CN111718854A - 利用生物滴滤工艺同时去除四氢呋喃和苯乙烯的挂膜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用生物滴滤床同时去除四氢呋喃和苯乙烯的挂膜方法,包括样品采集、菌种的富集与初筛、特异菌种的富集、分别挂膜后改变连接方式,实现四氢呋喃和苯乙烯的同时去除。利用本发明所述方法可有效根据废气的不同理化特性,实现填料塔内菌种的快速挂膜,达到同时高效去除不同组分废气的效果,具有重要的应用价值。

Description

利用生物滴滤工艺同时去除四氢呋喃和苯乙烯的挂膜方法
技术领域
本发明涉及环境工程微生物技术领域,具体地说是涉及生物滴滤工艺在去除废气中的应用,该技术可以用于生物方法对不同组分废气的同时去除过程。
背景技术
随着工业化进程的加快,大量工业废气的排放已经直接或间接影响到人体健康。近些年来,废气的处理技术得到了快速发展,相比于其他理化方法,生物法可以在更温和的条件下,用更低的成本,来实现对污染物更好的去除效果,且极大降低了二次污染的风险。特别是生物滴滤工艺,由于其对难降解VOCs和酸性或碱性化合物更好处理能力,得到越来越多的关注。
实际工艺中,由于废气排放量大,组分复杂,浓度高,给生物法的实际应用造成一定难度。不同组分废气同时去除过程虽相对复杂,对具有一定规律。大量研究发现,亲水特性较好的废气去除率一般较高。由此,针对不同亲水特性废气应用的生物处理法,可达到同时高效去除不同组分废气的目的,具有一定的实际应用价值。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供利用生物滴滤床同时去除四氢呋喃和苯乙烯的挂膜方法,为了实现上述目的而采取的技术方案如下。
1.样品的采集:用无菌取样瓶分别在两个不同化工公司曝气池内的废水进行采集,放入恒温培养箱中待用,温度维持在35℃左右。
2.特异菌种的初级筛选:将俩种不同水样分装至若干个已灭过菌的装有LB培养基的锥形瓶后,将其放入温度37℃,转速180r/min的摇床内作一代培养10-12h;将一代LB培养基以体积分数为5%的接种量接入二代LB培养基中,并放入同条件下的摇床内培养2-3h;将二代LB培养基以体积分数为15%的接种量分别接入到加四氢呋喃作唯一碳源和加苯乙烯作唯一碳源的MM培养基中,放入温度为32℃,转速为130 r/min的摇床培养36-48h,,其中四氢呋喃浓度维持为在500 mg/m3,苯乙烯浓度维持在300 mg/m3
3.筛选后特异菌群的富集培养:以体积分数5%的接种量,将上述3中只含四氢呋喃的无机盐培养基、只含苯乙烯的无机盐培养基分别转接入内含拉西环、聚氨酯海绵作种子的LB培养基中,放入温度为37℃,转速为180r/min的摇床培养18h左右,保证菌种的发酵液OD600nm=1.2(±0.02)。
4.改变实验条件对菌种分别挂膜:分别将上述3中的四氢呋喃降解菌发酵液、苯乙烯降解菌发酵液从上部均匀倒入装有拉西环的生物滴滤床Ⅰ、装有聚氨酯海绵的生物滴滤床Ⅱ。依次打开喷淋开关,以及气体流量计,以及温控开关,在最初108h内将气体浓度控制在较低浓度范围,四氢呋喃为300-500 mg/m3,苯乙烯浓度为200-300 mg/m3。观察两个U形压差管的压降变化情况。当生物滴滤床1的压降上升到50mmH2O时,再将进口处四氢呋喃浓度至800 mg/m3,当生物滴滤床2的压降上升到50mmH2O时,再将进口处苯乙烯浓度至400 mg/m3。随着压降上升逐步提高四氢呋喃和苯乙烯的浓度,检测其去除率的变化。当生物滴滤床Ⅰ的压降上升到150mmH2O,生物滴滤床Ⅱ的压降上升到200 mmH2O,对四氢呋喃和苯乙烯去除率分别稳定达到60%,50%时,视为挂膜成功。
5.改变两个生物滴滤床的连接方式,同时去除四氢呋喃和苯乙烯:将四氢呋喃和苯乙烯配成不同比例的混合溶液,通过鼓泡方式,使两者的混合气体从生物滴滤床Ⅰ的塔底进入,连续经过两个生物滴滤床,达到同时去除的目的。最终确定四氢呋喃:苯乙烯约为2.75:1时,两者同时去除的效果最佳,去除率分别可达95%、80%。
本发明的有益效果为:本发明提供了一种生物滴滤工艺同时去除四氢呋喃和苯乙烯的挂膜方法,借此方法可有效同时去除不同组分的废气。本发明进一步为废气末端治理提供了一种可行的生物处理方法,处理后的四氢呋喃和苯乙烯废气浓度得到有效控制。
附图说明
图1为挂膜工艺所用生物滴滤床的设计图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的说明,进一步叙述本发明,除非特殊说明,实施方式中未描述的技术手段均可以用本领域技术人员所公知的方式实现。另外,实施方案应理解为说明性的,而非限制本发明的范围,本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言,在不背离发明实质和范围的前提下,对这些实施方案中的物料成分、用量、尺寸、形状进行的各种修改、替换、改进也属于本发明的保护范围,并且本发明所限定的具体参数应有可允许的误差范围。
除非特殊说明,本发明中所用的装置为立式生物滴滤床,其主要由供气系统,喷淋循环装置以及生物处理系统构成(见附图1)。生物处理系统的主体是有机玻璃管,内径150mm,高1200mm,填料柱高800mm。
除非特殊说明,本发明中所采用的填料规格为:拉西环为,直径10mm,高15mm的空心圆柱网状;聚氨酯海绵为10mm×10mm×10mm的小正方体状。
除非特殊说明,喷淋速率控制在25NL/h。
除非特殊说明,所采用的培养基配方如下:
(1)LB培养基的配方:
蛋白胨:1g
酵母浸出汁:0.5g
NaCl:1g
蒸馏水:100mL
(2)无机盐培养基的配方:
Na2HPO4·12H2O:3.0g/L
KH2PO4:2.5 g/L
NH4Cl:1.5 g/L
MgSO4·7H2O:0.5 g/L
CaCl2·2H2O:0.03 g/L
微量元素母液:
FeSO4·7H2O:1.0 g/L
MnSO4·4H2O:1.0 g/L
CuSO4·5H2O:0.02 g/L
ZnSO4·7H2O:0.10 g/L
H3BO3:0.014 g/L
NaMoO4·2H2O:0.02 g/L
CoCl2·6H2O:0.02 g/L
除非特殊说明,各底物的去除效率计算方法如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中进气口处底物浓度(mg/m3)为该底物在混合气体中的所在比例,即在生物降解前的检测结果;出气口处底物浓度(mg/m3)为生物降解后残留该底物的浓度。
实施例1
样品的采集
用无菌取样瓶分别在两个不同化工公司曝气池内的废水进行采集,放入恒温培养箱中过夜培养,温度维持在35℃左右。
实施例2
特异菌种的初筛
选20个100mL的锥形瓶内分别装入30mL的LB培养基,10个100mL的锥形瓶内分别装30mL的MM培养基,并将其放入高压蒸汽锅进行灭菌30min。将两种水样各随机抽取5份,分装至上述10个锥形瓶后,将其放入温度37℃,转速180r/min摇床内作一代培养12h;将一代LB培养基以体积分数为5%的接种量接入作二代LB培养基的10个锥形瓶中,并将其放入同条件下的摇床内培养3h;将二代LB培养基以体积分数为15%的接种量分别接入到加四氢呋喃作唯一碳源和加苯乙烯作唯一碳源的无机盐培养基中,放入温度32℃,转速130 r/min的摇床培养48h,其中四氢呋喃浓度维持为500 mg/m3,苯乙烯浓度维持为300 mg/m3。培养期间,观察装无机盐培养基各锥形瓶的浑浊程度,每隔4h,测一次OD600nm
实施例3
筛选后特异菌群的富集培养
选10个100mL的锥形瓶分别装入50mL的LB培养基,并分别装入一定数量的聚氨酯海绵、拉西环作为种子,灭菌。待到实施例2中OD600nm为0.8左右时,以5%的接种量,将只含四氢呋喃的无机盐培养基、只含苯乙烯中的无机盐培养基分别转接入内含拉西环、聚氨酯海绵作种子的LB培养基中,放入温度37℃,转速180r/min的摇床培养18h。培养期间,每2h测一次OD600nm
实施例4
改变实验条件对菌种分别挂膜
装置运行前,对其用70%乙醇进行消毒,并对用作填料的聚氨酯海绵、拉西环进行20min的紫外灭菌,静待20min酒精挥发后,组装设备。先在两个营养桶内分别加入5L的灭菌无机盐培养基后,将拉西环、聚氨酯海绵分别装入生物滴滤床Ⅰ、生物滴滤床Ⅱ至约50mm厚度。随后将实施例3中OD600nm=1.2(±0.02)的四氢呋喃降解菌发酵液、苯乙烯降解菌发酵液从上部均匀倒入装有拉西环的生物滴滤床Ⅰ、装有聚氨酯海绵的生物滴滤床Ⅱ。最后,将剩余填料装入塔内。从塔底接出发酵液,再次从填料塔上方均匀倒入,往复2-3次。最后,依次打开喷淋开关,以及气体流量计,以及温控开关,在最初108h内将气体浓度控制在较低浓度范围,四氢呋喃为300-500 mg/m3,苯乙烯浓度为200-300 mg/m3。观察两个U形压差管的压降变化情况。当生物滴滤床1的压降上升到50mmH2O时,再将进口处四氢呋喃浓度至800 mg/m3,当生物滴滤床2的压降上升到50mmH2O时,再将进口处四氢呋喃浓度至400 mg/m3。随着压降上升逐步提高四氢呋喃和苯乙烯的浓度,检测其去除率的变化。当生物滴滤床Ⅰ的压降上升到150mmH2O,生物滴滤床Ⅱ的压降上升到200 mmH2O,对四氢呋喃和苯乙烯去除率分别稳定达到60%,50%时,视为挂膜成功。
实施例5
改变两个生物滴滤床的连接方式,同时去除四氢呋喃和苯乙烯
将四氢呋喃和苯乙烯分别配成1:2、1:3、1:1、2:1、3:1五种不同比例的混合溶液于挥发瓶内,通过鼓泡方式,使两者的混合气体从生物滴滤床Ⅰ的塔底进入,连续经过两个生物滴滤床,达到同时去除的目的。最终确定四氢呋喃:苯乙烯约为2.75:1时,两者同时去除的效果最佳,去除率分别可达95%、80%。

Claims (4)

1.利用生物滴滤床同时去除四氢呋喃和苯乙烯的挂膜方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)样品的采集:用无菌取样瓶分别在不同化工公司曝气池内的废水进行采集,放入恒温培养箱中过夜培养,温度维持在35℃左右;
(2)特异菌种的初筛:先将样品内的菌种置于LB培养基中进行两代富集培养10-12h后,以体积分数15%的接种量分别接入到加四氢呋喃作唯一碳源和加苯乙烯作唯一碳源的灭菌无机盐培养基中,放入摇床培养36-48h,完成特异菌种的初步筛选;
(3)筛选后特异菌群的富集培养:以体积分数5%的接种量,将步骤(2)中初筛后的四氢呋喃降解菌种发酵液、苯乙烯降解菌种发酵液分别转接入内含拉西环、聚氨酯海绵作种子的LB培养基中,放入摇床培养18h左右,进行特异菌群的富集培养;
(4)改变实验条件对菌种分别挂膜:将生长至指数生长末期的菌种发酵液装入生物滴滤床后,依次打开喷淋开关,以及气体流量计,以及温控开关,在最初108h内将气体浓度控制在较低浓度范围,观察两个U形压差管的压降变化情况;随着压降上升逐步提高四氢呋喃和苯乙烯的浓度,检测其去除率的变化;当生物滴滤床Ⅰ的压降上升到150mmH2O,生物滴滤床Ⅱ的压降上升到200 mmH2O,对四氢呋喃和苯乙烯的去除率分别稳定达到60%,50%时,视为挂膜成功;
(5)改变两个生物滴滤床的连接方式,同时去除四氢呋喃和苯乙烯:将四氢呋喃和苯乙烯配成不同比例的混合溶液,通过鼓泡方式,使两者的混合气体从生物滴滤床Ⅰ的塔底进入,连续经过两个反应器,达到同时去除的目的。
2.根据权利要求1所述的步骤(2)中初筛的培养条件,其特征在于:无机盐培养基中四氢呋喃浓度维持为500 mg/m3,苯乙烯浓度维持为300 mg/m3
3.根据权利要求1所述的步骤(4)中的挂膜方法,其特征在于:最初108h内将四氢呋喃浓度控制300-500mg/m3,苯乙烯浓度控制为200-300 mg/m3;在当生物滴滤床Ⅰ的压降上升到50mmH2O时,再将进口处四氢呋喃浓度至800 mg/m3;当生物滴滤床Ⅱ的压降上升到50mmH2O时,再将进口处苯乙烯浓度至400 mg/m3;生物滴滤床Ⅰ的压降上升到150mmH2O,生物滴滤床Ⅱ的压降上升到200 mmH2O,去除率分别稳定达到60%,50%时,视为挂膜成功。
4.根据权利要求1所述的步骤(5)中当混合溶液配置比例,其特征在于:当四氢呋喃:苯乙烯约为2.75:1时,两者同时去除的效果最佳,去除率分别可达95%、80%。
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