论文部分内容阅读
重点工业行业(如医药化工、石油炼制)排放的毒害性挥发性有机物(Volatile organic compounds, VOCs)及恶臭污染问题已日益严重,是当前我国大气环境最典型的污染源。相比于常规的物理化学治理手段,生物净化技术具有投资运行费用低、反应条件温和、无二次污染、易于操作管理等优点,尤其在处理水溶性好、易生物降解的大气量低浓度有机废气时更显其经济性和优越性。然而,针对一些水溶性差、难生物降解的有机污染物,单一生物净化手段的去除效果并不理想。为解决单一生物技术处理多组分难降解VOCs的不足,高效降解菌株的筛选、强化生物净化工艺等的研究正越来越受到关注。本文针对重点工业行业常见的苯系物、含硫恶臭有机污染物等疏水性VOCs,分别筛选分离出高效的降解菌株(Pandoraea sp. WL1和Pseudomonas sp. WL2),明确了菌株降解目标污染物(对二甲苯、乙硫醇)的降解生长特性、动力学及代谢途径。研究了生物滴滤塔(Biotrickling filter, BTF)净化多组分VOCs(乙硫醇、丙硫醇、对二甲苯、甲苯)的去除效果及相互作用机制。在上述研究的基础上,将前置介质阻挡放电(Dielectric barrier discharge, DBD)反应器匹配BTF工艺,研发出1套新型的化学氧化-生物净化耦合工艺,应用于多组分难降解VOCs(甲硫醚、丙硫醇及甲苯)的净化处理。具体研究结果如下：1)分离了1株可高效降解对二甲苯的新型菌株Pandoraea sp. WL1 。该菌株针对若干种芳香族化合物(甲苯、对甲苯甲酸、对苯二甲酸及苯酚等)均具有良好的降解能力。该菌株可在较高底物浓度范围内(0-200 mg·L-1)降解对二甲苯(最大降解速率常数为0.322 h-1)。代谢途径表明,该菌株首先将对二甲苯加氧氧化成对甲苯甲酸,并进一步完全矿化成CO2、H2O,部分用于菌体细胞生长。2)针对含硫恶臭有机污染物的高效降解菌株选育的报道并不多见。本研究以乙硫醇为目标污染物,驯化分离了1株可高效降解乙硫醇及丙硫醇、二硫醚类、甲醇、甲醛等有机污染物的新型菌株Pseudomonas sp. WL2。该菌株可在较高底物浓度范围内(0～110 mg·L-1)高效降解目标底物(最大降解速率常数为0.522 h-1)。菌株WL2是利用酶的催化氧化作用,迅速将乙硫醇转化成二乙基二硫醚,并进一步完全矿化成CO2、H2O及菌体细胞等,同时将S元素转化成SO42-。3)将前期分离出的高效降解菌群(Pseudomonas species和Pandoraea species)接种至BTF,进行了含乙硫醇、对二甲苯双组分VOCs模拟有机废气的治理,在10天左右就实现了稳态运行。根据单一组分及双组分VOCs协同去除结果表明,对二甲苯相比于乙硫醇更易被BTF内的微生物降解。利用宏观动力学分析了乙硫醇、丙硫醇、对二甲苯及甲苯的单一及混合组分的去除效果及相互作用机制,结果表明,各目标污染物的降解相比于单一VOC被抑制,而该BTF工艺针对多组分VOCs的去除能力仍较强(总VOCs最大去除速率为200 g·m-3·h-1左右)。4)利用化学调控单元,消除过量03对BTF内活性微生物的氧化作用,以优化匹配DBD反应器与BTF工艺。DBD反应器针对不同VOCs的去除效果：丙硫醇>甲硫醚>甲苯,即含硫有机污染物相对于苯系物更易被DBD氧化去除。结果表明,该新型耦合BTF工艺针对甲硫醚等难降解VOCs的强化效果尤其明显；相比于单一BTF工艺,在DBD放电电压为8.36 kV和11.13 kV的运行工况下,57～373 mg-m-3甲硫醚的去除效率分别提高了22.3%～24.6%和29%～41.8%。356～762 mg·m-3丙硫醇在8.36 kV时的去除效率就提高了17.5%～20.2%。将DBD与BTF工艺在不同工况下进行匹配,针对不同浓度的混合VOCs都达到了显著的协同去除效果,即DBD-BTF耦合工艺用于多组分难降解VOCs的强化去除是可行的。