鼠李糖脂强化生物滴滤塔处理甲苯性能及微生物群落分析研究

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生物法是VOCs重要净化技术之一,传质效率是影响生物法处理效能的关键因素。VOCs中的大分子、强疏水性有机物在气相-液相-生物相之间的传质效率较低,严重影响了生物净化效果。因此提高大分子、疏水性VOCs的传质效率,是提高生物净化VOCs效率的关键。本实验选取疏水性的甲苯作为目标污染物,以鼠李糖脂为表面活性剂,搭建两套相同的生物滴滤塔系统(Biotrickling filter,BTF),通过测定两个系统在不同运行条件下对目标污染物的去除效率、矿化率及生物膜表面疏水性等参数,对比研究鼠李糖脂对生物处理甲苯效能的提升效果和表面活性剂的强化机理。主要研究结果如下:(1)通过实验确定鼠李糖脂添加浓度为100 mg/L。该浓度下微生物降解甲苯的效率为80.1%,促进作用较为明显;并且此浓度的鼠李糖脂被微生物代谢降解量为0.54 mg,消耗率较低。(2)在系统成功启动后,随着甲苯进气浓度、气体停留时间以及进口氧气浓度的变化,添加鼠李糖脂的BTF1去除效能均明显优于BTF2。结果阐明在滴滤塔中引入鼠李糖脂能更好的应对实验条件的变化对于BTFs性能的影响,推动甲苯在不同相之间的传质效果,提升了系统整体抗负荷冲击的能力。(3)基于气质联用仪检测结果及KEGG数据库,可知生物降解甲苯中间产物主要有苯酚类和酮类物质,并参考相关资料推测出本实验中甲苯废气的生物代谢途径为:甲苯→苯酚→酮类→二氧化碳。(4)研究发现添加鼠李糖脂的BTF1中胞外蛋白和多糖含量的变化导致生物膜表面相对疏水性增强。在系统运行至一百二十天时,BTF1生物膜相对疏水性达到77.3%,而BTF2为63.1%。表明添加鼠李糖脂能推动生物膜高效吸附疏水性废气,从而提高甲苯生物利用率。(5)采用16S rRNA技术分析两系统稳定运行期间的微生物群落。发现在门水平上,BTF1系统中优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteriota),占比达到62.3%和9.8%;而在BTF2系统中优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes),占比分别为56.3%和9.1%。在属水平上,BTF1和BTF2中优势菌属均为假单胞菌属(Pseudomonas)和Blastocatellaceae,占比分别达到44.3%、9.7%和32.4%、5.2%。在生物处理装置中引入鼠李糖脂能促进优势降解菌群的富集生长,提高了系统的去除效率和稳定性。
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