作者：郑晓敏
目前对餐饮油烟废气的处理，国内外均有相关的净化处理技术和设备。但由于油烟组分复杂多样，净化装置存在一定的局限性，如运行费用高、效率低、产生二次污染等。生物法处理油烟气体设备简单，效果好，投资运行费用低，安全性高，无二次污染等优点，可处理性质不同的混合气体，已成为世界废气处理研究的热点之一。廖雷等利用生物洗涤装置驯化活性污泥，获得以细菌、真菌为主的降解油烟污染物的优势菌种，从活性污泥洗涤液中筛选出4株优势菌种，它们对油烟的降解效率大于60%孙丽欣等以污水处理厂活性污泥为菌种，在生物滴滤塔内接种挂膜，用油烟气进行驯化，整个实验系统对油烟气的总去除率达90%以上。Son等利用活性污泥和填料锯末的生物过滤法处理乙苯废气，不加任何营养物质的前提下，运行62d，去除率可达80%。我国油烟净化技术研究起步较晚，很多技术和设备需要改善和提高效率。因此，研发效率高，投资少，运行费用低，易操作的油烟净化装置仍是控制油烟污染的重点。本实验前期驯化活性污泥获得大量降解性能高的菌群，油烟经反应装置将其大部分吸收降解，为治理餐饮油烟废气提供了相关的理论依据。
1 材料与方法
1.1 试剂与仪器
试剂：四氯化碳、淀粉、碳酸钠。无机盐营养液：磷酸二氢钾0.4g，磷酸氢二钾1.6g，氯化钙25 mg，硝酸氨0.5g，五水三氯化铁2.3 mg，硫酸镁0.2g，去离子水1L，调节pH至中性。
仪器：MoticDMBA-450生物数码显微镜、4-112482箱式电阻炉、Clarus 600 GC-MS气质联用仪、CY-2000型多功能红外测油仪。
1.2 实验方法
如图1所示，通过自制油烟废气模拟餐饮油烟气源，在1 000 mL三口烧瓶中加入250 mL食用调和油和150 mL由抽油烟机搜集的冷凝液，放人温控仪探头，电炉加热，控制三口烧瓶中油温度为200℃左右，空气泵以特定的压力将空气压人缓冲瓶，进入气体流量计( IZB-15)，调节流量分为两路，一路用于维持洗涤液中的溶解氧量，一路用于导人三口烧瓶中，与加热产生的油烟混合气形成模拟油烟。填料塔采用直流操作，油烟气由洗涤槽底部向上流出，再经过填料塔最终排出气体。
1.2.1 油烟浓度的测定
根据GB 18483-2001饮食业油烟排放标准采样方法采集油烟气体，根据HJ 637-2012水质、石油类和动植物油类的测定红外分光光度法萃取水样，由CY-2000型多功能红外测油仪测定油烟浓度。
油烟去除率、比降解速率计算：进口油烟浓度为C，洗涤后出口浓度为Cout，液相初始油浓度Co，降解t后油浓度C，液相生物量为Q。
1.2.2 活性污泥指标测定方法
活性污泥中的污泥沉降比SV、污泥沉降指数SVI、污泥浓度MLSS、挥发性悬浮固体浓度MLVSS等均按水和废水监测分析方法测定。
1.2.3 活性污泥的培养与驯化
从桂林市雁山镇污水处理厂的曝气池采集50 L活性污泥，将其50 L置入反应器中，通过流量计固定流量0.5 m3/h．控制溶解氧量在2-3 mg/L左右，加热棒控制温度(25±5)℃下曝气48 h，使污泥微生物处于内源代谢阶段。采用逐渐增加油烟负荷的方式驯化培养，能够利用油烟污染物的微生物数量会逐渐增长，反之则逐渐死亡、淘汰。驯化活性污泥周期为25d，培养驯化过程中分为3个阶段。
(l)第一阶段。向洗涤槽中加入适量的淀粉控制COD在1 200-1 800 mg/L左右，以便微生物得到足量的营养快速适应环境而生长繁殖。
(2)第二阶段。按：0D值为900、800、700、600mg/L的投加量每天逐渐减少营养物质，之后再每天向活性污泥中通入油烟污染物，再加入适当淀粉量控制COD在500 mg/L左右，隔天通人油烟时间为2、3、4、5h，逐渐减少淀粉量，通过Na2CO。调节pH值在6.5-7.5之间。
(3)第三阶段。活性污泥完全以油烟污染物作为唯一碳源供应于反应器中，加入无机盐营养液调节活性污泥中的碳氮磷比为100:5:1，隔天逐渐加大油烟时间6、7、8、9h，8d后驯化结束，以后每天通2h油烟作为碳源维持微生物的代谢需求。
1.2.4 气相色谱一质谱条件
GC条件：Clarus 600 GC/MS气相色谱一质谱联用仪，色谱柱为Elite-5MS石英毛细柱(30 mx0.25 mm，0.25μm);载气为氦气，流速l mL/min;碰撞气为氩气；进样口温度为250℃，进样量为1μL，分流比10:1；柱箱升温程序为初始温度50℃，保持2 min，以5℃/min速率升温至140℃，保持5 min，再以20℃/min速度升温至250℃，保持12 min。
MS条件：色谱与质谱接口温度250℃，EI离子源，电子轰击能量70 eV，扫描质量范围为40-500m/z，溶剂延迟时间3 min。
2 结果与讨论
2.1 活性污泥驯化过程中SV、SVI、VSS/SS的变化
活性污泥驯化过程中，油烟去除效果与活性污泥性能如污泥沉降性能、污泥浓度、生物相等密切相关。图2、3为活性污泥驯化过程中SV、SVI、SS、VSS的变化趋势曲线。驯化初期，SV、SVI、VSS/SS保持在3701、102 mL/g和71%左右，随着油烟废气的通人，对活性污泥产生一定的抑制作用，导致SS降低，SV、VSS也随之降低。驯化中期，适应环境的微生物成为降解油烟的优势菌种，SS有稳定上升趋势，污泥沉降性能良好。培养驯化25 d，活性污泥SV、SVI、VSS、VSS/SS基本维持在30%、95 mL/g.2.2 g/L、64%左右，各项指标均良好，可进行油烟生物洗涤研究。
2.2 活性污泥驯化前后生物相变化
取回的活性污泥颜色呈灰褐色，其微生物相复杂丰富，有大量的原生动物，比如钟虫、纤虫等纤毛虫。通过对污泥的驯化培养，颜色逐步转变成黄褐色，微生物相不断发生变化。如图4、5所示，驯化初期，VSS/SS值逐渐变小，可见微生物不适应新环境出现大量死亡，数量减少，菌胶团也逐渐松软分散，存在游离的细菌和较少的微型动物；驯化中期，VSS/SS值在66%附近，随着微生物不断适应新的生长环境，其数量逐渐稳定，污泥絮凝性得到改善，菌胶团也较为紧凑，出现了一些掠食小型纤毛虫的漫游虫（Litonotus）、匍匐型的楣纤虫（Aspidisca）和大型的线虫（Nematodes）等；驯化后期，VSS/SS值稳定在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，大量固定型的小口钟虫（Vorticella）出现在菌胶团上，还夹杂一些轮虫（Rotifers）、累枝虫（Epistylis）等，食物链复杂，种群丰富，活性污泥颜色呈黄色，说明已驯化成优质而成熟的活性污泥。驯化成熟的活性污泥一段时间后pH值会有所下降，分析其原因是由于异养微生物对油烟污染物的分解和合成，最后会形成二氧化碳，溶解于水中导致pH略微下降。
2.3 活性污泥驯化过程中油烟去除效果研究
图6为活性污泥驯化过程中生物洗涤液对油烟废气去除效果变化曲线。油烟进气浓度为450-550mg/L时，经处理后出口浓度为90 mg/L左右。驯化初期油烟去除率不高，仅有65%左右，这是由于新培养的污泥处于适应期，降解油烟的微生物并不多。第10天有明显下降趋势，是因为通入油烟微生物不适应新环境而死去造成。随着驯化时间的延长，洗涤液净化油烟去除率基本保持稳定，维持在80%以上，表明驯化成功。
2.4 油烟生物降解性能的研究
经驯化成熟的活性污泥后，可进行油烟生物降解研究。通油烟至反应器装置进出口浓度几乎一致（即为饱和状态），可知驯化成熟的活性污泥饱和油浓度为32.11 mg/L。大多数活性污泥数学模型都以VSS来度量活性微生物量，实际上VSS由活的生物量、微生物内源呼吸残留物量和不可生物降解的有机悬浮固体组成，Weddle等指出，活性污泥中活的异养微生物仅仅占VSS的l0%-20%左右。因此，研究中把0.15倍的VSS=2 187 mg/L作为活性微生物量，生物洗涤液中微生物增长浓度忽略不计，测定每12 h液相油烟浓度，计算洗涤液中微生物比降解速率。结果如表1、图7所示。
结果表明，初始阶段36 h内液相油烟浓度由32.11 mg/L迅速降低至14.45 mg/L，其中50%左右的油烟被微生物所降解，微生物降解速率最初12 h时最大，可达0.558 mg/(L．h)，比降解速率为0.001 699h-1，说明驯化好的活性污泥对油烟污染物有很好的降解能力。随着降解时间的增加，比降解速率逐渐减小，这是由于液相油烟浓度过低，不足以提供微生物营养造成的。
2.5 油烟污染物组分GC-MS研究
利用气象色谱一质谱联用对油烟挥发性气体的成分进行分析，通过谱库检索，结合相关文献鉴定出36种化合物，如图8所示，通过峰面积归一化法求得各油烟组分的相对质量分数。其中相对含量较高的组分有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%)、对烯丙基苯甲醚(6.33%)，2一戊基呋喃(5.99%)、顺一2一庚烯醛(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%)。
检测到的油烟成分中如表2所示，烷烯炔烃类9种，分别为1，2-=苯基环丙烷、顺-3-十一烯、1-己基-1-环戊烯、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，占总质量分数的10.86%；醛类8种，分别为正庚醛、顺-2-庚烯醛、辛醛、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、顺-2-癸烯醛、2，4-癸二烯醛、2-十一烯醛，占总质量分数的20.80%；酸类7种，分别为辛酸、癸酸、十六酸、油酸、十八烷酸、二十碳五烯酸、亚麻酸，占总质量分数的28.85%；醇类5种，分别为2，7-二甲基-l-辛醇、反-2-壬烯-1-醇、3-脱氧-雌二醇、5，7-十二烷二炔-1，12-二醇、6-十五碳烯醇，占总质量分数的23.34%；酮类2种，分别为2-戊基呋喃、2-辛基呋喃，占总质量分数的6.22%；脂类2种，分别为醋酸桧酯、异丁酸芳樟酯，占总质量分数的1.12%；醚、胺、硫类各一种。
3 结论
驯化25 d成熟的活性污泥SV、SVI、VSS、VSS/SS都有所降低，最终基本维持在30%、95 mL/g、2.2 g/L、64%左右；通过镜检发现活性污泥在驯化过程中颜色由灰褐色逐渐变为黄色，菌胶团也由松散到紧凑，前期很少存在微型动物，中期出现一些漫游虫、楣纤虫、线虫。后期出现了钟虫、轮虫、累枝虫，食物链复杂，种群丰富，标志着已驯化成优质的活性污泥；驯化期间，油烟洗涤效果也在不断提高，最后净化油烟由原来的65%提高到80%以上。驯化好的微生物最初12 h的降解速率最大，可达0.558 mg/(L．h)，比降解速率为0.001 699 h-1。随着降解时间的增加，比降解速率减小；油烟组分共鉴定36种化合物，醛类、酸类、醇类分别占总质量分数的20.80%、28.85%、23.34%。
4摘要：通过驯化污水处理厂的活性污泥，获得降解油烟污染物的优势菌群。驯化期间分析生物相的变化规律、特点及其指示作用。25 d后，VSS/SS值由71%减小到64%，微生物量达到平衡状态。污泥沉降性能良好，生物相复杂丰富，油烟气体洗涤去除率达到80%以上，液相油烟污染物在前12 h时降解速率最大，可达0.558 mg/(L-h)，比降解速率为0.001 699h-1。通过GC-MS对油烟组分共鉴定出36种化合物，其中醛类8种、酸类7种、醇类5种，共占总质量分数的73%，为油烟污染物的主要成分。
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