生物滴滤法处理甲苯和硫化氢混合废气的研究

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本论文以活性污泥和垃圾渗滤液为原始菌源,驯化筛选及初步鉴定得到优势脱硫菌和甲苯降解菌,完成菌种组合后通过响应面法优化其混合降解条件;并对立式生物滴滤塔净化甲苯和H2S废气进行了研究,考察了不同运行条件对生物滴滤塔性能的影响;同时考察了鼠李糖脂对微生物降解疏水性甲苯的促进作用;最后对甲苯和H2S的降解途径及生物滴滤塔净化废气机理进行了初步分析。原始菌源经过驯化筛选及初步鉴定,确定优势脱硫菌:Z1为硫杆菌属,Z2为动性球菌属,Z3为新型硫杆菌属,B1为不动杆菌属;优势甲苯降解菌:J1为假单胞菌属,J2为芽孢杆菌属,J3为葡萄球菌属。对两大类优势降解菌进行组内组合和组间组合,得到优势混合菌的组合方式及比例为(Z1+Z2):B:(J1+J3)=2:4:3。通过响应面中心复合设计法(CCD)设计实验优化混合菌的降解条件,得到混合菌的最优降解条件为:pH6.6,培养温度30.0℃,接种量3.0%,甲苯添加量3.0μL,硫代硫酸钠加入量4.0g,其影响显著性为:培养温度>接种量>pH>甲苯添加量>硫代硫酸钠添加量。在此条件下甲苯降解率为73.6%,硫酸根浓度为163.9mg/L,基本与预测结果一致,且较优化前有明显提高。对得到的回归模型进行方差分析,结果表明所选模型具有高度的显著性,且拟合程度较好。以优势甲苯降解菌为菌源快速挂膜启动生物滴滤塔,运行17d后甲苯去除率达91.2%,最大体积去除负荷达到42.0g/(m3·h),SEM照片显示启动后塔内填料表面出现了以球菌和杆菌为主生物膜。稳定运行时停留时间大于34s,甲苯进气浓度在300800mg/m3之间时,甲苯去除效率保持在80%以上,系统最大体积去除负荷为73.7g/(m3·h),且生物滴滤塔的抗冲击负荷能力较强。滴滤塔在停止供应碳源、维持营养液的喷淋情况下持续8天,反应器能在24h内恢复性能,抗饥饿能力较好。停留时间为64s,加入脱硫菌和H2S对系统去除甲苯的性能影响不大,最终甲苯去除率约92%,H2S去除率约95%,均能达到国家废气排放标准。采用二倍稀释法估测鼠李糖脂的临界胶束浓度,0.4g/L的鼠李糖脂浓度即为临界胶束浓度,表面张力值为31.0μN/m。在菌体降解甲苯时,添加鼠李糖脂的体系其降解率大幅度高于空白,最大的提高了13.1%,且鼠李糖脂的浓度越大,对甲苯的降解促进作用越大。菌体细胞的疏水性越强越有利于疏水性甲苯与菌体细胞的接触,进而完成生物降解过程。对于空白体系,菌体细胞表面疏水性约为20.1%,添加了鼠李糖脂的体系,菌体细胞表面疏水性先迅速增大后下降,且增加幅度随鼠李糖脂浓度增大而增大,菌体表面疏水性最高达59.8%。
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