生物洗涤装置净化餐饮油烟污染物性能强化技术研究

摘要

针对生物洗涤装置净化油烟污染物存在效率不高、生化降解量偏低的问题，本论文在实验室规模上，从桂林市雁山镇污水处理厂取回的活性污泥进行驯化培养，通过添加不同填料或优势单菌协同洗涤液进行油烟污染物降解研究，强化其洗涤效果，确定最佳填料与优势单菌；制备高效吸附剂进行二级强化处理研究，进一步提高降解油烟污染物净化效率；同时，通过 GC/MS对油烟污染物和洗涤液中微生物降解油烟的代谢产物进行组分分析，确定各成分的处理效果，并对油烟污染物降解高效菌株进行分子生物学鉴定。主要结论如下：
　　通过驯化污水处理厂的活性污泥25 d后，VSS/SS值由71％减小到64%，油烟污染物洗涤去除率达到80%以上，液相油烟污染物在前12 h时降解速率最大，可达0.558 mg·L-1·h-1，比降解速率为0.001699 mg(油)·mg-1(菌)·h-1。通过GC-MS对初始油烟组分共解析出36中化合物，其中醛类8种、酸类7种、醇类5种，共占总质量分数的73%，为油烟污染物的主要成分；对洗涤液相组分解析出正己醇、十五烷、8-十七烷烯、正己酸、庚酸、(E)-11-二十烯酸、雌一醇、Dasycarpidan-1-甲醇醋酸酯等主要微生物的代谢产物。
　　对3种填料（滤泥、油茶壳、油茶果壳炭）协同洗涤液强化生物降解油烟污染物进行动力学实验研究，发现其降解油烟的一级降解速率常数分别为0.000043、0.000060、0.000061 L·mg-1(菌)·h-1，最大比降解速率分别为0.0110、0.0098、0.0174 mg(油)·mg-1(菌)·h-1，一级降解反应的液相油烟浓度分别为255.50、163.29、288.19 mg·L-1。
　　对投加5种优势菌（空白、黑曲霉、白腐菌、铜绿假单胞菌、地衣芽孢杆菌、施氏假单胞菌）协同强化洗涤液生物降解油烟污染物进行动力学研究，发现其降解油烟的一级降解速率常数分别为0.000048、0.000051、0.000050、0.000052、0.000052、0.000051 L·mg-1(菌)·h-1，最大比降解速率分别为0.0109、0.0249、0.0124、0.0181、0.0205、0.0144 mg(油)·mg-1(菌)·h-1，一级降解反应的液相油烟浓度分别为228.12、491.71、247.79、351.25、393.98、282.28 mg·L-1。
　　利用扫描电镜、傅里叶红外光谱FT-IR、X-射线粉末衍射、N2吸附-脱附对吸附材料结构进行性能分析表征，结果表明，羟基自由基改性材料的孔隙结构部分被覆盖，不含铁矿物晶体，表面产生了大量的羰基、羧基基团，能够有效的改善油茶果壳炭的吸附效果；油茶果壳炭改性前后比表面积分别为1244 m2/g、167 m2/g，平均孔径分别为3.284 nm和4.021 nm。
　　对三种材料的穿透曲线和油烟吸附量进行对比，确定改性油茶果壳炭（COSC-1）为最佳吸附剂。探讨油烟入口浓度、体积空速和吸附床层高度因素对穿透曲线和吸附容量的影响。结果表明，在油烟浓度在50-130 mg/m3递增过程中，其吸附量先增后减，吸附量在90mg/m3达到最大为44.20mg/g；体积空速2100-6400 h-1递增过程中，其吸附量逐渐减小，吸附量在2100 h-1时达到最大为71.13mg/g；床层厚度在10-50cm范围时，其吸附量逐渐增加，吸附量在50 cm时达到最大为71.15 mg/g；通过GC-MS分析得知仍存在部分烷烯烃类、醇类等化合物吸附效果较低。
　　根据各高效菌株形态特征、序列同源性比较及系统发育树鉴定，菌株XJ01、XJ02分别与产碱杆菌属（Alcaligenes sp.）、梭状芽胞杆菌群（Lysinibacillus fusiformis group）同源性最高均达到100%；菌株ZJ01、ZJ02分别与产红青霉群（Penicillium rubens group）、枝孢霉（Cladosporium halotolerans）同源性最高均达99%。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2餐饮业油烟废气的形成与危害

1.3餐饮油烟污染净化技术

1.4废气的生物处理技术

1.5生物法处理有机废气的研究进展

1.6油茶果壳炭的研究进展

1.7拟解决问题及课题研究内容

1.8研究内容及技术路线

第2章 实验材料与方法

2.1实验材料及仪器

2.2实验方法

第3章 生物洗涤净化油烟废气的研究

3.1实验材料与方法

3.2结果与讨论

3.3 小结

第4章 生物洗涤装置填料与优势菌筛选

4.1 实验材料与方法

4.2结果与讨论

4.3小结

第5章 羟基自由基改性材料的表征

5.1实验方法

5.2结果与讨论

5.3小结

第6章 羟基自由基改性吸附材料制备及对油烟吸附性能

6.1实验材料与方法

6.2结果与讨论

6.3小结

第7章 高效油烟降解菌株的鉴定

7.1 实验方法

7.2 结果与讨论

7.3小结

第8章 结论和展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

个人简历、申请学位期间发表的学术论文与研究成果

致谢