紫外辐射加速喹啉的生物降解和矿化

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:RyanDay
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由于每年都有大量喹啉进入环境系统中,所以对喹啉废水的降解研究日益受到重视。生物法降解喹啉时,微生物生长会受到抑制,影响降解效率,研究借助光解与光催化法对喹啉预处理,用以缓解喹啉对微生物的抑制,再研制一种气升式内循环紫外光解与生物降解耦合反应器,通过该反应器将紫外辐射光解与生物降解有效地组合为一体,试图实现高效地降解喹啉。对于借助于光解与光催化法缓解喹啉对微生物的抑制的研究,实验采用摇瓶作为生物反应方式,ILPBR作为预处理反应器。分别采用单独生物降解(B1)、光解与生物降解分步耦合(P/B1)和光催化与生物降解分布耦合(P/TiO2/B1)的方法对不同浓度的喹啉进行间歇式降解实验,了解喹啉的降解状况、矿化程度以及微生物的生长状况,并且用动力学模型描述微生物比生长速率与喹啉初始COD浓度的关系,结果表明:(1)利用紫外光解与生物降解分布耦合(P/B1)、光催化氧化与生物降解分布耦合(P/TiO2/B1)能明显缓解喹啉对微生物的抑制作用,进一步提高喹啉的降解速率和矿化程度,若用从小到大的顺序排列,则:B1<P/B1<P/TiO2/B1。(2)采用Aiba模型模拟方程,通过分析动力学参数发现,通过紫外光解或光催化的预处理之后,抑制常数分别降低了约23.9%和26.1%,同时最大降解速率也提高很多。这说明预处理之后可以大大缓解喹啉对生物的抑制,同时也提高了微生物的生长速率。在紫外辐射与生物膜同步耦合降解喹啉的研究中,分别采用单独光解(P)、单独生物膜降解(B)以及光解与生物膜降解同步耦合(P&B)的方法对不同浓度的喹啉进行间歇和连续的降解实验,了解喹啉的降解规律以及矿化程度,用动力学模型描述10min的降解初速率与初始喹啉浓度的关系,并分析在紫外光照射下生物膜上微生物的特性变化。此外,用光解与生物膜降解分布耦合(P/B)的方法间歇式降解200mg/L的喹啉溶液,与该浓度的同步耦合实验进行比较,探讨紫外辐射时间对喹啉降解的影响。结果表明:(1)使用ILPBR新型一体式反应器,使生物在紫外光照下仍具有良好的活性,有效的将紫外光照和生物膜方法结合为一体,从而能够缓解有机物对生物膜的抑制作用,提高降解有机物的效率。(2)间歇实验和连续流实验结果都表明,紫外光解与生物膜耦合对喹啉的降解作用好,此外,喹啉的体积去除负荷也明显地高于单独的生物膜降解和单独的紫外光解,对喹啉的矿化程度也有所提高。(3)可用Haldane模型描述喹啉的生物膜降解、紫外光解与生物膜同步耦合降解。当紫外光解与生物膜耦合之后,抑制常数降低了36%左右,最大降解速率也提高近1倍,进而提高喹啉的降解速率。(4)通过分子生物学的分析以及结合喹啉的降解速率实验,生长在醛化纤维载体中的生物膜菌群在紫外逆境条件下其组成发生改变,但存活的微生物依然保持了对喹啉的降解活性。综上所述,通过光解或光催化降解后的喹啉对微生物的抑制性得到缓解,研制出ILPBR新型一体式反应器,采用光解与生物降解组合的方法对处理喹啉废水具有广阔的发展前景,对今后的研究具有重要意义。
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