中文译文-采用活性炭颗粒作为生物滤池中的微生物载体处理硫化氢.doc

1、外文翻译 题目1：接种活性污泥的生物滴滤池处理氯苯的性能研究 题目2：采用活性炭颗粒作为生物滤池中的微生物载体处理硫化氢外文翻译之二采用活性炭颗粒作为生物滤池中的微生物载体处理硫化氢作者：段慧琪a，Lawrence C.C. Koea，颜容b，*，陈晓鸽b国籍：新加坡出处：a环境工程技术研究中心，土木与环境工程学院，南洋理工大学，N1座，南洋大道50号，新加坡639798，新加坡 b环境科学与工程研究所，南洋理工大学创新中心2座237室，南洋大道18号，新加坡637723，新加坡 *通讯作者：联系电话：006567943244；传真：006567921291；电子邮件地址：ryanntu.ed

2、u.sg（R.Yan）。摘要：生物处理是一种处理污水处理厂排放的废气的新兴技术。在污水处理厂排放的废气中最常见的恶臭气体是硫化氢（H2S），它具有非常低的气味阈值。本研究使用生物活性炭作为填料，把细菌固定在填料上将活性炭吸附和H2S的生物降解作用相结合，从而达到生物过滤工艺性能的强化。生物膜主要通过将细菌培养在碳粒的矿物介质中进行开发。扫描电子显微镜（SEM）用来观察生物膜在活性炭上的形成。设置二个相同实验规模的生物滤池，一个用生物活性炭（BAC）操作，而另一个用无固定化细菌的碳。不同H2S浓度（高达125ppmv ）实验用以确定最佳性能。生物滤池实现了快速启动(几天)，就使硫化氢得到了去除的

3、效果。容积负荷为1600m3m-3h-1（入口H2S浓度为87ppmv），BAC的去除速率是181gH2Sm-3h-1，去除效率（RE）达94。如果入口浓度低于30ppmv ，在气体停留时间（GRT）低至2s时，H2S的去除效率高达到99，而该GRT值小于已有的报道。细菌群落证明，在广泛的pH范围内（pH值为1-7），酸性生物滤池有去除H2S的能力。有实验数据表明，在生物滤池中的BAC填料可以被重复使用。总体而言，结果表明， BAC可以作为硫化氢生物过滤的支持媒介。关键词：硫化氢；氧化硫硫酸杆菌；生物活性炭；生物滤池1引言生物处理过程是一种有前途的技术,在有气味的空气污染控制方面也有广泛应用。

4、选择适当的填料对整个生物反应器系统的异味去除性能非常重要，一般认为主要取决于填料的类型（罗，2001）。填料应该有一个大的比表面积，好的空气和水的渗透性，并能提供一个好的微生物生长环境（Elias等，2002年）。它对空气和水的分布以及传质也起到了重要作用（杨等，2000）。到目前为止，已经有例子系统地报道了有关填料的特性和生物反应器的性能之间的关系（Higuchi等，2000）。使用的新型填料包括任一天然材料（Cho等, 2000；Smet, 1996；杨和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，1

5、996；Koe等，2001 ；Sorial等，1998），例如陶瓷鞍座，聚乙烯鲍尔环，聚氨酯弹性乙烷泡沫，活性炭和挤压的硅藻土颗粒。天然材料，如堆肥和木片，它们的比表面积较低，会导致容积反应速率低（ Cho等人，2000）。天然材料通常要求大的占地面积，并且会因流程扩展使流量增加最终让升级变得很困难。对于长期运作，随着时间的推移，介质沉降可能影响管道流通从而降低性能。有机介质， 3-5年后也需要进行更换，而且他们很难再生（ Gabriel和Deshusses ，2003a）。另一方面，必须进行空气加湿和提供营养。使用合成填料的优点有很多，如水头损失低是由于填料颗粒或碎片之间较大的间隙，有较大的

6、比表面积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气味的最广泛使用的材料。然而，它的容量有限，成本高阻止了活性炭成为一个更广泛的应用。生物系统采用生物活性炭（BAC）在处理在水，废水或空气中的有机污染物方面已经表现出了优异的性能（Ehrhardt和Rehm, 1985；李等, 2002a；刘和 Barkley, 1994）。活性炭的主要功能是支撑微生物并作为负载波动的缓冲器，因为生物膜可能会阻碍碳吸附。与传统的生物系统比，增强的性能可能体现在较高的去除率上。微生物系统在较短的驯化期间，增加进水污染物浓度时，流出物中污染物浓度变低（Voice等，1992）。

7、活性炭与其它材料（主要是堆肥）作为混合的过滤材料在某些生物滤池的应用上表现十分成功（Abumaizar等，1998； Mohseni等，1998）。虽然一些使用BAC处理有机污染物的研究已有报道，但进一步采用碳作为填料进行细菌固定化的研究仍然需要，特别是BAC用于生物除臭过程的应用。相比其它传统介质，BAC能提供更有效的气味处理，但对于这个假设的支持数据还是不够的。在本研究中，实验室规模的圆柱形生物滤池系统建成以探究BAC的性能（例如，去除能力，去除率）。实验对各种运行参数进行了研究，包括入口H2S浓度，气体停留时间（GRT），气体流量，以及冲洗系统的频率等。针对潜在目标再利用或生物再生，实验

8、对废弃的活性炭（SAC；饱和H2S）也进行了研究。扫描电子显微镜（SEM）用来观察生物膜在活性炭上的形成。2材料和方法2.1 活性污泥的驯化在这项工作中使用驯化的活性污泥而非活性污泥本身。它是用一个正常的活化污泥在硫代硫酸盐（TS）的培养基中驯化5天，并转移到新鲜培养基中培养五天后制备得到。TS培养基的组成如下：Na2S2O25H2O，10gL-1；KH2PO4，1.5gL-1；K2HPO4，1.5gL-1；NH4Cl，0.4g；MgCl26H2O， 0.8gL-1； CaCl22H2O，0.05gL-1； 放线菌酮（抗真菌剂），0.05gL-1（pH=6.80.2）。硫化物氧化细菌从当地的污

9、水处理厂的二沉池的回流活性污泥中获得。驯化时间为15天左右（2次转换），细菌的种子准备就绪，接种到活性炭床上。2.2 生物滤池系统设计和建构实验室规模的生物过滤系统。它包括平行双立塔，可同时分别进行操作和控制（图1）。填料（卡尔冈AP460）置于透明和硬质的有机玻璃管中，其具有3.6cm的内径和30cm的高度。炭床填充于管内到20cm的高度，填充容积为0.2L。填料支承在塑料筛板上，以确保入口气体通过炭床均匀分布。在这项工作中，塔A和B是由炭床是否有被固定化的细菌进行区分。该组合物和各塔的物理性质总结于表1中。取样口位于塔沿气体采样和压力测量处。各个采样口的确定是基于沿生物过滤塔入口，5，10

10、，15cm和出口处的位置。在这项研究中，大多数的采样是在出口进行的，除了几个10cm点处的取样端口被用于处理短的GRTS（在1s时）。加湿空气流的制备是通过包含水（加湿室）的气体洗瓶吹气。此外，炭床一天浇水两次，将炭床浸没在培养基中10分钟，然后释放溶液。所需的入口H2S浓度通过调整气体钢瓶出口针阀处的H2S为5（N2中平衡，林德气体新加坡私人有限公司）得到。使用最小单位为Lmin-1的AALBORG（Orangeburg NY，USA）流量计控制和测量臭气（含不同浓度的H2S）的流速，位于洗瓶的入口，从塔底向上吹气。两个额外的压力端口分别安装在塔顶和塔底，以便通过最小读数为1毫米水柱的水压计

11、测量压降。柱子用橡胶塞密封。橡胶塞在塔顶可移动，使得水和矿物源引入过滤材料，保持炭床上有足够的水分和矿质营养。所有的气体管路为1/4英寸直径的聚四氟乙烯管。该系统在约251的温度下操作在所有的实验中。2.3固定化细菌在这项研究中采用网上固定来启动生物滤池，并如下程序：活性炭颗粒高压灭菌并随机塞到两柱中。浓缩的微生物发酵液5mL加入到45mL的新鲜矿物介质（液体中无Na2S2O35H2O）。然后，50mL细菌浓度为1.96108cfu mL-1的细菌溶液从A塔顶部倒入淹没炭床5mm水位之上。B塔中，用50mL蒸馏水来代替细菌溶液。在同一时间，用低浓度的H2S合成臭气（约20-50ppmv）吹入两

12、填料塔内。H2S的进料为细菌的生长提供能量。完成固定和驯化阶段（在这项研究中约1周），该系统被部署为BAC的性能评估。操作条件列于表2。如先前报道（Yan等人，2002），在表2中，未接种的塔比接种塔的pH值低，这是因为H2S气体通过活性炭被吸附。2.4分析方法使用以下的设备周期性测量取样口的气体浓度，各塔的压降，和各塔中生物过滤系统的气体流速。Tedlar袋被用来收集塔上各位置的气体样品。H2S浓度采用Jerome 631-X硫化氢分析仪（亚利桑那州仪器，美国）测定。每个气体样品应立即进行分析，以避免H2S样品变质。为了消除Tedlar袋中残留H2S的影响，所有样品袋被分析后，立即用清洁空气

13、进行冲洗。每个样品进行三次分析以保持一致性。气体流速使用单位为Lmin-1的AALBOR（Orangeburg NY，USA）流量计进行控制和测量。流动注射分析仪，离子色谱仪（FIA/集成电路，Lachat公司，QuickChem8000）用于硫酸盐分析。扫描电镜（立体扫描420，LEO，UK）被用来确定生物膜发展和BAC的孔隙率。BAC是通过在pH为4的TS培养基上利用平板计数法定期取样进行微生物检验。将出现在TS培养基上的优势硫氧化菌进行分离，须鉴定16S rRNA基因部分序列。碳悬浮液的pH值，为有关碳表面的平均酸度/碱提供了有用的信息，以下列方式测定：约1g二氧化碳浸入50ml的超纯水

14、，在自动摇床上搅拌24小时以达到平衡。将样品过滤，溶液的pH值用Horiba pH计F-21（Horiba Interna-tional Corporation）进行测定。结果被称为简化的“碳的pH值”。3 结果与讨论3.1在启动期间的性能图2中a和b显示出了两个生物过滤器最初21天的运行过程中的性能。在启动阶段的H2S去除性能的分析（GRT调至-21，图2a）显示，操作1天后去除效率（RE）开始增加，其中含BAC的A塔达到90，含碳的B塔达到70，约6天进入实验运行阶段。该BAC的pH值在4天操作后下降到2。RE的增长与pH值的下降相关，这是由于产生了H+和硫化氢氧化形成硫酸盐。驯化历时约6

15、天，在这之后的剩余时间里H2S的RE居高不下。实验运行期间，入口H2S浓度分别从10到125ppmv不等。基于获得的数据，可以认为，使用BAC的生物滤池，6天的启动时间已经足够（图2）。如果BAC用于较大规模的生物滤池中，更长的启动时间是必要的。在图2b中，虽然在21天的运行时间里入口浓度高度波动，但生物过滤系统强大到足以持续吸收和处理可变浓度为10-125ppmv的硫化氢。为了确认碳表面上是否形成了合适的生物膜，BAC的样品颗粒在运行第16天从介质床中取出用于分析。样品的表面特征通过SEM测定。如图3所示，从SEM照片图可以看出，在碳表面形成含有棒状细菌的生物膜。优势硫氧化菌在这个系统被认定为氧化硫硫酸杆菌的部分rRNA基因的部分序列。另一方面，塔B用蒸馏的水浇灌，细菌在蒸馏水中生长是不可能的。塔B的SEM照片中，没有生物膜，只显示化学晶体。在启动阶段，将塔A和B中使用的活性炭颗粒浸泡在液体培养基中（无论是塔A中的细菌溶液或塔B中的水）一段时间。湿碳颗粒的含水量平均约56wt。对生物膜来说，生物滤池中围绕在介质周围的水层的存在会抑制来自气相传质的污染物（Li等，2002），故塔A中的BAC生物滤池的平均去除率小于94是毫不奇怪的。3.2 长期性能启动21天之后，多余的培养液从生物滤池中排出，而下一个79天进行评估其