0 引言

随着科技的发展，生活质量的日益改善,环境问题开始成为人们转战关注的焦点，而被认定为世界七大公害之一的恶臭更是其中比较尖锐的一部分[1]。恶臭污染中的含硫的污染物对环境危害很大,其中一般以硫化氢（H2S）的形式广泛存在[1]。常温下，H2S无色、有臭鸡蛋味，是一种易燃的恶臭气体。当H2S体积分数大于700 mL/L时，会麻痹人的嗅觉神经从而感知不到它的气味，在该环境下待30 min会导致人死亡[2]。气态H2S不仅对人体伤害极大，在生活中它还会腐蚀装有城市垃圾消解气和天然气的管道和设备[3-5]。净化H2S已经成为目前科学家界亟待攻克的一大难题。作为处理气量较大，浓度较低的臭气的典型工艺，与传统脱臭的物理、化学方法相比,由于生物脱臭法具有工艺简单、成本低、效果好、无二次污染等优点而受到国内外的广泛关注[6-7]。COX等[8]进行了一系列相关研究，证实了生物滴滤法是处理H2S等有毒气体一种较为有效的工艺方法。目前，许多研究采用单层填料的生物滴滤法处理H2S，并取得了较好的处理效果，但是单层填料滴滤塔在运行中易造成填料压实堵塞，使得滴滤塔内压降增大，影响处理效果[9-11]。为了克服单层滴滤塔在处理H2S工艺中的缺陷，提高H2S的处理效果，本实验采用双层生物滴滤塔研究净化H2S的效果。

1 实验部分

1.1 材料、装置和仪器

填料：改性生物悬浮填料，聚乙烯材质，圆柱形，10 mm ×10 mm，密度 0.98 g/cm3，填充率为 70%，宜兴市舒景裕环保有限公司；轻质陶瓷波纹填料，125Y型，10 mm×8 mm×8 mm，江西恒昌化工有限公司。活性炭，XHWS-240，上海鑫汇活性炭厂；活性污泥：取自某污水处理厂二沉池。

经历以上三个建议的教学，学生还有可能像水平1显示的那样数错格子。其实这样的错误并不是第一次出现，学生在一年级上册解决如图12的问题时，会错将钢笔数成7格长，将活动铅笔数成8格长。

营养液：ρ（NH4Cl）＝ 800 mg/L，ρ（KH2PO4）＝ 400 mg/L，ρ（MgSO4·7H2O3）＝ 40 mg/L，ρ（FeSO4·7H2O）＝10 mg/L，ρ（CaCl2）＝ 15 mg/L，ρ（Na2MoO4·2H2O）＝ 0.5 mg/L。

仪器：实验所要用到的主要仪器见表1。

 

表1 实验所要用到的主要仪器一览

  

仪器名称电子天平电磁隔膜计量泵气泵气相色谱仪仪器型号M L 204 X H-06-07 A C O-005 G C-2014仪器产地梅特勒-托利仪器有限公司上海本泉泵业有限公司浙江森森实业有限公司日本岛津公司

1.2 实验装置

实验分为4个部分，分别研究进气负荷、气体停留时间（EBRT）、营养液pH值和“饥饿”时间对生物滴滤塔性能（BTF）的影响：①进气浓度关系到生物滴滤塔净化能力的高低，因此该部分考察了在低进气浓度时，不同的进气负荷对双层生物滴滤塔净化含硫臭气效果的影响；②EBRT为生物滴滤塔容积与进气流量的比，EBRT主要由空气流量决定，是影响传质的重要因素，本部分考察不同的EBRT条件下，双层生物滴滤塔净化含硫臭气效果变化特征；③H2S的生物降解过程会产酸，对于双层生物滴滤塔，会添加较大量的药剂和营养液，可能会产生大量的酸改变生物膜的pH值，因此需要考察了不同的营养液pH值对生物滴滤塔性能的影响；④当系统在正常运行时，突然停止通入目标污染物，我们称为饥饿处理。微生物对饥饿处理的抗性是生物滴滤塔性能优异的标志之一。系统经过饥饿处理后，恢复时间越短，性能越好，因此通过考察不同“饥饿”时间,下双层生物滴滤塔对含硫臭气的净化效果。

双层生物滴滤塔处理H2S的方法中，关键步骤是微生物的驯化方法和挂膜方式。本实验使用生物接种的方式进行培育挂膜。具体方法为：取污水处理车间二沉池的活性污泥，进行适当的固液分离，并取适量上清液。运用分离培养基将硫氧化微生物与上清液中其他微生物分离，并在适宜条件下进行分离培养培养。约2 d后菌落长出，挑出菌落，在30℃的温度下进行扩大培养，培养时间约为5 d。将培养好的菌落与取得的新鲜活性污泥混合，并转移至生物滴滤塔底层生物床，添加足量的营养混合液进行挂膜驯化。收集底层排出的混合液，将其静置后取上清液，并用分离出的上清液喷淋上填料层进行二次挂膜，宜采用较低的喷淋速率，以利于微生物附着于填料表面，减少挂膜时间。喷淋式还需继续补充足量营养液，保证微生物能量的摄入。

  

图1 双层生物滴滤塔处理H2S装置

 

1.气泵；2.钢瓶；3.H2S 气体；4.流量计；5.混合瓶；6.滴滤塔；7.营养液储备槽；8.计量泵

1.3 活性污泥的挂膜与驯化

潜意识能够暗示学生的心理，在教学环节中，如果学生对自己的学习充满信心，认为自己能够良好地掌握知识，那么往往就真的能够做好某事，更快、更深刻掌握知识。这就是潜意识的自我暗示，潜意识能够启迪学生的灵智，提升学生的灵想，张扬学生的灵性。潜意识具有的巨大力量能够引导学生在不知不觉中心想事成、提升自己。因此，在实际的教学环节中，教师应该多给学生鼓励和肯定，以此来改善学生的学习状况，促进学生积极向上。

1.4 双层生物滴滤塔净化含硫臭气实验

实验装置由3部分组成，双层生物滴滤塔、喷淋系统和配气系统。双层生物滴滤塔为有机玻璃制成的圆柱形装置，内径280 mm，高2000 mm。双层分别加入不同的填料，上层填料为轻质陶瓷波纹填料，高度为500 mm，下层为改性生物悬浮填料，高度为450 mm。喷淋系统主要负责均匀添加营养液的作用，由营养液槽中取营养液，喷淋至填料层中，气液采用逆流接触，气体流量为4～6 m3/h，液体喷淋量为45 L/h。见图1。

2 结果与讨论

2.1 进气浓度对BTF性能的影响

本实验选择30 s作为时间梯度，不同考察H2S停留时间下，系统的净化效率。EBRT对BTF的影响见图3。

  

图2 进气浓度对BTF的影响

由图4可知，pH值对系统降解H2S效率影响较大，酸性越强，去除率越低。但总体看来H2S的净化率都在90%以上，说明微生物对系统的酸性有一定的适应能力。这是由于微生物取自新鲜活性污泥培养，众多种类的微生物在协同作用下，能够使系统具有较大的酸缓冲容量，减少酸性对微生物种群的抑制作用，从而使微生物在酸性条件下保持较高活性，保证较高的H2S去除率。由图可知，pH值在3左右，去除率有较大的波动，由此我们认为pH值＝3是该系统生物降解H2S过程的临界点。

2.2 EBRT对BTF的影响

由于在实验初期，挂膜时间较短，微生物量较少，因此不宜选择较大进气浓度进行实验，因此本次实验初始进气浓度较低，质量浓度为300～400 mg/m3。见图2。

  

图3 EBRT对BTF的影响

由图3可知，EBRT越短，系统的净化效率越低。这是由于EBRT越短，进气负荷越大，微生物与H2S接触时间短，传质过程受限，故降解H2S效率下降。因此，在同一进气浓度内，EBRT越长，越有利于H2S的的净化。当EBRT在30 s时，初期H2S净化效率受到很大影响，但经过约6 d的适应，去除率也可达到98%以上，说明微生物对H2S负荷改变的适应性较强。同时也可以发现，60 s与90 s的停留时间下，去除率差别不大，这说明在此停留时间下的H2S负荷对于微生物的降解能力接近极限。因此，EBRT应达到60 s以上，双层滴滤塔可以保持较高的H2S去除率，但不宜超过90 s。

2.3 pH值对BTF的影响

总之，设立创客空间翻新辅导实验室，充分利用废旧仪器设备的资源优势，最大限度地挖掘仪器设备的剩余价值，放心、放手地让学生在实验室中操作、训练，才能实现实验室是培养科学研究人才的目的，才能充分发挥高等学校实验室是研究所的作用，既可以使学生的基本技能训练得以提高，又能让学生有了练习的场所，对仪器内部结构有了探索和了解的机会，使他们能掌握仪器设备的具体工作过程，有机会去分析、设计、组装、修正、拼凑仪器，这样既能在实践中熟练地掌握仪器设备的工作原理，在完成实验的同时还使学生具有了分析故障、解决故障、设计实验步骤的能力，因此它也能激发学生的潜能，增强学生的创新意识。

  

图4 营养液pH值对BTF的影响

由图2可知，在前300 h中，进气质量浓度为300～400 mg/m3，系统的最大净化效率可达到99%，平均净化效率超过98%。该结果表明填料上生长的微生物已经具有处理H2S的能力，并且在低进气浓度下降解效果较好，具有较高的去除率。从300 h起，将进气质量浓度逐渐提高至650 mg/m3，并始终保持在500 mg/m3以上，去除率依旧稳定在99%，说明系统对H2S的净化效率较好且稳定。这是由于经过较低浓度H2S环境的培养，可降解H2S的优势微生物在时宜的环境下适应并快速生长，并成为优势种群不断繁殖，数量和体量都在该阶段显著增长。为了考察优势种群的抗冲击能力，在560 h时，系统突然中断H2S进气，其他条件维持不变。并于一段时间后重新通入较低浓度H2S。可见在系统停止H2S的进气后，净化效率立即降低，并在48 h内始终低于90%，大约经过60 h左右，系统的净化效率才逐渐恢复到98%以上并保持稳定。这主要因为降解H2S的微生物种群面对无H2S的环境无法立即适应，在微生物可承受的时间内，重新通入H2S后，微生物即可重新适应并达到较好的降解活性，因此微生物在经过60 h左右的时间恢复后，去除率又达到99%。由该实验结果可知，新型双层生物滴滤塔对于质量浓度在350～600 mg/m3范围内的H2S具有较高且稳定的去除率，并且H2S浓度的变化对降解效果影响不大。生物滴滤塔中的生物膜对H2S的抗冲击性较强，短期中断H2S供给，不会影响对 H2S的去除效率。

（2）烟气流速变化，仅对锅炉内对流放热系数产生影响，辐射放热系数不受影响。烟气流速比改变，对辐射式、半辐射式受热面传热系数影响较小，对尾部烟道的对流受热面影响较大。

大数据背景下，企业的地理位置之间的竞争优势逐渐降低，上级政府部门也逐渐取消了很多的保护政策，这给我国企业的发展带来了巨大的挑战。企业在管理的过程中，最基本的就是要实现对数据的合理分析，并为之所用，以此来实现企业数据信息的有效对接。大数据背景下，积极地创新优化企业管理模式，不仅能够有效地降低企业管理成本，而且还能够在很大程度上促进企业竞争力的提升。

由于H2S在受微生物降解过程中产酸，pH值的影响主要体现在酸度影响，因此本实验选择酸性梯度实验进行对比实验。pH值影响结果见图4。

2.4 “饥饿”时间对BTF的影响

不同的“饥饿”时间（1.5，7，15 d）对生物滴滤塔性能的影响见图5。

  

图5 不同的饥饿时间对BTF的影响

由图5可知，当系统饥饿处理时间为1.5 d和7 d时，重新通入适当浓度的H2S后，系统几乎不受影响，数小时内即可恢复高净化效率。当出现短期停工或者设备检修等问题时，该系统能承受短期的“饥饿”冲击，且能快速恢复到良好的去除性能。然而，当系统的饥饿处理时间为15 d，重新通入H2S后，系统的净化效率骤降至65%。虽然通入较低浓度的H2S，系统的净化效率在4 d后才上升到99%。15 d的饥饿处理可能是生物滴滤系统的极限，但优化各种条件后，系统承受饥饿处理的时间必定还能够进一步提高。究其原因，可能与上层填料负载的活性炭有关，活性炭具有较强的吸附性，对H2S具有一定的吸附作用，在饥饿期被吸附的H2S可以被微生物利用，从而保证了系统不至于在经过15 d的“饥饿”处理而崩溃。底层的生物悬浮改性填料虽然不具备吸附能力，但具有易挂膜，微生物易附着生长的特点，且在正常条件下能够发挥主要的降解作用，因此，2种填料混搭，发挥互补作用，保障系统的正常运行。

3 结论

（1）系统的最大进气负荷达到 45 g/(m3·h)时，净化效率超过99%，H2S进口浓度在一定范围内变化对系统净化效率的影响不明显，EBRT为60～90 s，系统对H2S的净化效率均可保持高水平。

（2）pH值为3.0～7.0时，系统都具有一定适应能力，且维持较高的净化效率。但pH值小于3时，系统的净化效率相对较低，pH值＝3可以认为是系统生物降解过程的pH值临界点。

（3）当饥饿处理时间为1.5 d和7 d时，重新通入适当浓度的H2S后，系统几乎不受影响，数小时内即可恢复高净化效率。当系统的饥饿处理时间为15 d，重新通入H2S后，系统的净化效率在4 d后上升到99%，15 d的“饥饿”时间可能是双层生物滴滤塔的极限。

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