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 作者：鄭曉敏

  目前對(duì)餐飲油煙廢氣的處理，國內(nèi)外均有相關(guān)的凈化處理技術(shù)和設(shè)備。但由于油煙組分復(fù)雜多樣，凈化裝置存在一定的局限性，如運(yùn)行費(fèi)用高、效率低、產(chǎn)生二次污染等。生物法處理油煙氣體設(shè)備簡單，效果好，投資運(yùn)行費(fèi)用低，安全性高，無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，可處理性質(zhì)不同的混合氣體，已成為世界廢氣處理研究的熱點(diǎn)之一。廖雷等利用生物洗滌裝置馴化活性污泥，獲得以細(xì)菌、真菌為主的降解油煙污染物的優(yōu)勢(shì)菌種，從活性污泥洗滌液中篩選出4株優(yōu)勢(shì)菌種，它們對(duì)油煙的降解效率大于60%孫麗欣等以污水處理廠活性污泥為菌種，在生物滴濾塔內(nèi)接種掛膜，用油煙氣進(jìn)行馴化，整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)油煙氣的總?cè)コ�率達(dá)90%以上。Son等利用活性污泥和填料鋸末的生物過濾法處理乙苯廢氣，不加任何營養(yǎng)物質(zhì)的前提下，運(yùn)行62d，去除率可達(dá)80%。我國油煙凈化技術(shù)研究起步較晚，很多技術(shù)和設(shè)備需要改善和提高效率。因此，研發(fā)效率高，投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，易操作的油煙凈化裝置仍是控制油煙污染的重點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)前期馴化活性污泥獲得大量降解性能高的菌群，油煙經(jīng)反應(yīng)裝置將其大部分吸收降解，為治理餐飲油煙廢氣提供了相關(guān)的理論依據(jù)。

1  材料與方法

1.1  試劑與儀器

    試劑：四氯化碳、淀粉、碳酸鈉。無機(jī)鹽營養(yǎng)液：磷酸二氫鉀0.4g，磷酸氫二鉀1.6g，氯化鈣25 mg，硝酸氨0.5g，五水三氯化鐵2.3 mg，硫酸鎂0.2g，去離子水1L，調(diào)節(jié)pH至中性。

    儀器：MoticDMBA-450生物數(shù)碼顯微鏡、4-112482箱式電阻爐、Clarus 600 GC-MS氣質(zhì)聯(lián)用儀、CY-2000型多功能紅外測(cè)油儀。

1.2  實(shí)驗(yàn)方法

    如圖1所示，通過自制油煙廢氣模擬餐飲油煙氣源，在1 000 mL三口燒瓶中加入250 mL食用調(diào)和油和150 mL由抽油煙機(jī)搜集的冷凝液，放人溫控儀探頭，電爐加熱，控制三口燒瓶中油溫度為200℃左右，空氣泵以特定的壓力將空氣壓人緩沖瓶，進(jìn)入氣體流量計(jì)( IZB-15)，調(diào)節(jié)流量分為兩路，一路用于維持洗滌液中的溶解氧量，一路用于導(dǎo)人三口燒瓶中，與加熱產(chǎn)生的油煙混合氣形成模擬油煙。填料塔采用直流操作，油煙氣由洗滌槽底部向上流出，再經(jīng)過填料塔最終排出氣體。

1.2.1  油煙濃度的測(cè)定

    根據(jù)GB 18483-2001飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)采樣方法采集油煙氣體，根據(jù)HJ 637-2012水質(zhì)、石油類和動(dòng)植物油類的測(cè)定紅外分光光度法萃取水樣，由CY-2000型多功能紅外測(cè)油儀測(cè)定油煙濃度。

    油煙去除率、比降解速率計(jì)算：進(jìn)口油煙濃度為C，洗滌后出口濃度為Cout，液相初始油濃度Co，降解t后油濃度C，液相生物量為Q。

1.2.2  活性污泥指標(biāo)測(cè)定方法

    活性污泥中的污泥沉降比SV、污泥沉降指數(shù)SVI、污泥濃度MLSS、揮發(fā)性懸浮固體濃度MLVSS等均按水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法測(cè)定。

1.2.3  活性污泥的培養(yǎng)與馴化

    從桂林市雁山鎮(zhèn)污水處理廠的曝氣池采集50 L活性污泥，將其50 L置入反應(yīng)器中，通過流量計(jì)固定流量0.5 m3/h．控制溶解氧量在2-3 mg/L左右，加熱棒控制溫度(25±5)℃下曝氣48 h，使污泥微生物處于內(nèi)源代謝階段。采用逐漸增加油煙負(fù)荷的方式馴化培養(yǎng)，能夠利用油煙污染物的微生物數(shù)量會(huì)逐漸增長，反之則逐漸死亡、淘汰。馴化活性污泥周期為25d，培養(yǎng)馴化過程中分為3個(gè)階段。

    (l)第一階段。向洗滌槽中加入適量的淀粉控制COD在1 200-1 800 mg/L左右，以便微生物得到足量的營養(yǎng)快速適應(yīng)環(huán)境而生長繁殖。

    (2)第二階段。按：0D值為900、800、700、600mg/L的投加量每天逐漸減少營養(yǎng)物質(zhì)，之后再每天向活性污泥中通入油煙污染物，再加入適當(dāng)?shù)矸哿靠刂艭OD在500 mg/L左右，隔天通人油煙時(shí)間為2、3、4、5h，逐漸減少淀粉量，通過Na2CO。調(diào)節(jié)pH值在6.5-7.5之間。

    (3)第三階段。活性污泥完全以油煙污染物作為唯一碳源供應(yīng)于反應(yīng)器中，加入無機(jī)鹽營養(yǎng)液調(diào)節(jié)活性污泥中的碳氮磷比為100:5:1，隔天逐漸加大油煙時(shí)間6、7、8、9h，8d后馴化結(jié)束，以后每天通2h油煙作為碳源維持微生物的代謝需求。

1.2.4  氣相色譜一質(zhì)譜條件

    GC條件：Clarus 600 GC/MS氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀，色譜柱為Elite-5MS石英毛細(xì)柱(30 mx0.25 mm，0.25μm);載氣為氦氣，流速l mL/min;碰撞氣為氬氣；進(jìn)樣口溫度為250℃，進(jìn)樣量為1μL，分流比10:1；柱箱升溫程序?yàn)槌跏紲囟?0℃，保持2 min，以5℃/min速率升溫至140℃，保持5 min，再以20℃/min速度升溫至250℃，保持12 min。

    MS條件：色譜與質(zhì)譜接口溫度250℃，EI離子源，電子轟擊能量70 eV，掃描質(zhì)量范圍為40-500m/z，溶劑延遲時(shí)間3 min。

2  結(jié)果與討論

 2.1  活性污泥馴化過程中SV、SVI、VSS/SS的變化

    活性污泥馴化過程中，油煙去除效果與活性污泥性能如污泥沉降性能、污泥濃度、生物相等密切相關(guān)。圖2、3為活性污泥馴化過程中SV、SVI、SS、VSS的變化趨勢(shì)曲線。馴化初期，SV、SVI、VSS/SS保持在3701、102 mL/g和71%左右，隨著油煙廢氣的通人，對(duì)活性污泥產(chǎn)生一定的抑制作用，導(dǎo)致SS降低，SV、VSS也隨之降低。馴化中期，適應(yīng)環(huán)境的微生物成為降解油煙的優(yōu)勢(shì)菌種，SS有穩(wěn)定上升趨勢(shì)，污泥沉降性能良好。培養(yǎng)馴化25 d，活性污泥SV、SVI、VSS、VSS/SS基本維持在30%、95 mL/g.2.2 g/L、64%左右，各項(xiàng)指標(biāo)均良好，可進(jìn)行油煙生物洗滌研究。

2.2  活性污泥馴化前后生物相變化

    取回的活性污泥顏色呈灰褐色，其微生物相復(fù)雜豐富，有大量的原生動(dòng)物，比如鐘蟲、纖蟲等纖毛蟲。通過對(duì)污泥的馴化培養(yǎng)，顏色逐步轉(zhuǎn)變成黃褐色，微生物相不斷發(fā)生變化。如圖4、5所示，馴化初期，VSS/SS值逐漸變小，可見微生物不適應(yīng)新環(huán)境出現(xiàn)大量死亡，數(shù)量減少，菌膠團(tuán)也逐漸松軟分散，存在游離的細(xì)菌和較少的微型動(dòng)物；馴化中期，VSS/SS值在66%附近，隨著微生物不斷適應(yīng)新的生長環(huán)境，其數(shù)量逐漸穩(wěn)定，污泥絮凝性得到改善，菌膠團(tuán)也較為緊湊，出現(xiàn)了一些掠食小型纖毛蟲的漫游蟲（Litonotus）、匍匐型的楣纖蟲（Aspidisca）和大型的線蟲（Nematodes）等；馴化后期，VSS/SS值穩(wěn)定在64%，活性污泥污泥絮凝效果良好，SVI在95 mL/g左右，沉降速率快，大量固定型的小口鐘蟲（Vorticella）出現(xiàn)在菌膠團(tuán)上，還夾雜一些輪蟲（Rotifers）、累枝蟲（Epistylis）等，食物鏈復(fù)雜，種群豐富，活性污泥顏色呈黃色，說明已馴化成優(yōu)質(zhì)而成熟的活性污泥。馴化成熟的活性污泥一段時(shí)間后pH值會(huì)有所下降，分析其原因是由于異養(yǎng)微生物對(duì)油煙污染物的分解和合成，最后會(huì)形成二氧化碳，溶解于水中導(dǎo)致pH略微下降。

2.3  活性污泥馴化過程中油煙去除效果研究

    圖6為活性污泥馴化過程中生物洗滌液對(duì)油煙廢氣去除效果變化曲線。油煙進(jìn)氣濃度為450-550mg/L時(shí)，經(jīng)處理后出口濃度為90 mg/L左右。馴化初期油煙去除率不高，僅有65%左右，這是由于新培養(yǎng)的污泥處于適應(yīng)期，降解油煙的微生物并不多。第10天有明顯下降趨勢(shì)，是因?yàn)橥ㄈ胗蜔熚⑸�物不適應(yīng)新環(huán)境而死去造成。隨著馴化時(shí)間的延長，洗滌液凈化油煙去除率基本保持穩(wěn)定，維持在80%以上，表明馴化成功。

2.4  油煙生物降解性能的研究

    經(jīng)馴化成熟的活性污泥后，可進(jìn)行油煙生物降解研究。通油煙至反應(yīng)器裝置進(jìn)出口濃度幾乎一致（即為飽和狀態(tài)），可知馴化成熟的活性污泥飽和油濃度為32.11 mg/L。大多數(shù)活性污泥數(shù)學(xué)模型都以VSS來度量活性微生物量，實(shí)際上VSS由活的生物量、微生物內(nèi)源呼吸殘留物量和不可生物降解的有機(jī)懸浮固體組成，Weddle等指出，活性污泥中活的異養(yǎng)微生物僅僅占VSS的l0%-20%左右。因此，研究中把0.15倍的VSS=2 187 mg/L作為活性微生物量，生物洗滌液中微生物增長濃度忽略不計(jì)，測(cè)定每12 h液相油煙濃度，計(jì)算洗滌液中微生物比降解速率。結(jié)果如表1、圖7所示。

    結(jié)果表明，初始階段36 h內(nèi)液相油煙濃度由32.11 mg/L迅速降低至14.45 mg/L，其中50%左右的油煙被微生物所降解，微生物降解速率最初12 h時(shí)最大，可達(dá)0.558 mg/(L．h)，比降解速率為0.001 699h-1，說明馴化好的活性污泥對(duì)油煙污染物有很好的降解能力。隨著降解時(shí)間的增加，比降解速率逐漸減小，這是由于液相油煙濃度過低，不足以提供微生物營養(yǎng)造成的。

2.5  油煙污染物組分GC-MS研究

    利用氣象色譜一質(zhì)譜聯(lián)用對(duì)油煙揮發(fā)性氣體的成分進(jìn)行分析，通過譜庫檢索，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)鑒定出36種化合物，如圖8所示，通過峰面積歸一化法求得各油煙組分的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。其中相對(duì)含量較高的組分有2，7-=甲基-l-辛醇(17.89%)、十八烷酸(13.25%)、十六酸(8.91%)、正庚醛(7.74%)、對(duì)烯丙基苯甲醚(6.33%)，2一戊基呋喃(5.99%)、順一2一庚烯醛(5.53%)、反-2-壬烯-1-醇(3.78%)、2，5-二 [(4-甲基苯基)-1，5-己二烯(2.88%)、辛醛(2.02%)。

    檢測(cè)到的油煙成分中如表2所示，烷烯炔烴類9種，分別為1，2-=苯基環(huán)丙烷、順-3-十一烯、1-己基-1-環(huán)戊烯、8-十七烯、1，5-二苯基-3-(2一乙苯)-2-戊烯、2，5-二[（4一甲基苯基）-1，5-己二烯、2-甲基-6-苯-1，6-庚二烯、9-十八炔、正十八炔，占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10.86%；醛類8種，分別為正庚醛、順-2-庚烯醛、辛醛、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、順-2-癸烯醛、2，4-癸二烯醛、2-十一烯醛，占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20.80%；酸類7種，分別為辛酸、癸酸、十六酸、油酸、十八烷酸、二十碳五烯酸、亞麻酸，占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的28.85%；醇類5種，分別為2，7-二甲基-l-辛醇、反-2-壬烯-1-醇、3-脫氧-雌二醇、5，7-十二烷二炔-1，12-二醇、6-十五碳烯醇，占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的23.34%；酮類2種，分別為2-戊基呋喃、2-辛基呋喃，占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的6.22%；脂類2種，分別為醋酸檜酯、異丁酸芳樟酯，占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1.12%；醚、胺、硫類各一種。

3  結(jié)論

馴化25 d成熟的活性污泥SV、SVI、VSS、VSS/SS都有所降低，最終基本維持在30%、95 mL/g、2.2 g/L、64%左右；通過鏡檢發(fā)現(xiàn)活性污泥在馴化過程中顏色由灰褐色逐漸變?yōu)辄S色，菌膠團(tuán)也由松散到緊湊，前期很少存在微型動(dòng)物，中期出現(xiàn)一些漫游蟲、楣纖蟲、線蟲。后期出現(xiàn)了鐘蟲、輪蟲、累枝蟲，食物鏈復(fù)雜，種群豐富，標(biāo)志著已馴化成優(yōu)質(zhì)的活性污泥；馴化期間，油煙洗滌效果也在不斷提高，最后凈化油煙由原來的65%提高到80%以上。馴化好的微生物最初12 h的降解速率最大，可達(dá)0.558 mg/(L．h)，比降解速率為0.001 699 h-1。隨著降解時(shí)間的增加，比降解速率減小；油煙組分共鑒定36種化合物，醛類、酸類、醇類分別占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20.80%、28.85%、23.34%。

4摘要：通過馴化污水處理廠的活性污泥，獲得降解油煙污染物的優(yōu)勢(shì)菌群。馴化期間分析生物相的變化規(guī)律、特點(diǎn)及其指示作用。25 d后，VSS/SS值由71%減小到64%，微生物量達(dá)到平衡狀態(tài)。污泥沉降性能良好，生物相復(fù)雜豐富，油煙氣體洗滌去除率達(dá)到80%以上，液相油煙污染物在前12 h時(shí)降解速率最大，可達(dá)0.558 mg/(L-h)，比降解速率為0.001 699h-1。通過GC-MS對(duì)油煙組分共鑒定出36種化合物，其中醛類8種、酸類7種、醇類5種，共占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的73%，為油煙污染物的主要成分。