表面活性剂改善生物滴滤塔内环境并增强疏水性含硫恶臭生物降解机制研究

The nuisance of odors on environment is more serious, and the biological filtration technologies play a key role on removal the malodorous pollutants from polluted air. However, there are some prevalent shortcomings for biological filtration to treat hydrophobic malodorous pollutants, such as long gas residence time and low mass transfer rate. In this study, two preferred non-ionic surfactant as solubilizer will be employed to investigate the effect on biotrickling filter biodegrade the hydrophobic organic compound dimethyl disulfide(DMDS). The main contents include: Firstly, two preferred surfactant will be determinated according to the effect of non-ionic surfactant on the gas-liquid two-phase partition coefficient of DMDS, microbial activity, as well as its biodegradability. Secondly,the effect mechanisms of non-ionic surfactant on the performance of biotrickling filter inoculated with the mixed group microorganisms B350 to treat DMDS will be investigated. Thirdly, polymerase chain reaction-gradient gel electrophoresis and other molecular biology techniques will be employed to reveal the characteristics of the dynamic changes of microbial activity, microbial community structure and diversity in time and space for the biotrickling filter under the long-term operation in presence of non-ionic surfactants. This project aims to clarify the mechanisms of action for non-ionic surfactants in the process of biotrickling filter to decompose the hydrophobic sulfur odor pollutants.Meanwhile,it will provide a valuable reference for non-ionic surfactant to improve the mass transfer rate and performance of bioreactor to treat hydrophobic odorous pollutants.

恶臭对环境造成的公害日益严重，生物过滤技术在消除恶臭污染方面发挥着重要作用。然而，生物过滤技术处理疏水性恶臭污染物普遍存在气体停留时间长和传质速率限制等缺点。本研究以两种优选的非离子表面活性剂为增溶剂，开展非离子表面活性剂调控下生物滴滤塔处理疏水性含硫恶臭有机物二甲基二硫醚(DMDS)的研究。首先结合典型非离子表面活性剂对DMDS的气液两相分配系数、微生物活性的影响及其自身生物降解性的变化，筛选出两种优选表面活性剂；然后系统研究非离子表面活性剂调控下接种复合菌种B350生物滴滤塔对DMDS处理效果的影响机制；最后通过聚合酶链反应-梯度凝胶电泳等分子生物学技术揭示生物滴滤塔长期稳定运行过程中微生物的活性和种群时空动态变化特性。本项目旨在阐明非离子表面活性剂在生物过滤技术处理疏水性含硫恶臭DMDS过程中的作用机制，为提高疏水性恶臭污染物在生物反应器内的传质速率及生物去除效果提供有价值的参考。

含硫恶臭有机物造成的空气质量污染问题日益引起人们的重视，鉴于疏水性含硫恶臭有机物溶解度低导致生物滴滤池处理所需要的停留时间长、降解效率低，无法满足工业实际排放恶臭废气处理的达标要求，本项目通过添加非离子表面活性剂增溶提高生物滴滤池降解疏水性含硫恶臭有机物的效果，主要开展以下研究内容：在顶空瓶中开展了非离子表面活性剂Tween-80和曲拉通100对疏水性含硫恶臭有机物二甲基二硫醚增溶效果的研究；生物滴滤池反应器的启动以及接种微生物挂膜驯化研究；非离子表面活性剂存在下关键因子如气体停留时间、进气初始浓度和pH变化对生物滴滤池反应器降解含硫恶臭有机物效果和去除能力的影响；以及非离子表面活性剂的作用机制和二甲基二硫醚的生物降解机理研究。研究结果表明：Tween-80和曲拉通100能够显著降低溶液的界面张力，进而增加二甲基二硫醚在液相中的溶解性能。经过50天的微生物菌种挂膜和驯化培养过程，生物滴滤池反应器可以成功启动，此时在气体停留时间为38 s的条件下，初始浓度为0.5 mg/L的二甲基二硫醚降解率在80%以上，并且填料陶粒表面被驯化过程中微生物生长和繁殖所形成的生物膜所覆盖。同空白对照组相比，非离子表面活性剂Tween-80 和曲拉通100均有助于提高生物滴滤池降解二甲基二硫醚的效果，并且以添加曲拉通100的效果更好。研究发现，气体停留时间、进气初始浓度以及循环液的pH变化对生物滴滤池降解二甲基二硫醚的效果和去除能力具有明显的影响，当前研究中最佳的二甲基二硫醚降解条件为进气初始浓度不大于0.30 mg/L、气体停留时间不小于38 s和pH大于6。结合生物滴滤池降解效果和表面活性剂的增溶作用，对添加非离子表面活性剂增效生物滴滤池降解二甲基二硫醚的作用机制进行了分析，气相中的二甲基二硫醚首先通过气液界面与表面活性剂胶束相结合，在表面活性剂的带动下向液固界面转移，二甲基二硫醚从表面活性剂胶束中脱离并通过液固界面进入生物膜/填料所形成的固相，进而被微生物所分解。同时，与二甲基二硫醚分离开的表面活性剂胶束重新在气液界面吸收二甲基二硫醚，进而形成一个完整的吸收-运载-解吸-生物降解过程。并通过降解中间产物分析推测了二甲基二硫醚的微生物降解机理。本项目的完成可为非离子表面活性剂用于提高生物滴滤池降解疏水性含硫恶臭及其它疏水性有机物的效果和效率提供理论和技术参考。