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熱生物過濾器去除SO2的影響：性能、氧氣分布和微生物種群

來源：Biochemical Engineering Journal, Volume 118, 2017, Pages 105-112

《生化工程雜志》第118卷，2017年，第105-112頁

 

摘要

摘要闡述了填料含水量（WCR）是生物過濾器成功處理廢氣的關鍵因素，特別是對于熱生物反應器。通過直接灌溉填料可實現最佳WCR。本研究通過不同灌溉時間調查了熱生物過濾器去除SO2的性能。SO2的去除效率很大程度上受填料含水量的影響，后者隨灌溉時間變化。當WCR>80%時，平均SO2去除效率可達98%。熱生物過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-好氧區域。微生物種群也相應變化。對于處理SO2的熱生物過濾器，連續灌溉可實現>80%的最佳WCR。

 

研究目的

研究目的是確定填料含水量對熱生物過濾器性能的影響，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化熱生物過濾器的運行。

 

研究思路

研究思路是使用一個熱生物過濾器（60°C），通過改變灌溉間隔時間（從7天到連續灌溉）來模擬不同含水量條件。測量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PCR-DGGE分析）。通過比較不同灌溉策略下的數據，評估WCR對過濾器性能的影響，并確定最佳灌溉方案。

 

測量的數據及研究意義

1 SO2去除效率：數據來自圖3和圖4。研究意義是直接評估生物過濾器的性能，顯示WCR對SO2去除的關鍵作用，如WCR>80%時效率超過90%，為優化灌溉頻率提供依據。

 

 

2 填料含水量（WCR）：數據來自圖4和圖5。研究意義是量化水分變化對過濾器的影響，表明高WCR（>80%）維持高效去除，指導灌溉管理以防止過濾器干燥或過濕。

 

3 氧氣分布：數據來自圖7（使用Unisense微電極測量）。研究意義是揭示WCR如何影響氧氣梯度，例如高WCR時出現好氧-低氧-好氧區域，幫助理解微生物活動的微環境。

 

4 微生物種群數量和多樣性：數據來自表2、表3和圖8。研究意義是分析灌溉間隔對微生物群落的影響，如每日灌溉增加兼性厭氧菌比例，說明水分調控可增強微生物活性以提高處理效率。

 

 

 

 

結論

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

2 氧氣分布受WCR影響，高WCR導致不均勻的氧氣梯度，促進多種微生物共生；低WCR時氧氣分布均勻但效率下降。

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

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極（OX-10微電極）測量氧氣分布數據的研究意義在于其高精度和實時性，能直接量化填料內部（如PUFCs）的氧氣濃度梯度。例如，從圖7數據顯示，當WCR高（98.08%）時，氧氣濃度從表面到中心逐漸下降，形成好氧-低氧-好氧區域，這揭示了水分如何通過影響氧氣擴散來創造適宜的微生物棲息地。這些測量幫助驗證了高WCR促進SO2生物氧化所需的微環境，避免了厭氧條件導致的效率降低。此外，電極數據為優化灌溉策略提供了實驗證據，確保過濾器在熱條件下維持高效運行，減少了能源消耗和操作成本。