投加低浓度臭氧控制VOCs生物过滤系统生物量的机理及控制方法研究

Low concentration ozone injection is proved to have obvious advantage for biomass control in biofiltration system treating VOCs gases.But, the michanism of biomass control by ozonation is not well known and studied. This projects is carried out based on various previous reseach work and aiming at biomass control and optimization for biofiltration system. The biomass accumulation and the performance of biofilters under different ozone injection conditions will be investigated. Then, the reactivity of ozone with different components of biofilm and the effect of ozone on biofilm structure, function and mass conversion will be studied in detail. After the mechanism of biomass control and activity enhancement by ozonation is discovered, the ozone injection method will be optimized and some control index will be set to guide the application of this method.

低浓度臭氧在VOCs生物过滤系统生物量控制和性能优化方面表现出了良好的应用前景。目前，对于臭氧控制生物量机理的认识还有待进一步深入，开展相关研究具有重要科学价值和指导意义。本研究在大量前期研究基础上，以VOCs生物过滤系统生物量控制和性能优化为目标，拟考察不同臭氧投加条件下生物过滤系统中生物量和运行性能变化规律，深入研究臭氧与相关组分的反应特性以及臭氧对生物膜结构功能和物质转化过程的影响，揭示低浓度臭氧控制生物量累积和强化生物活性的微观机理，提出利用臭氧控制生物量的优化条件和控制指标，为利用臭氧进行生物过滤系统性能优化提供理论指导和技术支持。

近年来，由于雾霾等区域大气污染问题，挥发性有机物（VOCs）等大气污染物的控制技术越来越受到关注。VOCs的生物处理技术由于具有反应条件温和、工艺简单、二次污染小等优点受到了广泛研究和应用。过量生物量累积造成的填料层堵塞问题成为影响VOCs生物处理工艺应用的关键难题，有待进一步突破和解决。本研究以VOCs生物过滤系统生物量控制和性能优化为目标，考察了不同臭氧投加条件下生物过滤系统中生物量和运行性能变化规律，发现了低浓度（小于300mg/m3）臭氧不影响VOCs去除，并可以有效控制生物量累积和填料层压降。深入研究了臭氧与胞外多聚物（EPS）的反应特性，发现臭氧可以与EPS中的多糖和蛋白质反应，并降低多糖和蛋白质的分子量。系统研究了臭氧对生物过滤塔中生物膜、群落结构、代谢功能和物质转化过程的影响，发现臭氧可以显著降低生物膜中的惰性菌体比例，提升对臭氧有耐受作用的 Rhodanobacter、Dokdonella和Rhodococcus属细菌的比例，并显著提升生物膜的碳源代谢活性。筛选得到了多株能够耐受臭氧的VOCs高效降解菌。通过系统研究，揭示了低浓度臭氧控制生物量累积和强化生物活性的微观机理，建立了利用臭氧控制生物量的模型，为VOCs生物过滤系统性能优化提供了理论指导和技术支持。