到有毒水平，微生物在生物系统的活动会受到严重的抑制。因此，对于在本研究中进行的整个系列的实验来说，再循环溶液中的硫酸浓度应维持在2000 - 5000 mg/ l。生物系统中的养分有效性的浓度用amm.N表示，它保持在10 - 30 mg/ l，再循环溶液的pH值保持在1.1 - -3.5范围。这些参数被用来确定在贮槽中增加废水的需求和频率，来维持生物洗涤器操作的最佳条件。硫酸的浓度，amm.N和混合液挥发性悬浮固体颗粒要使用标准方法测定(3)，贮槽中的pH值使用HORIBA f - 22酸度计测定。进口和出口的硫化氢浓度用MDA系列7100有毒气体监测的方法进行测定。气味浓度使用室内动态嗅觉测量器在新加坡国立大学进行测定。

结果和方法

细菌鉴定

细菌的照片是使用扫描电子显微镜(SEM)拍摄获取的，图2显示了放大了3500倍的生物膜。从结果来看，到这个阶段，不可能推断出存在于生物系统的物种的真实数量。然而，根据Bergey和John(4)的研究，占主导地位的氧化硫硫杆菌的识别是基于以下的观察：

使用培养基。革兰氏阴性、自养生长，以矿物盐作为媒质进行营养补充，如硫化氢或硫代硫酸盐。在硫代硫酸盐琼脂上的集群小于1.0毫米，透明(肉眼观察到)。细菌是短棒形，长度0.5到1.0--2.0mu;m，偏好酸性条件。

生物洗涤器的目的不是为了保持无菌环境。生物膜中发现了细丝，但是对氧化硫硫杆菌的活动没有留下任何不良影响；相反，它们帮助细菌结合到填料的表面（图2），反过来加速生物膜的形成。

气体停留时间对固定薄膜生物洗涤器性能的影响

将气体停留时间(GRTs)分别控制为20s、15s、10s、8s、5s、4s和3s进行研究，这个实验的实施要求通入的硫化氢浓度大约5ppm。去除效率与GRT之间的关系如图3所示。很明显，如果GRT超过5 s，对硫化氢去除效率没有明显的影响。当GRT减少到3s和4 s，去除效率分别下降到约为78%和68%。这减少量可以在生物清除的过程中被宏观动力学所控制。根据Sublette和Sylvester(5)的报道，硫化氢可以被纯培养的硫杆菌属在1 - 2s内进行新陈代谢。这表明在更短的GRT下，硫化氢去除效率的下降并非由于硫化氢分子和生物量之间的反应时间不足，而可能是由于硫化氢从气相到细菌存在的液相的转移慢了一步。

加载速率对生物系统的性能的影响

在这项研究中一个重要的观察报告是该生物洗涤器的硫化氢消除速率(g H2S/m3·h)与其加载速率(g H2S/m3·h)之间的关系。这两个参数都在固定薄膜生物洗涤器的设计和系统操作中扮演重要的角色。图4显示了该生物洗涤器的硫化氢消除速率，处理效率和硫化氢加载速率之间的关系。基于这些结果，该生物洗涤器的最大消除能力可以被估算出来。

最大实际消除能力

最大实际消除速率是生物系统的容量，它可以以理想的去除效率进行处理。因此，当消除速率曲线开始变平，去除效率下降到低于99%时，它是确定的。我们可以在图4中观察到，生物洗涤器的最大实际消除能力约90g H2S/m3·h。

最大消除能力

增加生物系统的加载可能会增加消除能力。然而，当消除能力达到一定水平，生物系统的消除能力不能通过增加加载速率增加。作者将这个值称为最大消除能力。因此，当消除速率曲线平坦，最大限度消除能力是确定的(6)。在这项研究中，发现的最大消除速率超过120g H2S/m3·h。

pH值对生物系统的性能的影响

在这种运行下，生物洗涤器被允许在没有pH值控制的条件下操作一段时间（图5）。pH值下降到0.93，然后通过在系统中加入一定剂量的废水，使其增加到1.33。当pH值低于1.3时，去除效率会随着pH值的进一步降低开始下降。当pH值下降到0.93，去除效率下降到低于95%。

立即调整pH值从0.93到1.33（归因于一定剂量的废水），观察生物洗涤器的硫化氢去除效率在恢复到95%以上之前的2-3天，最初下降到85% 。看来，由于新鲜废水的加入，生物系统最初对突然的pH值变化反应消极，但继续维持上述溶液pH值在1.0以上，生物系统可以恢复有效地去除硫化氢的能力。因此，为了保持生物洗涤器的高效率，循环液的pH值应保持高于1.0。

结论

1、来自市政污水处理工厂的废水被用于发挥其能力，来满足细菌在固定薄膜生物洗涤器中去除硫化氢的每日营养需求。生物洗涤器高效运作提供了不少于4s的气体的保留时间和不超过90g H2S/m3·h的生物系统加载速率。

2、因为生物系统的性能主要依赖于微生物活动，所以需要收集更多关于微生物种群动力学的数据。此外，在实际的应用程序中应该考虑低pH值导致的维护和操作问题。

参考文献

(1) KOE， L. C. C. AND CHEW， S. H. Control of odourous emissions at wastewater treatment plants - the Singapore experience. In Air amp; Waste Mangt. Assoc.， 9lstAnn. Meeting amp; Exhibition. San Diego， USA. 1998.

(2) YANG， Y. H. AND ALLEN， E. R. Biofiltration control of hydrogen sulfide. J. Air amp; Waste Mangt. Assoc.， 1994，44，863.

(3) AMERICANPU BLIC HEALTHA SSOCIATIOANM. ERICAWN ATERWORKS ASSOCIATION. WATERE NVIRONMENFTE DERATIOSNta. ndard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19th edition. Washington DC， USA. 1995.

(4) BERGEYD， . H. AND JOHN， G. H. BergeyS Manual of Determinative Bacteriology Williams amp; Wilkins C.P.， Baltimore. 1994.

(5) SUBLETTEK，. L. AND SYLVESTENR.， D. Oxidation of hydrogen sulphide by Thiobacillus denitrificans： desulfurization of natural gas. Biotech. amp; Bioengng.， 1987，29，249.

(6) OTTENGRASF.， P. P. Exhaust gas putrification. In： Biofechno/ogy (H. J. Rehm and G. Reed， Eds.) 8， 426. Verlagsgesell-schaft， Weinheim， Germany， 1986.

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