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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃富詳
研究生(外文):Huang F. H.
論文名稱:植種純種菌株於生物濾床中甲苯及同分異構二甲苯去除之研究
指導教授:李季眉李季眉引用關係
指導教授(外文):Lee C. M.
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:環境工程學系
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:160
中文關鍵詞:鄰二甲苯間二甲苯對二甲苯甲苯生物濾床基質競爭
外文關鍵詞:o-xylenem-xylenep-xylenetoluenebiofiltersubstrate competition
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工廠排放出的二甲苯通常包含了鄰、間、對三種同分異構物,以生物濾床處理二甲苯廢氣時,有研究指出鄰二甲苯之去除較對二甲苯及間二甲苯難。為了提高二甲苯異構物於生物濾床中之去除效率,本研究試圖以植種純菌之方式找出最佳之植種菌株以提升二甲苯廢氣之去除率。先以鄰、間、對二甲苯為基質馴化分離出二甲苯分解菌X18、X19、P1X及M1X,將其植入濾床後分別進流鄰、間、對二甲苯作去除率之比較,找出最佳植種菌株。研究結果顯示:在進流單一廢氣鄰-二甲苯時,以菌株X19及M1X之去除效率較好,於進流濃度119ppmv時去除率亦達100%;在進流單一廢氣間-二甲苯時以菌株M1X之去除效率較好P1X次之,菌株M1X於進流濃度60ppmv時,去除率可達100%;在進流單一廢氣對-二甲苯時,以菌株P1X、M1X去除效果較好,於進流濃度45ppmv時,有80%左右之去除率,可見植入菌株之特性、進流濃度及二甲苯之結構會影響生物濾床處理的效率。
研究中並試圖要瞭解各菌株於甲苯及二甲苯存在下之降解情形。從批次實驗的結果發現,各菌株於甲苯及二甲苯雙基質存在下,少量甲苯存在下,對於二甲苯降解之影響較不明顯,但隨甲苯添加量增加會有明顯的基質競爭現象。為了提升濾床之處理效能、降低基質競爭之情形,研究中試圖以組合菌株之方式將基質競爭之情形降至最低,菌株B5為能力較強之甲苯分解菌株。以批次實驗之結果發現組合菌株B5+M1X及B5+P1X於雙基質甲苯及二甲苯存在下之降解情形明顯比單一菌株下之降解情形好。在實際濾床操作中,則比較分別植入菌株M1X、P1X、X19及組合菌株M1X+B5、P1X+B5於濾床中去除情形。當進流廢氣為甲苯/對二甲苯時,以植種組合菌株M1X+B5、P1X+B5之去除效果最好,此情形與批次結果相互驗證,在進流濃度甲苯48 ppmv/對二甲苯51 ppmv時,可達100%之去除率;當進流廢氣為甲苯/間二甲苯時,以植種菌株M1X、P1X之去除效果最好,在進流濃度甲苯62 ppmv/對二甲苯48 ppmv時,可達100%之去除率;當進流廢氣為甲苯/鄰二甲苯時,以植種菌株M1X、X19之去除效果最好,在進流濃度甲苯68 ppmv/對二甲苯52 ppmv時,可達100%之去除率。研究結果顯示,菌株M1X為良好的植種菌株,對於生物濾床處理甲苯及同分異構二甲苯廢氣有助於去除效率之提升。

目錄
目錄 I
表目錄 V
圖目錄 VII
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 3
2-1 VOCs廢氣之產生 3
2-2 甲苯及同分異構二甲苯之物化特性及其危害 6
2-3 VOCs 廢氣之控制技術 9
2-3-1 物化處理法 9
2-3-2 生物處理法 12
2-3-2-1 生物洗滌塔 14
2-3-2-2 生物滴濾塔 16
2-3-2-3 生物濾床 17
2-4 生物濾床設計及操作因子 18
2-4-1 濾床形式及尺寸 18
2-4-2 濾料的選擇 18
2-4-3 溼度控制 19
2-4-4 pH值 20
2-4-5 溫度 21
2-4-6 營養源 21
2-4-7 廢氣特性 22
2-4-8 微生物種類及特性 23
2-5 甲苯及二甲苯之代謝途徑 24
2-6 甲苯及二甲苯之生物處理 31
第三章 材料與方法 35
3-1 研究內容 35
3-2 樣品來源 36
3-3 實驗藥品 36
3-3-1 碳源 36
3-3-2 實驗用水 36
3-3-3 無機營養鹽(HCMM2) 37
3-3-4 培養基 37
3-3-5 Extran 鹼洗液 39
3-4 具分解鄰、間、對二甲苯能力菌株之分離篩選 39
3-4-1 自混合族群中分離具有分解能力之菌株 39
3-4-1-1 污泥之馴化 39
3-4-1-2 菌株之分離與純化 40
3-4-1-3 具分解能力菌株之篩選 40
3-4-2 自實驗室保存之純種菌株篩選 43
3-5 光學密度(O.D.)與細胞乾重之關係 43
3-6 批次實驗 44
3-6-1 VOCs 之檢量線 44
3-6-2 純菌對同分異構二甲苯降解之批次實驗 44
3-6-3 甲苯與同分異構二甲苯共存下基質利用情形之批次實驗 45
3-6-4 菌株之最適生長溫度 ……………………………………….47
3-6-4-1 醋酸鹽利用能力測試 47
3-6-4-2 溫度梯度實驗 48
3-7 甲苯及同分異構二甲苯分析方法………………………………. 48
3-8 顯微鏡觀察及照相 49
3-9 菌種鑑定 49
3-9-1 革蘭氏染色 49
3-9-2 Biolog 菌種鑑定 50
3-10 生物濾床實驗 51
3-10-1 生物濾床設備 51
3-10-2 濾料製備 55
3-10-3 植種 55
3-10-4 操作條件 57
第四章 結果與討論 62
4-1 菌株之篩選與分離 62
4-1-1 同分異構二甲苯分解菌之篩選結果 62
4-1-2 甲苯分解菌之挑選 63
4-2 菌株之特徵及鑑定結果 66
4-3 利用批次實驗探討同分異構二甲苯菌株之基質利用情形 70
4-3-1 間二甲苯分解菌M1X批次實驗之結果 70
4-3-2 對二甲苯分解菌P1X批次實驗之結果 72
4-4 菌株於不同二甲苯異構物下之降解比較…………………………. .74
4-5 菌珠於不同溫度下生長速率之探討 77
4-6 雙基質甲苯及二甲苯共存下菌株之降解情形 81
4-6-1 添加不同量二甲苯對菌株降解甲苯之影響…………… 81
4-6-2 添加不同量甲苯對菌株降解同分異構二甲苯之影響 83
4-7 組合菌株與單一菌株在甲苯及二甲苯共存下降解之比較 92
4-8 各菌株於生物濾床處理單一廢氣同分異構二甲苯之情形…… 96
4-8-1 生物濾床操作因子之控制 96
4-8-2 植種菌株於濾床進流鄰二甲苯降解之情形 98
4-8-3 植種菌株於濾床進流間二甲苯降解之情形 102
4-8-4 植種菌株於濾床進流對二甲苯降解之情形 108
4-9 各菌株於生物濾床處理混合廢氣同分異構二甲苯及甲苯之情形 112
4-9-1 植種菌株於濾床中進流甲苯及對二甲苯之降解情形 112
4-9-2 植種菌株於濾床中進流甲苯及間二甲苯之降解情形 120
4-9-3 植種菌株於濾床中進流甲苯及鄰二甲苯之降解情形 127
4-10 植入菌株於濾床之去除負荷量 133
4-11 總結…………………………………………………………. 135
第五章 結論與建議 137
5-1 結論 137
5-2 建議 139
參考文獻 140
表目錄
表2-1 國內幾種行業排放VOCs成分概要 4
表2-2 勞工作業環境空氣中有害物容許濃度標準對照表 5
表2-3 塗料用主要溶劑性能與中毒症狀 8
表2-4 各種VOC控制技術的優缺點比較 10
表2-5 三種生物處理方法之比較 13
表3-1 HCMM2(Hydrocarbon minimal medium)成份 37
表3-2 各培養基用途及來源 38
表3-3 鄰、間、對二甲苯及甲苯之分析 (氣相) 51
表3-4 BIOLOG菌種鑑定流程及其指定培養條件 54
表4-1 同分異構二甲苯分解菌分離篩選之結果 64
表4-2 菌株特徵及鑑定結果 66
表4-3 各試程中濾床之操作溫度 80
表4-4… 生物濾床中植種菌株組合方式與經換算之初始植種菌量…………97
表4-5 植種純菌於濾床中鄰二甲苯降解之比較…………………… …….. 98
表4-6 植種菌株於濾床中進流間二甲苯之去除率比較……………….. 102
表4-7 植種純菌於濾床中進流對二甲苯之去除率比較… .. 108
表4-8 各植種菌株於生物濾床中,甲苯/對二甲苯共存之去除情形 113
表4-9 各植種菌株於生物濾床中,甲苯/間二甲苯共存之去除情形 121
表4-10 各植種菌株於生物濾床中,甲苯/鄰二甲苯共存之去除情形 …. 127
表4-11 各菌株於單一進流基質下最大之去除負荷量 133
表4-12 進流甲苯/同分異構二甲苯時,植入菌株之去除負荷量 134
圖目錄
圖2-1 生物洗滌塔處理流程圖 19
圖2-2 生物滴濾塔處理流程圖 20
圖2-3 生物濾床處理流程圖 22
圖2-4 甲苯代謝途徑 26
圖2-5 甲苯、間二甲苯、對二甲苯的代謝途徑 27
圖2-6 對二甲苯的代謝途徑 28
圖2-7 鄰二甲苯的代謝途徑 29
圖3-1 實驗流程圖 35
圖3-2 OD值生長測試實驗流程 42
圖3-3 OD與乾重之關係 44
圖3-4 VOCs檢量線 46
圖3-5 批次實驗流程圖 47
圖3-6 生物濾床裝置圖 57
圖3-7 自動監控系統管路及儀控圖 60
圖4-1 從混合族群中分離出具鄰、間、對二甲苯分解能力之菌株 65
圖4-2 菌株X18之顯微相片 67
圖4-3 菌株X19之顯微相片 67
圖4-4 菌株M1X之顯微相片 68
圖4-5 菌株P1X之顯微相片 68
圖4-6 菌株B5之顯微相片 69
圖4-7 間-二甲苯分解菌M1X於不同濃度間二甲苯批次實驗之結果 71
圖4-8 對-二甲苯分解菌P1X於不同濃度對二甲苯批次實驗之結果 73
圖4-9 純菌X18降解同分異構二甲苯之情形 75
圖4-10 純菌P1X降解同分異構二甲苯之情形 76
圖4-11 純菌M1X降解同分異構二甲苯之情形 76
圖4-12 各菌株於不同溫度下之比生長速率(A)M1X,(B)X18,(C)X19(D)P1X 79
圖4-13 菌株P1X於甲苯/對二甲苯共存下,不同對二甲苯添加量對菌株降解甲苯之影響 82
圖4-14 菌株X19於甲苯/鄰二甲苯共存下,不同鄰二甲苯添加量對菌株
降解甲苯之影響 …………………………… 82
圖4-15 M1X於不同比例甲苯/對二甲苯下,對二甲苯之降解情形 85
圖4-16 M1X於不同比例甲苯/間二甲苯下,間二甲苯之降解情形 86
圖4-17 M1X於不同比例甲苯/鄰二甲苯下,鄰二甲苯之降解情形 87
圖4-18 P1X於不同比例甲苯/間二甲苯下,間二甲苯之降解情形 89
圖4-19 P1X於不同比例甲苯/鄰二甲苯下,鄰二甲苯之降解情形 90
圖4-20 P1X於不同比例甲苯/對二甲苯下,對二甲苯之降解情形 91
圖4-21 組合菌株P1X+B5與純菌株P1X於2ul甲苯/2ul對二甲苯存在
下之去除情形之比較…………………………….………………….93
圖4-22 組合菌株P1X+B5與純菌株P1X於4ul甲苯/2ul對二甲苯存在下之去除情形之比較………………………………………………………94
圖4-23 組合菌株M1X+B5與純菌株M1X於不同比例甲苯/間二甲苯存在下之去除情形之比較 (A)甲苯2ul/間二甲苯2ul,(B)甲苯2ul/間二甲苯4ul………………………………………………………………….…95
圖4-24 植種菌株X18於濾床下進流不同濃度鄰-二甲苯去除率之比較 100
圖4-25 植種菌株X19於濾床下進流不同濃度鄰-二甲苯去除率之比較 100
圖4-26 植種菌株M1X於濾床下進流不同濃度鄰-二甲苯去除率之比較 101
圖4-27 植種菌株p1X於濾床下進流不同濃度鄰-二甲苯去除率之比較 101
圖4-28 植種菌株X18於濾床下進流不同濃度間-二甲苯去除率之比較 103
圖4-29 植種菌株X18+污泥於濾床下進流不同濃度間-二甲苯去除率之比較…………………………………………………………… 104
圖4-30 植種菌株X19於濾床下進流不同濃度間-二甲苯去除率之比較 104
圖4-31 植種菌株X19+污泥於濾床下進流不同濃度間-二甲苯去除率之
比較………………………………………………………………... .105
圖4-32 植種菌株M1X於濾床下進流不同濃度間-二甲苯去除率之比較.. 105
圖4-33 植種菌株M1X+污泥於濾床下進流不同濃度間-二甲苯去除率之
比較…………………………………………………………………106
圖4-34 植種菌株P1X於濾床下進流不同濃度間-二甲苯去除率之比較.. 107
圖4-35 植種菌株P1X+污泥於濾床下進流不同濃度間-二甲苯去除率之
比較………………………………………………………………….107
圖4-36 植種污泥於濾床下進流不同濃度間-二甲苯去除率之比較… 107
圖4-37 植種菌株M1X於濾床下進流不同濃度對-二甲苯去除情形 108
圖4-38 植種菌株P1X於濾床下進流不同濃度間-二甲苯去除情形 110
圖4-39 植種菌株X19於濾床下進流不同濃度對-二甲苯去除情形 111
圖4-40 植種菌株X18於濾床下進流不同濃度對-二甲苯去除情形 111
圖4-41 植種菌株X19於甲苯/對二甲苯共存之去除情形 114
圖4-42 植種菌株X19+B5於甲苯/對二甲苯共存之去除情形 114
圖4-43 植種菌株M1X於甲苯/對二甲苯共存之去除情形 116
圖4-44 植種菌株M1X+B5於甲苯/對二甲苯共存之去除情形 116
圖4-45 植種菌株P1X於甲苯/對二甲苯共存之去除情形 118
圖4-46 植種菌豬P1X+B5於甲苯/對二甲苯共存之去除情形 118
圖4-47 植種純菌B5於甲苯/對二甲苯共存之去除情形 120
圖4-48 植種菌株M1X於甲苯/間二甲苯共存之去除情形 122
圖4-49 植種菌株M1X+B5於甲苯/間二甲苯共存之去除情形 122
圖4-50 植種菌株P1X於甲苯/間二甲苯共存之去除情形 124
圖4-51 植種菌株P1X+B5於甲苯/間二甲苯共存之去除情形 124
圖4-52 植種菌株B5於甲苯/間二甲苯共存之去除情形 126
圖4-53 植種菌株X19於甲苯/間二甲苯共存之去除情形 126
圖4-54 植種菌株X19於甲苯/鄰二甲苯共存之去除情形 130
圖4-55 植種菌株X19+B5於甲苯/鄰二甲苯共存之去除情形 130
圖4-56 植種菌株M1X於甲苯/鄰二甲苯共存之去除情形 131
圖4-57 植種菌株M1X+B5於甲苯/鄰二甲苯共存之去除情形 131
圖4-58 植種菌株P1X於甲苯/鄰二甲苯共存之去除情形 132
圖4-59 植種菌株P1X+B5於甲苯/鄰二甲苯共存之去除情形 132
圖4-60 植種菌株B5於甲苯/鄰二甲苯共存之去除情形 133

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