固定化微生物與游離菌凈化SO2性能的初步對(duì)比實(shí)驗(yàn)(1)

1、    固定化微生物與游離菌凈化SO2性能的初步對(duì)比實(shí)驗(yàn)(1)    本文對(duì)固定化微生物和游離菌凈化SO2的性能進(jìn)行了初步對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，分別測(cè)試了固定化微生物與游離菌在液相和氣相環(huán)境中對(duì)SO2的凈化性能，同時(shí)考察了在氣相條件下二者對(duì)SO2的凈化效果。實(shí)驗(yàn)表明，利用復(fù)合固定化方法即吸附包埋交聯(lián)法制備的固定化小球，與游離菌相比，對(duì)SO2的凈化性能有顯著提高。 關(guān)鍵詞：固定化微生物 二氧化硫 降解 0 引 言我國(guó)是以煤為主能源的國(guó)家。1990年煤在一次能源中占76.2%，2000年占70%，預(yù)計(jì)2050年仍占6070%1

2、，這表明我國(guó)以煤為主能源結(jié)構(gòu)在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不會(huì)改變。我國(guó)煤炭大多數(shù)都直接燃燒，因此造成煙塵和SO2等污染物大量排放到環(huán)境中，導(dǎo)致我國(guó)城市的空氣污染十分嚴(yán)重。造成了嚴(yán)重的酸雨污染和生態(tài)損害。根據(jù)有關(guān)研究，1995年我國(guó)由于酸雨和SO2污染造成農(nóng)作物、森林和人體健康等方面的經(jīng)濟(jì)損失為1100多億，已接近當(dāng)年國(guó)民生產(chǎn)總值到2.0%2。如不嚴(yán)格控制，SO2問題將成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的重因素，因此，削減和控制燃煤SO2污染是我國(guó)能源和環(huán)境保護(hù)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。早在50年代，Leathan等（1953年）及Temple等（1954年）就分別發(fā)現(xiàn)某些化能自養(yǎng)型細(xì)菌與煤中FeS2的氧化有關(guān)，并

3、從煤礦廢水中分離出氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacilus ferroxidans）3。然而，當(dāng)時(shí)，此發(fā)現(xiàn)并未引起足夠的重視，直至70年代，因世界范圍的大氣污染和酸雨問題日益嚴(yán)重，世界各國(guó)才開始重視與煤炭脫硫有關(guān)的微生物研究。微生物脫硫是利用化能自養(yǎng)微生物對(duì)SOX的代謝過(guò)程，將煙道氣中的硫氧化物脫除。在生物脫硫過(guò)程中，氧化態(tài)的污染物如SO2，硫酸鹽、亞硫酸鹽及硫代硫酸鹽經(jīng)微生物還原作用生成單質(zhì)硫去除4。目前，傳統(tǒng)的生化處理存在著生物濃度低，會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，并且給后處理帶來(lái)麻煩，同時(shí)占地面積大，投資高、動(dòng)力消耗多等問題。這些問題采用傳統(tǒng)方法不能解決，而固定化微生技術(shù)卻展現(xiàn)了廣闊的前景5-6固定化

4、微生物技術(shù)即固定化細(xì)胞技術(shù)，是20世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù) ，它是通過(guò)化學(xué)的或物理的手段將游離細(xì)胞或酶定位于限定的空間區(qū)域內(nèi)，使其保持活性并可以反復(fù)利用7。固定化微生物技術(shù)最初主用于發(fā)酵生產(chǎn)，70年代后期，被用到水處理領(lǐng)域，近年來(lái)則成為各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。固定化生物技術(shù)克服了生物細(xì)胞太小，與水溶液分離較難，易造成二次污染的弊端，具有微生物密度高、反應(yīng)迅速、微生物流失少、產(chǎn)物易分離、反應(yīng)過(guò)程易控制等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有前途的污染物處理技術(shù)8-10。采用固定化技術(shù)可以使微生物封閉在載體內(nèi)，減少菌體的脫落，同時(shí)微生物在載體內(nèi)可以繁殖，當(dāng)酶失去活性后，通過(guò)培養(yǎng)可恢復(fù)其活性而被反復(fù)利用11。

5、 近年來(lái)，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及工業(yè)的進(jìn)步，環(huán)境問題已成為全球性問題，固定化微生物技術(shù)作為一種新的處理方法，已成為生物工程和環(huán)境工程技術(shù)的一個(gè)重分支，越來(lái)越受到人們的重視。固定化微生物法凈化低濃度煙氣SO2技術(shù)的研究不僅拓展了生物技術(shù)在廢氣治理領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，而且為低濃度煙氣SO2的生物治理提供了一個(gè)新途徑。因此本研究對(duì)固定化微生物與游離菌凈化SO2的性能的進(jìn)行了對(duì)比，以確認(rèn)固定化微生物法凈化SO2的可行性。1 實(shí)驗(yàn)條件與方法本馴化實(shí)驗(yàn)中所使用的菌種溶液為某污水處理廠氧化溝中段的污水，采用誘導(dǎo)馴化方式對(duì)菌種進(jìn)行馴化，即向菌液中每日通入一定量的SO2氣體，并不斷地提高SO2氣體的量，使微生物逐步

6、適應(yīng)并經(jīng)多代繁衍。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的馴化后，分析菌種對(duì)液相中亞硫酸根的降解性能，來(lái)判斷菌種對(duì)SO2的凈化性能。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。Fig.1 experimental equipment of training microbe圖中1、2、3為SO2氣體發(fā)生裝置，即H2SO4溶液和Na2SO3溶液在3中反應(yīng)生成SO2氣體，并在風(fēng)機(jī)的作用下，將氣體吹入裝有菌液的馴化裝置6。常用的固定化制備方法可分為三種：吸附法、交聯(lián)法和包埋法12?，F(xiàn)分述如下： 1)吸附法吸附法是通過(guò)靜電吸引或利用載體對(duì)細(xì)胞的親和性將細(xì)胞直接吸附在水不溶性載體上。一般只把載體放在細(xì)胞懸浮液中攪拌或浸泡，然后洗去沒有被吸附的游離細(xì)胞，就

7、制成了固定化細(xì)胞。該法操作簡(jiǎn)單，對(duì)細(xì)胞活性影響小，但所能固定的細(xì)胞數(shù)量有限。吸附法分為物理吸附和離子吸附兩種。2)交聯(lián)法交聯(lián)法不使用載體，是利用雙功能或多功能試劑直接與細(xì)胞表面的基團(tuán)如氨基、烴基等進(jìn)行交聯(lián)，使細(xì)胞之間相互接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。最常用的交聯(lián)劑有戊二醛，順丁烯二酸酐、甲苯二異氰酸酯等。此法化學(xué)反應(yīng)激烈，對(duì)細(xì)胞活性影響大。另外，交聯(lián)劑大多價(jià)格昂貴，限制了它的廣泛應(yīng)用。3)包埋法包埋法是將細(xì)胞包裹在凝膠的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中或者包裹在半透性聚合薄膜內(nèi)，小分子的底物和產(chǎn)物可以自由擴(kuò)散，而細(xì)胞卻不會(huì)擴(kuò)散到周圍介質(zhì)中去。包埋的載體主有聚丙烯酰胺、瓊脂、明膠、K卡拉膠和海藻酸鈣等。包埋法的優(yōu)點(diǎn)在于包埋方法簡(jiǎn)單、

8、條件溫和，可以保持較高的細(xì)胞酶活力，是應(yīng)用最為廣泛的細(xì)胞固定化方法之一12。根據(jù)本課題組的前期實(shí)驗(yàn)，增加活性炭的投加量，可使固定化微生物小球的活性和耐酸性均有不同程度的提高，但機(jī)械強(qiáng)度基本不變。增加己二胺的投加量，使小球的相對(duì)活性、機(jī)械強(qiáng)度和耐酸性均有不同程度的增加；交聯(lián)時(shí)間增加也會(huì)使小球的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)。通過(guò)本研究前期正交實(shí)驗(yàn)確定的固定化小球最佳制備工藝，來(lái)制備固定化微生物。本課題的前期實(shí)驗(yàn)研究，分別選用三種復(fù)合固定化方法中的最佳條件和包埋法最佳固定條件，制備固定化微生物小球，其性能比較結(jié)果如表1所示        

9、;    摘本文對(duì)固定化微生物和游離菌凈化SO2的性能進(jìn)行了初步對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，分別測(cè)試了固定化微生物與游離菌在         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。13。    固定方法性能指標(biāo) 海藻酸鈉包埋法 吸附包埋復(fù)合固定法 包埋交聯(lián)復(fù)合固定法 吸附包埋交聯(lián)法  

10、  相對(duì)活性% 225.6 261.9 221.3 246.2    機(jī)械強(qiáng)度g 27 27 40 42    72h失重率% 36.3 31.7 36.0 28    該結(jié)果證明采用復(fù)合固定方法即吸附交聯(lián)包埋復(fù)合固定法制備固定化小球，不僅保證了固定化微生物很高的相對(duì)活性，而且還提高了固定化小球的機(jī)械強(qiáng)度及耐酸性。因此本研究采用復(fù)合固定方法即吸附交聯(lián)包埋復(fù)合固定法，以如圖2所示的工藝流程來(lái)制備固定化微生物。圖2 固定化微生物制備工藝流程圖Fig.2 Flo

11、w chart of making immobilized microbial biomass以實(shí)驗(yàn)室制備的含SO2氣體為處理對(duì)象，將固定化微生物小球填充在固定床內(nèi)，對(duì)其中的SO2氣體行生化處理，其整套凈化實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖3所示。整個(gè)流程包括SO2氣體的發(fā)生系統(tǒng)和凈化SO2氣體的固定床生化反應(yīng)器二個(gè)部分。實(shí)驗(yàn)中，SO2氣體是通過(guò)Na2SO3溶液1和稀H2SO4溶液2在SO2氣體發(fā)生器3內(nèi)反應(yīng)制得的，并利用風(fēng)機(jī)4將發(fā)生器內(nèi)所生成的SO2氣體由底部直接吹入固定床生化反應(yīng)器。循環(huán)液體由高位槽7進(jìn)入6內(nèi)并從頂部向下噴淋到固定化微生物小球上（噴淋液體的主作用是潤(rùn)濕固定化微生物小球，向微生物提供生長(zhǎng)所需的

12、氮磷等營(yíng)養(yǎng)物，同時(shí)將微生物的代謝產(chǎn)物帶走），而后由反應(yīng)器底部排入循環(huán)水槽8，再由耐酸泵9打回到高位槽循環(huán)使用。SO2氣體在塔內(nèi)上升的過(guò)程中與固定化微生物接觸而被吸收，凈化后的氣體由反應(yīng)器頂部排出。為了避免造成污染，在尾氣排空前設(shè)置了SO2尾氣吸收瓶10。氣相中SO2和液相中SO32-的分析方法采用碘量法。用奧立龍818型精密酸度計(jì)測(cè)液相pH值。    2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2能力隨時(shí)間的變化比較將一定濃度的SO32-溶液中分別加入含有等量微生物的固定化微生物和游離菌，每隔一段時(shí)間測(cè)定溶液中SO32-3/h時(shí)，固定化小球的凈化速率大于游離菌的，在反應(yīng)開始進(jìn)行的2

13、0分鐘內(nèi)，固定化小球的凈化速率是增大的，游離菌的基本不變；20min以后，二者的凈化速率都呈下降趨勢(shì)。在生化反應(yīng)的有效時(shí)間內(nèi)，固定化小球的凈化速率高于游離菌的。這表明固定化微生物凈化SO2的性能優(yōu)于游離菌的性能。2.2 在不同pH值的液相環(huán)境下對(duì)SO2凈化性能的比較因?yàn)镾O2為酸性氣體，所以只研究在偏酸性環(huán)境下固定化微生物和游離菌對(duì)SO2的凈化效率。選擇從pH=3到pH=6四個(gè)pH值作為實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，用NaOH溶液和鹽酸溶液來(lái)調(diào)節(jié)其液相環(huán)境的pH值，考慮到NaOH溶液會(huì)消耗SO2，因此將pH值調(diào)節(jié)好后液相中SO32-的濃度作為SO2的初始濃度，測(cè)試游離菌與固定化微生物凈化SO2的效率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5

14、所示。圖5顯示固定化小球的凈化效率明顯高于游離菌的，pH=5時(shí)固定化小球的凈化效率高達(dá)70%，而游離菌的只有30%。這也表明固定化微生物對(duì)SO2的凈化性能優(yōu)于游離菌的凈化性能。    Fig.4 Changing of purification velocity with increasing of time     Fig.5 Effect of pH on purification efficiency 2.3 固定化微生物與游離菌凈化SO2氣體的性能對(duì)比研究將固定化小球裝入如圖3所示的固定床6中，制得的SO2

15、氣體由風(fēng)機(jī)吹入反應(yīng)器6，在G處測(cè)入口濃度，在改變?nèi)肟跐舛鹊臈l件下測(cè)固定化微生物的凈化效率。在相同的條件下將SO2氣體通入菌液中，在相同的時(shí)刻測(cè)菌液中SO32-濃度和出口SO2濃度，計(jì)算出其凈化效率，結(jié)果如圖6所示。當(dāng)入口濃度為5.1 g/m3時(shí)，固定化微生物和游離菌的凈化效率都為98%。但隨著入口SO23時(shí)，游離菌的凈化效率只有40.7%，而固定化微生物的凈化效率仍保持在80%以上。二者的凈化效率都隨著入口濃度的增大而降低，其原因主是當(dāng)入口濃度較低時(shí)，微生物可以和SO2氣體充分接觸，進(jìn)而被生化吸收。隨著入口SO2濃度的增加，多余的SO2在較短的時(shí)間內(nèi)未能被微生物吸收凈化，而是隨著氣相主體排出。

16、因此就出現(xiàn)了隨著入口SO2濃度的增加其凈化效率反而下降的現(xiàn)象。但是，如圖6所示，固定化小球的SO2凈化效率高于游離菌的。其原因主是因?yàn)椴捎玫氖呛醚跷⑸?，固定化微生物可以與氣相接觸，即可耗用連續(xù)相的氣相中的氧來(lái)對(duì)SO2進(jìn)行生化吸收，而游離菌主耗用的是液相中數(shù)量有限的溶解氧。因此富氧的反應(yīng)氣氛是固定化微生物凈化效果優(yōu)于游離菌凈化效果的一個(gè)重原因。            摘本文對(duì)固定化微生物和游離菌凈化SO2的性能進(jìn)行了初步對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，分別測(cè)試了固定化微生物與游離菌在 

17、;        本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系我們。3結(jié)論本研究對(duì)固定化微生物與游離菌凈化SO2的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)固定化后的微生物在液相和氣相環(huán)境中均對(duì)SO2有較強(qiáng)的凈化去除作用，其凈化性能明顯優(yōu)于游離菌的凈化性能，因此有繼續(xù)開展深入研究的價(jià)值和必。參考文獻(xiàn)1 郝吉明，王書肖，陸永琪編著 燃煤SO22 馮玲等 煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀J。環(huán)境工程 1997年4月3 L

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