Effects of irrigation and water content of packing materials on a thermophilic biofilter for SO2 removal: Performance, oxygen distribution and microbial population

灌溉和填料含水量對(duì)熱生物過(guò)濾器去除SO2的影響：性能、氧氣分布和微生物種群

來(lái)源：Biochemical Engineering Journal, Volume 118, 2017, Pages 105-112

《生化工程雜志》第118卷，2017年，第105-112頁(yè)

 

摘要

摘要闡述了填料含水量（WCR）是生物過(guò)濾器成功處理廢氣的關(guān)鍵因素，特別是對(duì)于熱生物反應(yīng)器。通過(guò)直接灌溉填料可實(shí)現(xiàn)最佳WCR。本研究通過(guò)不同灌溉時(shí)間調(diào)查了熱生物過(guò)濾器去除SO2的性能。SO2的去除效率很大程度上受填料含水量的影響，后者隨灌溉時(shí)間變化。當(dāng)WCR>80%時(shí)，平均SO2去除效率可達(dá)98%。熱生物過(guò)濾器需要每日灌溉以維持最佳WCR。氧氣分布隨WCR變化而不同；高WCR的聚氨酯泡沫立方體（PUFCs）提供好氧-低氧-好氧區(qū)域。微生物種群也相應(yīng)變化。對(duì)于處理SO2的熱生物過(guò)濾器，連續(xù)灌溉可實(shí)現(xiàn)>80%的最佳WCR。

 

研究目的

研究目的是確定填料含水量對(duì)熱生物過(guò)濾器性能的影響，包括SO2去除效率、氧氣分布和微生物種群，并建立高效的灌溉方法以優(yōu)化熱生物過(guò)濾器的運(yùn)行。

 

研究思路

研究思路是使用一個(gè)熱生物過(guò)濾器（60°C），通過(guò)改變灌溉間隔時(shí)間（從7天到連續(xù)灌溉）來(lái)模擬不同含水量條件。測(cè)量SO2去除效率、填料含水量（WCR）、氧氣分布（使用丹麥Unisense微電極）和微生物種群（通過(guò)PCR-DGGE分析）。通過(guò)比較不同灌溉策略下的數(shù)據(jù)，評(píng)估WCR對(duì)過(guò)濾器性能的影響，并確定最佳灌溉方案。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 SO2去除效率：數(shù)據(jù)來(lái)自圖3和圖4。研究意義是直接評(píng)估生物過(guò)濾器的性能，顯示W(wǎng)CR對(duì)SO2去除的關(guān)鍵作用，如WCR>80%時(shí)效率超過(guò)90%，為優(yōu)化灌溉頻率提供依據(jù)。

 

 

2 填料含水量（WCR）：數(shù)據(jù)來(lái)自圖4和圖5。研究意義是量化水分變化對(duì)過(guò)濾器的影響，表明高WCR（>80%）維持高效去除，指導(dǎo)灌溉管理以防止過(guò)濾器干燥或過(guò)濕。

 

3 氧氣分布：數(shù)據(jù)來(lái)自圖7（使用Unisense微電極測(cè)量）。研究意義是揭示W(wǎng)CR如何影響氧氣梯度，例如高WCR時(shí)出現(xiàn)好氧-低氧-好氧區(qū)域，幫助理解微生物活動(dòng)的微環(huán)境。

 

4 微生物種群數(shù)量和多樣性：數(shù)據(jù)來(lái)自表2、表3和圖8。研究意義是分析灌溉間隔對(duì)微生物群落的影響，如每日灌溉增加兼性厭氧菌比例，說(shuō)明水分調(diào)控可增強(qiáng)微生物活性以提高處理效率。

 

 

 

 

結(jié)論

1 最佳填料含水量（WCR）為>80%，可通過(guò)每日灌溉實(shí)現(xiàn)，此時(shí)SO2去除效率最高（超過(guò)98%）。

2 氧氣分布受WCR影響，高WCR導(dǎo)致不均勻的氧氣梯度，促進(jìn)多種微生物共生；低WCR時(shí)氧氣分布均勻但效率下降。

3 微生物種群隨灌溉頻率變化，每日灌溉增加細(xì)菌多樣性和兼性厭氧菌比例，優(yōu)化了生物過(guò)濾器的整體性能。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極（OX-10微電極）測(cè)量氧氣分布數(shù)據(jù)的研究意義在于其高精度和實(shí)時(shí)性，能直接量化填料內(nèi)部（如PUFCs）的氧氣濃度梯度。例如，從圖7數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)WCR高（98.08%）時(shí)，氧氣濃度從表面到中心逐漸下降，形成好氧-低氧-好氧區(qū)域，這揭示了水分如何通過(guò)影響氧氣擴(kuò)散來(lái)創(chuàng)造適宜的微生物棲息地。這些測(cè)量幫助驗(yàn)證了高WCR促進(jìn)SO2生物氧化所需的微環(huán)境，避免了厭氧條件導(dǎo)致的效率降低。此外，電極數(shù)據(jù)為優(yōu)化灌溉策略提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，確保過(guò)濾器在熱條件下維持高效運(yùn)行，減少了能源消耗和操作成本。