鼠李糖脂改善生物滴滤系统微环境并强化疏水性VOCs生物降解的机理研究

本研究将性能好、无二次污染的生物表面活性剂鼠李糖脂用于生物滴滤法处理疏水性VOCs的系统中，并对鼠李糖脂强化生物滴滤床中疏水性VOCs的降解及其微环境改善机理开展系统、深入的研究，旨在从微观角度探讨生物滴滤法净化疏水性VOCs过程中鼠李糖脂、微生物（生物膜）、疏水性VOCs以及它们所处的气、液、固复杂体系中的相互作用关系。通过对鼠李糖脂强化疏水性VOCs在生物膜表面气-液界面传质效率、改善滴滤床气流分布及生物膜表面液体分布、调节微生物细胞表面疏水性及污染物降解性能等方面的研究，揭示鼠李糖脂对生物滴滤系统中微环境的改善机理；并利用生物表面活性剂的原位产生特点，开展在生物滴滤床中接种鼠李糖脂产生菌协同强化处理疏水性VOCs的实验研究。本研究对于深入理解鼠李糖脂对生物滴滤法处理疏水性VOCs这一复杂体系中各种微环境改善及其作用机理，从而进一步提高生物滴滤法的效率具有重要意义。

生物滴滤法处理VOCs是一种先进且有效的方法，本研究针对采用生物滴滤法净化疏水性VOCs时存在的问题，将性能好、对环境友好的生物表面活性剂鼠李糖脂用于生物滴滤法处理疏水性VOCs的系统中，深入地开展了利用鼠李糖脂强化生物滴滤塔中疏水性VOCs的降解，及其改善气液传质及生物膜表面疏水性等微环境的机理研究。同时，与添加化学表面活性剂吐温80进行对比。研究结果表明，当营养液中的鼠李糖脂和吐温80浓度达到或高于临界胶束浓度（cmc）时，在不同的停留时间下，均能有效提高疏水性VOCs（以甲苯为目标污染物）的去除效率。停留时间为102s时，添加1cmc鼠李糖脂时，去除率最大提高了27.8%。添加2cmc鼠李糖脂时，去除率最大提高了25.5%，相比之下，在运行过程中2cmc的促进作用更明显及稳定，在整个周期内甲苯降解率平均提高了13%左右。同时，对甲苯的去除负荷也有一定程度的提高。当浓度达到5cmc反而不利于甲苯的降解。吐温80与鼠李糖脂相比略有不同，只有添加2cmc时作用明显，去除率最高提高18.7%。鼠李糖脂有更好的强化降解作用。通过机理研究得到，表面活性剂浓度超过1cmc时，亨利系数下降，胶束形成，形成可供甲苯进入的疏水性区域，增大甲苯在液相中的溶解度，导致气相的甲苯减少，进而降低气液界面的传质阻力。同时，鼠李糖脂调节细胞表面的亲水亲脂性能，导致细胞表面疏水性增大，细胞与甲苯之间的亲和力增强，有利于增加其生物可利用性。吐温80和鼠李糖脂都能降低甲苯亨利系数，但相同浓度下，鼠李糖脂能降低甲苯亨利系数的程度较吐温80大，增溶作用比吐温80明显，能更好的改善气液界面的传质。添加鼠李糖脂还能改变生物膜的形态，抑制丝状菌大量繁殖。本研究有助于拓宽生物滴滤法处理VOCs的适应范围，提供一种针对疏水性VOCs处理的控制策略,有利于深入理解生物表面活性剂鼠李糖脂强化作用的机理,从而为进一步提高生物滴滤塔的性能及实际应用提供了具有可行性的技术依据。