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海绵热解炭固定化微生物吸附-降解餐饮废水中油脂的研究

马淑雯 刘鑫 周小琴 方晓波 郑华宝 毛浩楠 杨雨 孟祺绅 张成

马淑雯, 刘鑫, 周小琴, 方晓波, 郑华宝, 毛浩楠, 杨雨, 孟祺绅, 张成. 海绵热解炭固定化微生物吸附-降解餐饮废水中油脂的研究[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220338
引用本文: 马淑雯, 刘鑫, 周小琴, 方晓波, 郑华宝, 毛浩楠, 杨雨, 孟祺绅, 张成. 海绵热解炭固定化微生物吸附-降解餐饮废水中油脂的研究[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220338
MA Shuwen, LIU Xin, ZHOU Xiaoqin, FANG Xiaobo, ZHENG Huabao, MAO Haonan, YANG Yu, MENG Qishen, ZHANG Cheng. Adsorption-degradation of oil in catering wastewater by the microorganism immobilized on sponge pyrolytic carbon[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220338
Citation: MA Shuwen, LIU Xin, ZHOU Xiaoqin, FANG Xiaobo, ZHENG Huabao, MAO Haonan, YANG Yu, MENG Qishen, ZHANG Cheng. Adsorption-degradation of oil in catering wastewater by the microorganism immobilized on sponge pyrolytic carbon[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220338

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海绵热解炭固定化微生物吸附-降解餐饮废水中油脂的研究

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220338
基金项目: 国家级大学生创新创业训练计划项目(202110341022);浙江省重点研发计划项目(2021C03190);浙江省自然科学基金资助项目(LY15D010005);浙江农林大学科研发展基金资助项目(2034020096)
详细信息
    作者简介: 马淑雯(ORCID: 0000-0002-6326-1342),从事环境科学与工程(微生物生态方向)研究。E-mail: mashuwen991017@163.com
    通信作者: 张成(ORCID: 0000-0003-0272-9041),讲师,博士,从事有机固体废物污染控制与资源化利用、水环境修复等研究。E-mail: success.zhang@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: X703.5

Adsorption-degradation of oil in catering wastewater by the microorganism immobilized on sponge pyrolytic carbon

  • 摘要:   目的  随着餐饮行业的迅速发展,餐饮废水油脂对环境的危害日益严重,因此对餐饮废水油脂的治理刻不容缓。  方法  以废弃海绵为原料,经热解炭化制得吸附性能良好的海绵热解炭(SPCxx为热解温度),利用冷场发射扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱对其形貌、结构等理化性质进行表征。利用SPCx吸附废水中大豆油,研究了热解温度、废水pH和温度等对吸附性能的影响;分析了SPC600吸附剂的吸附动力学和吸附等温线,采用Langmuir和Freundlich模型对数据进行分析。基于此,探究了SPC600固定化微生物对模拟废水和实际废水中油脂的吸附-降解规律。  结果  海绵热解炭(SPC600)具有丰富的“网络”结构和断裂分支,且表面含有大量的羟基、羰基和醚键等含氧官能团,进而提高了其对油脂吸附和微生物固定能力。优化的SPC600,在pH 7和吸附温度30 ℃时,吸附容量高达8 093.1 mg·g−1。吸附过程符合准二级动力学方程,且是以化学吸附为主的放热过程。将筛选的降解油脂菌株与SPC600制成固定化微生物吸附剂,对实际油脂废水的降解率可达67.6%,比游离菌株和游离菌株+SPC600分别平均高11.0%和14.4%。  结论  采用海绵热解炭固定化微生物技术,在稳定降解菌株的同时提高了油脂降解率,实现“以废治废”,避免二次污染,具有较好的应用前景。图8表3参42
  • 图  1  不同条件下SPCx的SEM照片

    Figure  1  SEM images of sponge pyrolytic carbon (SPCx) under different conditions

    图  2  不同热解温度海绵热解炭(SPCx)的傅立叶红外光谱图

    Figure  2  Fourier infrared spectra of sponge pyrolytic carbon (SPCx) at different pyrolysis temperatures

    图  3  SPC600的XPS全扫描谱(A)和C1s谱(B)

    Figure  3  XPS full scan spectrum (A) and C1s spectrum (B) of SPC600

    图  4  不同热解温度(A)、pH(B)和吸附温度(C)对大豆油吸附的影响

    Figure  4  Effects of pyrolysis temperatures (A), simulated wastewater pH (B) and simulated wastewater temperature (C) on the adsorption of soybean oil

    图  5  SPC600对大豆油吸附准一级和准二级动力学拟合曲线

    Figure  5  Quasi-first-order and quasi-second-order kinetic curves of SPC600 adsorption of soybean oil

    图  6  SPC600吸附大豆油的Langmuir(A)和Freundlich(B)等温线拟合曲线

    Figure  6  Langmuir (A) and Freundlich (B) isotherm curves of SPC600 adsorption of soybean oil

    图  7  不同模拟废水的pH(A)和温度(B)对SPC600固定化微生物降解大豆油的影响

    Figure  7  Effects of pH(A) and temperature (B) of different simulated wastewater on degradation of soybean oil by SPC600 immobilized microorganisms

    图  8  SPC600固定化微生物降解模拟废水(A)和实际废水(B)油脂的变化曲线

    Figure  8  Lipid degradation curves of simulated wastewater (A) and actual wastewater (B) by SPC600 immobilized microorganisms

    表  1  SPC600的吸附动力学方程式及拟合参数

    Table  1.   Adsorption kinetics equations and correlation coefficients for SPC600

    准一级动力方程准二级动力方程
    k1qe1/(mg·g−1)R2k2qe2/(mg·g−1)R2
    0.112 17 785.60.869 60.002 68 027.10.981 1
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    表  2  不同吸附材料对油脂的吸附容量对比

    Table  2.   Comparison of oil adsorption capacity of different adsorption materials

    序号吸附材料吸附容量/
    (mg·g−1)
    参考
    文献
    序号吸附材料吸附容量/
    (mg·g−1)
    参考
    文献
    序号吸附材料吸附容量/
    (mg·g−1)
    参考
    文献
    1壳聚糖    99.9[30]5甘蔗渣    6 650.0[33]9松木屑生物炭1 960.0[36]
    2不可溶膳食纤维1 270.0[31]6萝藦种毛纤维 81 520.0[34]10水稻生物炭 10 880.0[37]
    3新鲜粽叶   1 766.4[32]7辣木种子活性炭111.1[35]11磁性活性炭 1 900.0
    4改性花生壳  166.7[28]8豆荚活性炭  104.2[35]12海绵热解炭 8 093.1本研究
      说明:松木屑生物炭和磁性活性炭吸附石油;水稻生物炭吸附石蜡油;其余均吸附植物油脂
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    表  3  不同温度下SPC600吸附等温方程及拟合参数

    Table  3.   Adsorption isotherm equations and correlation coefficients for SPC600 at different temperatures

    温度/℃Langmuir模型Freundlich模型
    qm/(mg·g−1)kLR2nkFR2
    2015 495.400.004 90.998 43.465.480.984 9
    3017 374.080.004 50.991 53.385.460.986 6
    4014 085.930.006 20.989 63.935.820.990 7
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-06
  • 录用日期:  2022-10-06
  • 修回日期:  2022-09-29

海绵热解炭固定化微生物吸附-降解餐饮废水中油脂的研究

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220338
    基金项目:  国家级大学生创新创业训练计划项目(202110341022);浙江省重点研发计划项目(2021C03190);浙江省自然科学基金资助项目(LY15D010005);浙江农林大学科研发展基金资助项目(2034020096)
    作者简介:

    马淑雯(ORCID: 0000-0002-6326-1342),从事环境科学与工程(微生物生态方向)研究。E-mail: mashuwen991017@163.com

    通信作者: 张成(ORCID: 0000-0003-0272-9041),讲师,博士,从事有机固体废物污染控制与资源化利用、水环境修复等研究。E-mail: success.zhang@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: X703.5

摘要:   目的  随着餐饮行业的迅速发展,餐饮废水油脂对环境的危害日益严重,因此对餐饮废水油脂的治理刻不容缓。  方法  以废弃海绵为原料,经热解炭化制得吸附性能良好的海绵热解炭(SPCxx为热解温度),利用冷场发射扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱对其形貌、结构等理化性质进行表征。利用SPCx吸附废水中大豆油,研究了热解温度、废水pH和温度等对吸附性能的影响;分析了SPC600吸附剂的吸附动力学和吸附等温线,采用Langmuir和Freundlich模型对数据进行分析。基于此,探究了SPC600固定化微生物对模拟废水和实际废水中油脂的吸附-降解规律。  结果  海绵热解炭(SPC600)具有丰富的“网络”结构和断裂分支,且表面含有大量的羟基、羰基和醚键等含氧官能团,进而提高了其对油脂吸附和微生物固定能力。优化的SPC600,在pH 7和吸附温度30 ℃时,吸附容量高达8 093.1 mg·g−1。吸附过程符合准二级动力学方程,且是以化学吸附为主的放热过程。将筛选的降解油脂菌株与SPC600制成固定化微生物吸附剂,对实际油脂废水的降解率可达67.6%,比游离菌株和游离菌株+SPC600分别平均高11.0%和14.4%。  结论  采用海绵热解炭固定化微生物技术,在稳定降解菌株的同时提高了油脂降解率,实现“以废治废”,避免二次污染,具有较好的应用前景。图8表3参42

English Abstract

马淑雯, 刘鑫, 周小琴, 方晓波, 郑华宝, 毛浩楠, 杨雨, 孟祺绅, 张成. 海绵热解炭固定化微生物吸附-降解餐饮废水中油脂的研究[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220338
引用本文: 马淑雯, 刘鑫, 周小琴, 方晓波, 郑华宝, 毛浩楠, 杨雨, 孟祺绅, 张成. 海绵热解炭固定化微生物吸附-降解餐饮废水中油脂的研究[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220338
MA Shuwen, LIU Xin, ZHOU Xiaoqin, FANG Xiaobo, ZHENG Huabao, MAO Haonan, YANG Yu, MENG Qishen, ZHANG Cheng. Adsorption-degradation of oil in catering wastewater by the microorganism immobilized on sponge pyrolytic carbon[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220338
Citation: MA Shuwen, LIU Xin, ZHOU Xiaoqin, FANG Xiaobo, ZHENG Huabao, MAO Haonan, YANG Yu, MENG Qishen, ZHANG Cheng. Adsorption-degradation of oil in catering wastewater by the microorganism immobilized on sponge pyrolytic carbon[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220338

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