两相分离生物反应器净化非稳态氯苯废气的机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21276239
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0816.资源、环境与生态化工
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Chlorobenzenes are concerned as hydrophobic organic contaminants with severe environmental pollution, high biological toxicity, and weak biodegradability. Efficient purification of waste gas containing chlorobenzene with fluctuant loading from pharmaceutical and chemical industry has become a difficult issue in the field of waste gas treatment. The conventional biological treatments usually suffer from mass transfer limitations and substrate toxicity, which result in low process elimination capacities and stability..This project adopts silicone oil as non-aqueous phase, and establishes a two-phase partitioning bio-trickling filter (TPBTF) to purify fluctuant chlorobenzene waste gas. The relation between silicone oil and the cellular resistant mechanism from toxicity of substrate, the effect of silicone oil on cellular hydrophobicity and community structure, and the microbial metabolism mechanism in the two liquid phases will be analyzed. The mass transfer behavior between oil, water and microorganism phases in TPBTF will be revealed through the investigation on hydrodynamic characteristics and liquid film resistance. Furthermore, the mass transfer and reaction kinetics in TPBTF will be established according to the instantaneous mass transfer and reaction characteristics of chlorobenzene waste gas with fluctuant loading. On the basis of above investigation, the cooperative effects between absorption, desorption and microbial metabolism with the addition of non-aqueous phase would be determined. Then, the mechanism for purification of waste gas containing chlorobenzene with fluctuant loading by TPBTF is revealed, thus laying sound foundation for the application of biotechnology in the treatment of waste gas containing chlorobenzenes and other hydrophobic VOCs.
氯苯类化合物是一类环境污染严重、生物毒性较高、可生物降解性较差的疏水性有机污染物。如何有效净化化工、医药等行业排放的非稳态氯苯类废气已成为当前废气治理领域的一大难点。由于存在传质阻力和底物毒性,常规的生物处理技术往往难以奏效。.本申请以硅油为非水相体系,建立基于水-油双液相体系的双相分离生物滴滤塔(TPBTF)以净化非稳态氯苯废气,明确硅油与细胞抗底物毒性机制之间的关系,考察硅油对生物疏水性和群落结构的影响,解析双液相体系中的微生物代谢机制;通过对流体力学特性和液膜阻力的研究,揭示TPBTF内氯苯的油-水-生物膜多相传质行为;在此基础上,考察进口负荷阶跃性变化时氯苯的瞬态传质和反应特征,建立氯苯在TPBTF中的传质-反应动力学模型,明晰非水相体系强化下的吸收、解吸和生物代谢之间的协同效应,揭示TPBTF净化非稳态氯苯废气的机理,为生物法高效净化氯苯类及其它疏水性VOCs废气的应用奠定基础

结项摘要

氯苯类化合物是一类生物毒性较高、可生物降解性较差的疏水性有机污染物。由于存在传质阻力和底物毒性,非稳态氯苯废气的高效去除是目前VOCs治理领域的难点之一。本项目采用两相分离生物反应器实现氯苯废气的高效净化。. 分离筛选到1株氯苯降解菌LW26,经鉴定确定该菌株为Delftia tsuruhatensis,其适宜的生长和降解条件为:温度25~30℃、pH 6.0~9.0。菌株LW26降解氯苯的过程符合Haldane动力学模型,最大比生长速率μmax和最大比降解速率γmax分别为0.42 h-1和2.53 h-1。比较正辛醇、十二醇、癸二酸二乙酯、硅油、十六烷、十八烯6种有机溶剂对降解菌LW26的生物相容性和生物可降解性,筛选出硅油作为非水相。利用硅油强化菌株LW26处理氯苯,当硅油比例为20%时,菌株LW26对氯苯去除效果最佳,最高降解浓度约是单相体系的2.5倍。当氯苯浓度为33 mg/瓶时,两相体系中菌体的1,2双加氧酶酶活和电子传递链活性分别维持在0.155U/mg-protein和234.9 mg·g-1·h-1,而单相体系中几乎检测不到。因此,当底物浓度较高时,硅油的存在使微生物得以保持较高的生物活性。实验还发现,当硅油比例为20%时,约有75%的菌体粘附在水-硅油界面上,此时菌体的细胞表面疏水性约是单相的10倍。推测硅油可诱导菌株LW26细胞表面疏水性的提高,使更多的菌体细胞粘附在水-油界面,界面上的LW26可直接摄取溶解在硅油中的氯苯。. 分别考察了两相生物滴滤塔(TPBTF)和两相生物搅拌式反应器(TPSTB)对氯苯废气的去除效果。发现TPSTB无论在稳态及非稳态均较单相有较明显的优势,而TPBTF仅在非稳态时具有优势。对利用TPSTB处理氯苯废气过程中的氧气和氯苯传质行为进行了研究。随着硅油比例的增加,氧传质系数反而减小,但由于加入硅油后氧气的传质推动力大大增加,两相分离反应器中的氧传质速率仍然大于单相反应器。求得两相和单相反应器中氯苯从气相传质到水相(包括通过NAP传质到水相)的最大比例 分别为0.99和0.67,表明两相分离反应器中氯苯的传质明显优于单相反应器。此外,确定了传质-反应动力学模型,该模型可较好地模拟TPSTB处理非稳态氯苯废气的过程。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
1株氯苯高效降解菌的分离鉴定及降解特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林彤晖;骆煜昊;陈东之;陈建孟
  • 通讯作者:
    陈建孟
Comparative investigation on a hexane-degrading strain with different cell surface hydrophobicities mediated by starch and chitosan
淀粉和壳聚糖介导的不同细胞表面疏水性己烷降解菌株的比较研究
  • DOI:
    10.1007/s00253-017-8100-4
  • 发表时间:
    2017-05-01
  • 期刊:
    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Chen, Dong-Zhi;Jiang, Ning-Xin;Chen, Jian-Meng
  • 通讯作者:
    Chen, Jian-Meng
Efficient degradation of chlorobenzene in a non-thermal plasma catalytic reactor supported on CeO2/HZSM-5 catalysts
CeO2/HZSM-5催化剂负载的非热等离子体催化反应器中氯苯的高效降解
  • DOI:
    10.1016/j.jes.2016.07.014
  • 发表时间:
    2017-05-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Jiang, Liying;Nie, Guofeng;Anderson, Willam A.
  • 通讯作者:
    Anderson, Willam A.
正己烷降解菌NX-1的筛选、鉴定及其细胞表面疏水性研究
  • DOI:
    10.13671/j.hjkxxb.2016.0143
  • 发表时间:
    2017-01
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江宁馨;叶杰旭;于宁宁;陈建孟;陈东之
  • 通讯作者:
    陈东之

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其他文献

BiOCl/g-C3N4异质结催化剂可见光催化还原CO2
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    何志桥;陈锦萍;童丽丽;汤俊涛;陈建孟;宋爽
  • 通讯作者:
    宋爽
好氧颗粒污泥降解氯苯胺类污染物的试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    环境科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何丹;张丽丽;杨卫兵;陈建孟
  • 通讯作者:
    陈建孟
二氯甲烷降解菌Methylobacterium rhodesianum H13的分离鉴定及降解特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    欧阳杜娟;庄庆丰;陈东之;陈建孟
  • 通讯作者:
    陈建孟
一株好氧反硝化菌的筛选鉴定及固定化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郝红红;陈浚;程鳌;陈建孟
  • 通讯作者:
    陈建孟
食油假单胞菌DT4菌株对四氢呋喃(THF)的降解特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周玉央;陈东之;金小君;陈建孟;何杰
  • 通讯作者:
    何杰

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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