二甲苯废气为疏水性的有机污染物,是许多挥发性工业污染源的主要成分,使用生物技术来去除这种挥发性的有机物已成为一种发展趋势。因此,本课题采用生物滴滤的方法研究二甲苯废气的生物降解过程,驯化高效降解二甲苯的专性微生物菌群,分析微生物群落结构在生物滴滤塔内的空间动态变化规律,并对相关动力学模型进行验证和修正的研究,主要成果结论如下:(1)通过反应条件的优化,得到最佳pH为7.0,气液比为15:1(v/v),温度为25℃。生物滴滤系统经过5个阶段的长期运行,最终在停留时间为33.7 s,入口二甲苯的浓度为3000mg·m-3的条件下,去除率(RE)稳定在86.1%～90.8%,最大去除能力(EC)达到303.6 g·m-3.h-1。获得了一个在停留时间较短和有机质量负荷较高的情况下仍可高效降解二甲苯的混合微生物菌群。(2)根据气相色谱(GC)/质谱(MS)联用的分析结果并结合Kyoto Encyclopedia ofgenes and Genomes(KEGG)的PATHWAY数据库,推测出系统菌群降解对二甲苯的可能代谢路径。计算出该系统的矿化率为80.7%,且输入与输出碳的质量是平衡的。(3)通过高通量测序技术对滴滤塔上层,中层和底层的微生物群落结构进行分析,发现假单胞菌属和鞘脂菌属为生物滴滤塔内主要的菌属,且两者在上层和底层的分布存在显著差异。微生物群落结构的垂直分布与二甲苯浓度及其代谢产物沿反应器高度的变化密切相关。各层群落结构的功能预测表明该系统对降解芳烃类污染物存在巨大潜力。此外,还从系统菌群中分离筛选出6种降解二甲苯的菌属。(4)根据Michaelis-Menten模型,计算出生物降解动力学中的参数最大生物降解速率rmax和气相中的饱和常数Ks分别为1059.8 g·m-3·h-1和4.78 g·m-3。通过验证和修正“吸收-生物膜”理论和“吸附-生物膜”理论的动力学模型,证明了生物滴滤塔实际运行情况的复杂性,此过程应符合“吸收-吸附-生物膜”复合模型。(5)与电气浮法相比,芬顿-混凝联合处理循环废液中的化学需氧量(COD)是一种有效可行的方法,出水COD去除率达到82.5%。这解决了系统长期运行导致循环营养液中COD浓度积累的问题。