Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11455/4964
標題: 生物濾床中甲苯及乙酸乙酯基質抑制效應之研究
作者: 李惠娟
關鍵字: 生物濾床;甲苯;乙酸乙酯;基質競爭;族群競爭;質傳
出版社: 環境工程學系
摘要: 
以生物濾床處理甲苯與乙酸乙酯混合廢氣時,大量乙酸乙酯的存在會使甲苯的去除受到明顯抑制,為解決甲苯去除率受抑制的問題,本研究從擔任分解角色之微生物著手進行,先分離出可分解甲苯或乙酸乙酯之純種菌株,並自其中挑選不同降解類型的菌株進行深入探討,以期能夠多方掌握濾床內可能之各種去除機制及抑制現象,將各菌株以批次實驗分析其抑制機制並找尋解決方法,而後植種至生物濾床內加以驗證,找出簡易有效且適用於濾床處理之解決方式。
本研究挑選三株分屬不同分解特性之菌株進行探討,其中菌株To3可分解甲苯但無法分解乙酸乙酯,菌株B5兼具甲苯與乙酸乙酯之分解能力,而菌株Ac6則可分解乙酸乙酯但無法分解甲苯,這些菌株涵蓋了環境中可能存在之分解菌類型,以批次實驗探討各菌株降解能力受其他基質存在之影響,結果發現乙酸乙酯存在時,菌株B5降解甲苯之能力受到基質競爭的抑制以及乙酸乙酯降解產生大量乙酸導致pH值劇降對菌株活性的抑制,菌株To3之甲苯分解能力則不受乙酸乙酯影響,而菌株Ac6代謝乙酸乙酯的能力在本實驗添加之甲苯濃度範圍內亦不會受到甲苯的影響。
各菌株以醋酸鹽為基質時之最適生長溫度如下:菌株Ac6為28.5℃,菌株 B5為24℃,菌株To3為36.5℃。將菌株做不同組合於高、低溫度(30℃與18℃)下降解不同比例甲苯與乙酸乙酯之批次實驗結果顯示,甲苯降解作用主要受質傳速率、基質競爭及族群競爭三者交互作用之影響。當菌株降解活性不受基質競爭或族群競爭所抑制時,由於甲苯難溶於水,其自氣相傳輸至液相的質傳速率反成為最大的限制因子,此時乙酸乙酯因其會幫助甲苯溶解之特性,可增加甲苯之質傳速率。菌株B5降解甲苯之能力會受到基質競爭抑制,此時菌株Ac6的添加可快速去除乙酸乙酯而消減基質抑制效應,且兩菌株間沒有族群競爭的問題,可達到相輔相成的效果。而菌株To3則會受到菌株Ac6與菌株B5族群競爭的抑制,在低溫下,因菌株Ac6與菌株B5活性較弱,族群抑制效應可大為減輕。
最後將各菌株組合植入濾床內探討其改善抑制之效果,本生物濾床採用蔗渣做為濾料,填料體積約為1 L,氣體停留時間控制在1.5 L/min,空床停留時間為40.0 sec,由於本濾床操作提供足夠的氣體停留時間,故整體而言質傳速率非主要抑制因子,甲苯處理效率主要是受到生物降解能力之限制。在一般操作溫度(25~30℃)下,進氣中甲苯與乙酸乙酯濃度各為43.4 ppmv與92.7 ppmv時(T/E比為1/2),可選用在濾床中生長較快速的菌株B5進行植種,此時乙酸乙酯濃度較低,菌株B5分解甲苯的能力尚不至於受到太大的基質抑制,單獨植種菌株B5或是與菌株Ac6或汙泥混合植種均可獲致良好穩定之去除率;而當進氣中甲苯與乙酸乙酯濃度各為43.4 ppmv與434.0 ppmv時(T/E比為1/10),因乙酸乙酯濃度甚高,菌株B5受基質競爭的抑制效應增大,植種時就可選擇甲苯降解能力不受乙酸乙酯存在所影響的菌株To3,考慮族群競爭抑制及去除率穩定之因素,將菌株To3與污泥混合植種為較佳之選擇。
在濾床操作上溫度亦為影響去除率之重要因子,因此亦將溫度控制在16~26℃之較大變動範圍下觀察其去除情形,此試程中進氣甲苯與乙酸乙酯濃度各為45.0 ppmv與485.0 ppmv(T/E比為1/11),結果顯示甲苯處理效率易受溫度不穩定所影響,溫度低於20℃時因菌株活性大幅衰減對整體去除率之衝擊尤為顯著,此時質傳速率仍非主要限制因子,抑制原因以基質抑制、族群競爭及低溫所造成的菌株活性衰減為主,整個試程中以混合植種菌株B5與菌株Ac6之生物濾床對於溫度變化之因應能力最佳,且能克服基質抑制之干擾。
URI: http://hdl.handle.net/11455/4964
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