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真菌 Trichoderma viride Pers . ex Fr 降解 三苯废气性能实验 侯晨涛 1,2 马广大 1 1.西安建筑科技大学市政与环境工程学院, 陕西 710055; 2.西安科技大学地质与环境工程系, 陕西 710054 摘要 利用固相静态试验考察前期实验驯化出的真菌 Trichoderma viride Pers. ex Fr 对苯、甲苯、二甲苯的好氧生物降解 性能。 结果表明, 在本研究的气相浓度范围内 苯 47. 25～ 1 677. 47 g m3, 甲苯 64. 70～ 1 258. 50 g m3、二甲苯 20. 59～ 1 707. 85 g m3, 3 种气体的降解速率随其初始浓度的增大而增加, 降解规律苯、甲苯符合 Monod方程, 二甲苯符合一级 反应。 关键词 好氧生物降解 真菌 苯 甲苯 二甲苯 生物过滤工艺是目前国内外净化挥发性有机废 气 VOCs 的研究热点 。 常规生物滤塔内 中性 以细菌为主 ,真菌含量很 少。真菌生长速度较慢, 但它们降解有机污染物比细 菌更有优势 降解能力远大于细菌, 并能在偏酸性 pH 为 3～ 6 、干燥的环境中生存 ; 具有分支繁茂的丝 状体 ,增大菌体与周围环境接触的表面积 [ 1] , 且可以 使有机物直接与微生物接触并被降解从而降低传质 阻力 [ 1-6] 。 根据苯、 甲苯、 二甲苯 三苯 的物理性质 ,生物滤 池中真菌为优势菌更有利于其降解。本研究考察前 期试验所获真菌 Trichoderma viride Pers. ex Fr 对高浓 度三苯的降解性能, 底物浓度对降解速率的影响。 1 试验方法 1. 1 菌种获得 1. 1. 1 营养液与培养基 1 营养液。用于真菌驯化及试验装置运行。营 养液由常量元素液与微量元素液两部分组成。常量 元素液采用 J. W. van Groenestijn [ 6] 等提供的适合真菌 生长的配方 , 成分 2. 0 g L NH4Cl , 4. 5 g L KH2PO4, 0. 5 g L K2HPO4, 1. 0 mg L MgSO47H2O , 2 mL L 微量 元素溶液。微量元素溶液成分为 120 mg L FeCl3, 50 mg L H3BO3, 10 mg L CuSO45H2O , 10 mg L KI, 45 mg L MnSO4 H2O,20 mg L Na2MoO4 2H2O,75 mg L ZnSO47H2O ,50 mg L CoCl26H2O, 20 mg L AlK SO42 12H2O,13. 25 mg L CaCl22H2O,10 mg L NaCl 。微量 元素液的加入比例为 24 mL L 常量元素液。营养液 pH 调至 5. 5。 培养基 用于生物降解试验 。马铃薯 200 g 、葡 萄糖 20 g 、琼脂 15 ～ 20 g 、蒸 馏水 1 000 mL 、pH 自然 [ 7] 。 1. 1. 2 实验装置 实验装置 [ 8,9] 如图 1 所示 。 1空气压缩机; 2苯液体储瓶; 3甲苯液体储瓶; 4二甲苯液体储瓶; 5气体混合瓶; 6气体流量计; 71生物滤塔; 82生物滤塔; 9水槽; 10水泵; 11营养液槽; 12采样口。 图 1 实验装置示意图 实验中生物滴滤塔的顶端设有喷淋装置 ,营养液 自上而下经由生物过滤塔润湿填料 。污染气源采用 动态法配制 ,鼓风机将空气分别鼓入装有苯、甲苯 、 二 甲苯液体的储气瓶 ,将三苯气体带入混合瓶 ,与新鲜 空气按一定比例充分混合后进入滤塔,与生物膜接触 从而被净化 。净化后的气体排入大气。 气态循环法挂膜 ,驯化与挂膜同时进行。同样的 活性污泥空曝 48 h。先用浸没式方法用空曝后的活 性污泥将塔内填料浸泡 24 h, 然后将塔内活性污泥放 掉,倒入循环液储槽中,滴加适量营养液 ,启动循环液 阀门并同时通入三苯废气 ,其中三苯气体各组分的流 45 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 量保持在 0. 025 L min ; 空气流量为 0. 05 m 3 h。驯化 进行到第 6 d 时 ,调节三苯的流量为 0. 05 L min,空气 流量为 0. 05 m 3 h。驯化进行至第 15 d 时 ,调节三苯 的流量为 0. 1 L min ,空气流量为 0. 5 m 3 h。同时观察 填料上生物膜的长势 ,待生物长满填料表面时则驯化 培养完毕 。挑取填料表面生物用固态法扩大培养 ,培 养结束后刮取培养基表面生物 ,置于一定体积的营养 液中制成菌悬液 ,同时做菌种鉴定 。该生物经鉴定为 为丛梗孢科木霉属绿色木霉 Trichoderma viride Pers. ex Fr 。 1. 2 生物降解试验 生物降解实验采用静置瓶法 。静置瓶为 295 mL 玻璃瓶, 首先在无菌条件下加入 25 mL 培养基 ,接种 入由前期正交试验得出的最佳接种量 2 mL 菌悬液, 密闭静置瓶,从加入口内加入苯、 甲苯或二甲苯,置于 25 ℃ 恒温培养箱中,每天测试气体浓度。 1. 3 气体浓度测试方法 氢火焰离子化检测器 FID ,柱温 90 ℃, 进样室 温度 100 ℃,检测器温度 150 ℃, 气体进样量 1 mL 。 1. 4 生物量测定方法 细胞干重法测定。将待测菌悬液于 105 ℃下烘 干至恒重 ,电子天平测定其质量。 2 结果与讨论 2. 1 降解曲线 图 2 不同浓度苯在真菌悬浊液中的降解曲线 图 2 为 苯 初 始 浓 度 分 别 为 47. 25、375. 08、 1 677. 47 g m 3 下气相浓度随反应时间的降解曲线。 图 3 为 甲 苯 初 始 浓 度 分 别 为 64. 70、159. 53、 1 258. 50 g m 3下气相浓度随反应时间的降解曲线。 图 4 为二 甲 苯 初 始浓 度 分 别 为 25. 09、314. 46、 1 707. 85 g m 3 下气相浓度随反应时间的降解曲线。 可以看出,随着苯、甲苯、二甲苯初始浓度的增加, 反 应时间也相应增长。苯、甲苯浓度的变化趋势基本相 同, 高浓度比低浓度降解速度快 。二甲苯则有 1 个 1 d左右的延滞期 ,之后速度加快, 同样具有高浓度比 低浓度降解速度快的规律 。 图 3 不同浓度甲苯在真菌悬浊液中的降解曲线 图 4 不同浓度二甲苯在真菌悬浊液中的降解曲线 2. 2 苯、 甲苯、 二甲苯的降解速率比较 因为 Trichoderma viride Pers. ex Fr 为好氧性真菌, 仅在悬浊液表面生长 ,可以认为待降解物质直接通过 气膜传递到达生物表面而降解 。因此,有机物的比降 解速率ν 即气相反应速率 可表示为 [ 11,12] ν- dmg m dt d C gVg m dt 1 同时 ,对于 n 级基元反应 [ 12] νkgC n g 2 式中 ν 比生物降解速率 h - 1 ; mg 三苯的质量 g ; m 真菌质量 g ; Cg 气相VOCs的浓度 g m 3 ; Vg 静置瓶中气相部分的体积 m 3 ; t 生物反应时间 h; kg 以气相浓度表征的反应速率常数 m 3n h gn ; n 反应级数 。 根据以上方法分别计算出 3种VOCs在不同浓度 时的初始反应速率。分别作出这3 种VOCs 的初始反 应速率与初始气相浓度的关系曲线 ,如图 5～ 7所示。 图 5 苯初始反应速率与气相浓度之间的关系 46 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 图 6 甲苯初始反应速率与气相浓度之间的关系 图 7 二甲苯初始反应速率与气相浓度之间的关系 从图 5、6 中可以看出 , 当甲苯的气相浓度 300 g m 3左右, 苯浓度 1 000 g m3 左右时 ,其降解速 率与气相浓度基本上成正比关系。随着苯、 甲苯气相 浓度的增大,降解速率逐渐降低。可见在试验浓度范 围内苯、甲苯的降解规律符合 Monod 方程 , 即 ν ν maxcg KScg 。由 1 ν- 1 Cg 曲线 图 8～ 9 可求出苯 、 甲苯的 基本动力学常数 。 图 8 苯的初始反应速度与气相浓度的倒数关系曲线 图 9 甲苯初始反应速度与气相浓度的倒数关系曲线 苯的 ν max 6. 21 h -1 ; KS245. 69 g m 3 。 甲苯的 νmax9. 43 h -1 ; KS 1 032. 74 g m 3 。 从图 7 可以看出 ,二甲苯初始反应速度率与气相 浓度之间成正比关系 ,即二甲苯的生物降解反应属一 级反应。其反应速率常数为0. 0022 m 3 hg 。 3 结论 1 真菌 Trichoderma viride Pers . ex Fr 可有效降解 苯、 甲苯、 二甲苯 。 2 在苯气相浓度 1 677. 47 g m 3 、甲苯气相浓 度 苯。 3 当二甲苯气相浓度 1 707. 85 g m 3 时, 其生 物降解符合一级反应 。 参考文献 [ 1] 李琳, 刘俊新. 真菌降解挥发性有机污染物的特性与影响因素. 环境污染治理技术与设备, 2003, 4 3 1 -3. 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EX FR Hou Chentao Ma Guangda 45 Abstract The degradation perance of benzene, toluene and xylene by fungus Trichoderma viride Pers. ex Fr were studied. The experimental results showed that the biodegradation rate of benzene, toluene and xylene increasedwith increasing of their initialgas concentrations; when concentrations of them were 47. 25～ 1 677. 47 g m3, 64. 70～ 1 258. 50 g m3and 20. 59～ 1 707. 85 g m3respectively, the biodegradation rate of toluene and benzene accorded with the Monod equation, while that of xylene accorded with first -order reaction. Keywords toluene, benzene, xylene, aerobic biodegradation and fungus RESEARCH ONDUST-REMOVING CONTROL STRATEGY FOR BAG TYPE COLLECTORWITH LOW-PRESSURE PULSEChang Hongjie Zhang Xinju Wang Huizhen 48 Abstract The process of dust -removing and effect factors are analyzed based on theory. Aiming at the disadvantage of traditional control ways and new problem because of frequency variation and speed regulation, fuzzy control strategy is brought forward. Firstly, resistance reference of dust remover ismodified fuzzily according to variationof flow rate; next, fuzzy controller according to flow rate and resistance deviation deduces pulse interval. The design process of fuzzy controller is introduced in detail. whose effect of application is good. Keywords dust remover, dust -removing, resistance and fuzzy control THE ENGINEERING APPLICATIONOF HIGH -GRAVITY MACHINETO DE -SULFURIZE ANDDE- DUST FROM FLUE GASChen Minggong 51 Abstract The high -gravity machine is a new technology of desulfurization of flue gases from medium and small -sized boilers with high efficiency, which is characterized by small volume of equipment, high efficiency, convenient operation and simple maintenance. Engineering principle and design scheme of this technology were illuminated, and some main problemsexisted in the course of design andfunctionwere brought forward and relevant solve measureswere discussed in this paper. Keywords flue gas, desulfurization, removing dust and high-gravity machine EXPERIMENT ON PURIFYING TOLUENE IN A BIO-TRICKLING FILTER UNDER TRANSIENT CONDITIONSZhang Shujing Li Jian Li Yili et al 53 Abstract The removal of toluene from an artificial waste gas was investigated in a laboratory scale bio -trickling filter packed with biologic ceramic pellets under transient conditions, whichwas the typical character of industrial operation. The bio -trickling filter was inoculated with pure bacterial culturePseudomonas Putida. The resistance ability to loading change and starving was studied. The results indicated that the bio- trickling filter had a high flexibility of the loading change, and the removal efficiency of the filter was not obviously influenced by the change of residence time and inlet concentration and only decreased 7 in the beginning, it can regain the original removal efficiency within 12 h. The maximum volumetric removal rate of 136. 49 g m3hwas achieved. The periods of nitrogen and carbon starvation or complete system shutdown had little influence on the filter perance. The water content in the bed played an important role on the bio -degradation process of the organic compounds. Keywords bio -trickling filter, toluene, transient conditions, loading shock and starvation GAS CLEAN TECHNIQUE WITHWATER SPRAYING CROSSWISE Chen Guoping Zhou Tianrui Sun Yifeng et al 57 Abstract The theory and s of water spraying crosswise to treat waste gas are introduced, aiming at the technical lack of current air decontamination. The technique not only keepsdown water -drop second breaked to piece, but avoids the hole block whichwill cause lower cleaning effect. at the same time, chemical additive are proportionally added into water, then, the soak energy of water for dust is improved, and the power for spaying and dust removal increased. Keywords first spray, second spray, clean, waste gas, chemical dust removal and chemical additive RECOVERY OF MANGANESE FROM SPENT PRIMARY BATTERY BY ELECTROCHEMICAL SLURRY LEACHING WITH ANION EXCHANGE MEMBRANE REACTOR Wei Qifeng Ren Xiulian Zhang Huiling et al 60 Abstract The technical parameters for recovery of manganese from spent primary battery by electrochemical slurry leaching were investigated. The experimental results indicated that the current density was 150 A m2, the acidity was 1. 0 mol L, the ratio of liquid to solid was 8∶ 1, and temperature was 20 ℃. Under this condution, the percent recovery was 25. 77 and the current efficiency was 101. 1. The leaching mechanicswas analyzed. Itwas concluded that the reaction velocity was controlled by both chemical reaction and diffusion before 1 h. And it was controlled by chemical reaction after 1 h. The activation energy was 52. 85 kJ mol. This can make the resource recycle and has environmental and economical benefits. Keywords primary zinc -manganese batteries, slurry electrolysis, manganese sulfate and reaction mechanism 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 3, Jun. , 2007