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空气质量问题已成为世界性的环境问题,国家“十三五”大气污染防治规划将大气污染防治工作扩展至挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds,VOCs)。生物法被视为处理低浓度VOCs以及恶臭废气较为有效且运行成本低的技术。目前,已开展研究主要集中于单组分VOCs的降解特性,对于降解多组分VOCs尚缺乏深入研究。本论文在生物滴滤塔反应器降解单组份VOC甲苯研究基础上,考察了不同浓度的乙酸乙酯和正己烷的添加对降解甲苯的影响,并通过碳平衡分析和高通量测序技术(Miseq-16S rRNA),对反应器内微生物群落结构和功能基因的多样性及丰度进行解析,探讨了生物滴滤塔降解甲苯等的微生物作用机制。本论文的主要研究内容和结论如下:1、生物滴滤塔降解单组份甲苯的实验过程中,分别研究了进气浓度、停留时间、填料湿度、营养液喷淋密度等因素对生物滴滤塔降解甲苯的影响。在甲苯进气浓度为1640mg/m3,系统停留时间为30s的条件下,生物滴滤塔对甲苯的去除率达到84%,去除负荷为166.4g/(m3·h)。碳平衡分析结果表明,在输入碳量中,高达22.5%的碳为微生物所同化利用,仅有1.5%的碳源溶于营养液中。甲苯在生物滴滤塔中的矿化率为57.3%,在液相中,将近96.6%的碳为有机碳,其余的则为无机碳。2、生物滴滤塔降解双组份VOCs的实验过程中,探究了不同浓度下(850mg/m3、1750mg/m3、2800mg/m3)乙酸乙酯/正己烷对生物滴滤塔降解甲苯的影响,并对生物滴滤塔降解双组份VOCs稳定运行时碳平衡进行了分析。结果表明,乙酸乙酯、正己烷的引入一定程度上均抑制了甲苯的降解。不同的是,当乙酸乙酯浓度由850mg/m3增至1750mg/m3时,甲苯的去除率由79%跌至50%,去除负荷由156.8g/(m3.h)降至100.5g/(m3·h)。而乙酸乙酯浓度由1750mg/m3增至2800mg/m3时,乙酸乙酯浓度的升高并不会对甲苯的降解产生明显的影响;而正己烷对甲苯的抑制作用则表现为正己烷浓度越低抑制越明显,正己烷浓度逐渐增加时,甲苯去除负荷由93.9g/(m3·h)增至144.9g/(m3·h)并最终趋于稳定。此外,乙酸乙酯自身的去除率也随着浓度的增加而有所降低,但最终去除率仍在95%以上。而正己烷的去除率则由42%骤减至6.8%最终仅为3%。与降解单组份甲苯相比,随着乙酸乙酯进气浓度的增大,双组份体系下甲苯的矿化率由最初的52.1%下降至36.2%,然后又上升至40.7%,为微生物所利用的碳所占比例在乙酸乙酯浓度为1750mg/m3的条件下最低且低于单组份时的22.5%。而随着正己烷浓度的增加,产物分布规律是:出口气体中甲苯的比例越来越低(38.0%、14.4%、11.3%)、正己烷占比逐渐升高(20.4%、49.2%、61.5%),营养液中溶解的碳量可以忽略不计。与单组份体系相比,矿化率随正己烷浓度增加而下降,为微生物所利用的碳所占比例也明显偏低。3、在生物滴滤塔降解VOCs运行稳定的条件下,提取反应器内填料上微生物的DNA并进行Miseq高通量测序分析,结果表明:(1)降解甲苯的优势菌门和优势菌属分别为:Proteobacteria、Bacteroidetes和 Actinobacteria 以及 Pseudomonas、Comamonadaceae 和 Rhodococcus。并且甲苯的引入促进了Proteobacteria和Actinobacteria微生物的繁殖而抑制了Bacteroidetes和Acidobacteria 微生物的生长。(2)无论降解单组份甲苯还是双组份甲苯+乙酸乙酯或甲苯+正己烷,Proteobacteria和Bacteroidetes都是生物反应器中优势菌门,Pseudomonas、Comamonadaceae一直是反应器内的优势菌属。Rhodococcus隶属于Actinobacteria菌门且和Actinobacteria是影响甲苯去除效果的关键菌属与关键菌门,乙酸乙酯与正己烷的引入均严重抑制丁Rhodococcus在反应器内的繁殖,故导致甲苯去除能力的下降。Proteobacteria菌门含量的变化能够间接反映出甲苯去除效果的变化趋势,而Bacteroidetes菌门浓度越高则对甲苯的去除越不利。在属水平上,能够间接反映出甲苯去除效果的变化趋势则是Pseudomonas、Comamonadaceae、Delftia菌属的含量。(3)降解甲苯与乙酸乙酯双组份时,乙酸乙酯浓度为1750mg/m3时,反应器内的优势菌门最多,分别为Proteobacteria、Bacteroidetes、Fmisircute和Saccharibacteria,优势菌属是 Pseudomonas、Comamonadaceae、Chryseobacterium和Arcobacter。Arcobacter在微生物中的含量则随着乙酸乙酯浓度的升高而逐渐增加。低浓度乙酸乙酯有利于Pseudomonas、Comamonadaceae的生长,而Chryseobacterium适宜在中等浓度乙酸乙酯的氛围下生存。(4)降解甲苯与正己烷双组分时,反应器内优势菌门为Proteobacteria和Bacteroidetes,正己烷浓度的增加促进Proteobacteria的繁殖但抑制了Bacteroidetes的生长。正己烷浓度为850mg/m3条件下所检测出的Planctomycetes则随着正己烷浓度的增大而逐渐消失。反应器内的优势菌属分别是Pseudomonas、Comamonadaceae Delftia。其中,Comamonadaceae、Delftia 与 Pseudomonas在生物膜中的占比随着正己烷浓度的增加呈现出相反的变化趋势。虽然Pseudomonas在系统中占比最高,但甲苯的降解对Comamonadaceae与Delftia的含量变化更为敏感。