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有抑制条件下甲苯降解动力学的初步研究

作　者: 孙兴福
导　师: 霍丹群
学　校: 重庆大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 甲苯挥发性有机废气 VOCs 生物滴滤塔动力学模型 Pseudomonas sp
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

生物法处理低浓度废气以其处理效果好,投资运行费用低,无二次污染等优点成为当今世界的前沿热点课题之一。在国外,已有相当数量的实际工业装置投入运行,而在我国目前还主要处于研究阶段,只有少数有关应用方面的报道。目前针对VOC 废气处理的生物过滤塔实验研究已作了一些工作,对生物膜滴滤塔的研究工作也有相关报道,理论研究却还有限。在已有的理论研究中,绝大多数理论模型的理论基础都是吸收-生物膜理论,该理论认为VOCs 是通过扩散效应、平流效应以及气相、液/固相的传递而被吸收到液/固相中,进而通过微生物降解生成CO2, H2O 和生物机体。但是,在挥发性有机废气的生物净化处理过程中,通常生物膜填料塔都是用水来润湿生物膜的,由于这些有机废气几乎不溶于水或仅仅微溶于水,因此用吸收-生物膜理论不能很好的解释它们依靠扩散(浓度梯度为推动力),通过液膜,而后到达生物膜,并被其中的微生物捕获的净化过程机理。而且整个过程由于涉及了液膜扩散、多元多相流动、生化反应技术变化以及过渡区等复杂问题,所以模型计算的难度非常大,计算的准确性也比较低。本文以VOCs 中比较常见的甲苯作为研究对象,研究了本实验室驯化筛选的菌种的生长和降解特性;在此基础上,依据酶的抑制机理建立了在静态条件下甲苯的有抑制降解动力学;并以静态的降解模型为基础,依据生物滴滤塔内的吸附-生物膜理论建立了有抑制的甲苯降解动力学。通过本文的研究工作,得到以下主要结论: 1.本实验室最佳降解条件为:pH=7,温度为30-40℃,接种量为5%。在一定的甲苯浓度范围内,随着甲苯浓度的增大,比生长速率和比降解速率也增大,当增加到一定程度后,继续增加甲苯浓度,比生长速率和比降解速率反而下降。2.在静态条件下,通过甲苯浓度对甲苯比降解速率影响的实验,结果显示,当甲苯浓度在0-300mg/L 范围内时,比降解速率随甲苯浓度的增大而迅速增加,在300mg/L 达到0.0735h-1,在此之前表现为底物的无抑制状态。当甲苯浓度大于320mg/L 时,比降解速率开始呈现非线性下降,在780mg/L 浓度下的比降解速率降至0.0479h-1。以此为基础,依据酶的抑制机理建立了有抑制时甲苯降解菌的生长模型和甲苯降解模型。降解模型方程为: q=3.8681(C_s/774.121+C_s)(1(1+C_s/80.135))

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-12
1 绪论  12-32
  1.1 引言  12-13
  1.2 VOCs 的处理方法  13-15
    1.2.1 VOCs 的性质和来源  13-14
    1.2.2 VOCs 的处理方法  14-15
  1.3 生物法处理VOCs 的研究进展  15-24
    1.3.1 生物处理法的原理  16-17
    1.3.2 高效降解菌的筛选  17-18
    1.3.3 生物处理系统  18-20
    1.3.4 微生物生长和底物降解的基本动力学模型  20-24
  1.4 VOCs 降解模型的研究概况  24-30
    1.4.1 Ottengraf 模型  25-26
    1.4.2 Deshusses 模型  26-28
    1.4.3 李国文模型  28
    1.4.4 孙佩石模型  28-29
    1.4.5 QSAR 模型和QSBR 模型  29-30
  1.5 研究的目的和意义  30-32
2 有抑制条件下微生物的生长特性和甲苯降解特性的研究  32-44
  2.1 引言  32
  2.2 实验部分  32-34
    2.2.1 实验材料和仪器  32-33
    2.2.2 甲苯浓度的测定方法  33
    2.2.3 甲苯标准样品配制  33
    2.2.4 菌液OD600nm 值与细胞干重的关系  33-34
    2.2.5 甲苯浓度对生长及降解的影响  34
    2.2.6 温度对甲苯降解的影响  34
    2.2.7 pH 对甲苯降解的影响  34
    2.2.8 接种量对甲苯降解的影响  34
  2.3 实验结果及讨论  34-42
    2.3.1 甲苯含量与峰面积的标准曲线  34-35
    2.3.2 OD600nm 与菌体干重之间的关系  35
    2.3.3 甲苯浓度对生长及降解的影响  35-36
    2.3.4 温度对菌种生长及甲苯降解的影响  36-38
    2.3.5 pH 对菌种生长及甲苯降解的影响  38-40
    2.3.6 接种量对菌种生长及甲苯降解的影响  40-42
  2.4 本章小结  42-44
3 有抑制条件下的甲苯降解动力学  44-64
  3.1 有抑制甲苯降解动力学的理论基础  44-47
    3.1.1 微生物动力学模型的建立方法  44-45
    3.1.2 酶的抑制和激活作用  45-47
  3.2 实验内容  47-55
    3.2.1 实验方法  47
    3.2.2 比生长速率u 和比降解速率q 的计算方法  47-48
    3.2.3 实验数据表  48-51
    3.2.4 不同甲苯初始浓度下降解曲线及生长曲线  51-55
  3.3 有抑制的甲苯降解动力学模型方程的导出  55-61
    3.3.1 单底物酶催化反应动力学  55-57
    3.3.2 单底物酶的底物抑制动力学  57-58
    3.3.3 有抑制的甲苯降解动力学模型建立  58-60
    3.3.4 菌体生长的动力学模型  60-61
  3.4 本章小结  61-64
4 生物膜滴滤塔废气处理实验研究  64-72
  4.1 实验装置和系统  65-66
    4.1.1 实验装置  65
    4.1.2 实验系统  65
    4.1.3 实验方法  65-66
  4.2 微生物的挂膜和生物滴滤塔的启动  66-67
  4.3 甲苯废气的处理实验  67
  4.4 实验结果与讨论  67-71
    4.4.1 气体流量对甲苯净化效率的影响  67-68
    4.4.2 停留时间对甲苯降解效率的影响  68-69
    4.4.3 液体流量对甲苯净化效率的影响  69-70
    4.4.4 甲苯进口浓度对净化效率的影响  70-71
  4.5 本章小结  71-72
5 有抑制条件下生物滴滤塔的甲苯降解模型  72-84
  5.1 理论基础  72-73
    5.1.1 滴滤塔降解甲苯的基本原理  72
    5.1.2 模型的理论基础  72-73
  5.2 模型的建立  73-79
    5.2.1 模型建立的假设  73-74
    5.2.2 塔内模型推导  74-78
    5.2.3 模型参数的确定  78-79
  5.3 模型验证  79-82
    5.3.1 不同进口甲苯浓度对降解的影响  79-80
    5.3.2 停留时间的影响  80-82
  5.4 本章小结  82-84
6 结论及展望  84-86
  6.1 主要结论  84-85
  6.2 后续工作及展望  85-86
致谢  86-88
参考文献  88-94
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  94-96
独创性声明  96
学位论文版权使用授权书  96

有抑制条件下甲苯降解动力学的初步研究

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