生物滴滤床处理苯乙烯废气研究

作     者：李艳萍 

作者单位：重庆工商大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜岩

授予年度：2021年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：生物滴滤法 苯乙烯废气 Atlantibacter hermannii 传质 动力学 

摘      要：苯乙烯是一种具有一定生物毒性的疏水性挥发性有机物(Volatile organic compounds,简称VOCs),不仅会对环境造成危害,对人体也会造成极大的伤害。随着社会的发展,苯乙烯的用途愈加广泛,涉及多个行业,故需要加大对其的治理。由于生物滴滤法(Biotrickling filters,简称BTFs)的低成本、易操作、无二次污染等优点,在国内外受到越来越多的关注。本研究以自主选育的*** ST10为物质基础,以自主设计、委托加工的BTFs为实验平台,开展了苯乙烯生物降解特性、填料特性、BTFs工艺开发等研究;在吸附和吸收生物膜理论基础上,利用生物降解和传质动力学模型探索了苯乙烯生物去除机制。得到如下主要结果:(1)以取自珠海某化学材料有限公司吸收塔及重庆某润滑油分公司的废水样为分离源,通过样品驯化、富集培养、二次驯化、平板分离与纯化、降解能力表征等实验,筛选出2株优势苯乙烯降解菌,经16S r DNA鉴定为:革兰氏染色两株菌均呈阳性,鉴定结果分别为:Bacillus albus和Atlantibacter hermannii,分别命名为*** ST6和*** ST10。(2)*** ST10具有相对更强的苯乙烯降解能力,被选用于实验菌株。鉴于有关该菌株生物降解特性的可借鉴的报道甚少,开展了细胞生长与底物降解的条件优化研究,筛选得到的最佳工艺条件为p H值7.0,培养温度32℃,摇床转速120 r·min,接种量8%;在优化的条件下,*** ST10对1500 mg·m苯乙烯的去除率可达92.85%。在苯乙烯浓度为25-1900 mg·L的范围内,研究其生物降解特性发现,*** ST10对苯乙烯的最大降解能力为1800 mg·L;以生物降解特性为基础,利用Haldane’s模型描述了细胞生长和底物降解动力学行为,所得残差分别为:1.44×10,8.88×10,表明该模型具有较高的精确度。(3)在以聚氨酯泡沫(Polyurethane foam,简称PUF)为填料的双塔实验中,研究了进气浓度、进气流量、气液比、填料层高度等因素对BTFs工作性能的影响,得出其适宜操作条件为:入口气体浓度100～1500 mg·m3,停留时间26.2～60.1 s,气液比100～60,且去除率随着填料层的增高而增大,随着进气浓度的增加而减小;此外,对比不同填料对苯乙烯去除效率的影响发现,PUF-拉西环混合填料平衡了挂膜与堵塞问题,收到了很好的处理效果,94.12%的去除率高于同等条件下单一填料的处理效果,BTFs运行也更加平稳;(4)利用实验数据进行动力学模型验证,研究表明实验数据与模型计算值基本一致,证明*** ST10菌株对苯乙烯废气的降解符合“吸收-生物膜模型中的一级动力学模型和“吸附-生物膜模型,这两种模型均可用于大致预测本研究中BTFs对苯乙烯的去除效果。本实验以实验组自主设计的BTFs及得到的高效降解苯乙烯菌株为基础进行实验研究,旨在提高BTFs降解苯乙烯废气的性能,研究结果对BTFs性能的提高及工业化应用具有一定的实际意义。