專利名稱：固定化細(xì)胞處理廢水的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬?gòu)U水處理領(lǐng)域，涉及一種采用固定化細(xì)胞處理含高濃度苯酚和有機(jī)溶劑的廢水的方法，本發(fā)明還涉及該方法所用裝置。
背景技術(shù)：
目前含酚樹脂和增塑劑生產(chǎn)排放的廢水成分復(fù)雜，COD和苯酚含量高，有機(jī)溶劑的含量也高。這類廢水生物不能(易)在其中生存，因此大都采用有機(jī)溶劑萃取，使苯酚含量低于200mg/L以下，再用生物法處理，但萃取法回收的苯酚因其中雜質(zhì)多，不能直接回用，運(yùn)行成本高，還給廢水再來二次污染問題。也有人用固定化大型食用真菌菌絲體處理含酚廢水，但處理的廢水中酚的含量只能＜600mg/L，當(dāng)水中酚的含量高于600mg/L，除酚效果就很差了，更沒有提供能連續(xù)使用的時(shí)間?？傊?，還有人采用多種微生物協(xié)同作用處理廢水，但菌群的選擇是一個(gè)難題，且采用何種固定化細(xì)胞技術(shù)同時(shí)適合于多種菌株也同樣是個(gè)難題，所以此類廢水一直是難以處理的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低、效果好、不產(chǎn)生二次污染的固定化細(xì)胞處理含高濃度苯酚和有機(jī)溶劑廢水的方法。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供上述方法所用的裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是根據(jù)以下原理設(shè)計(jì)而成含雜環(huán)和酚化合物的廢水通過固定化細(xì)胞層，并通入壓縮空氣，發(fā)生如下生物反應(yīng)雜環(huán)化合物及酚 如果垃圾滲濾液通過固定化細(xì)胞，除了發(fā)生以上反應(yīng)，還可以發(fā)生銨鹽氧化反應(yīng)
以上反應(yīng)需要氧，因此需要通入壓縮空氣(空氣成本較低)，處理每噸廢水需要供70-100m3空氣。
本發(fā)明的目的是通過下列措施實(shí)現(xiàn)的一種處理廢水的方法，它是利用廢棄菌絲體作載體，共固定化白腐菌和細(xì)菌，利用菌群的酶系在供氧的情況下耦合催化降解廢水中的雜環(huán)化合物和苯酚。
所述的方法，其中廢棄菌絲體采用廢棄的根霉(Rhizopus sp.)、曲霉(Aspergillus sp.)或木霉(Trichoderma sp.)的菌絲體。
所述的方法，其中被固定化的白腐菌是黃孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)、雜色云芝(Polypoms versicolor)、變色栓菌(Trametes versicolor)、射脈菌(Phlebiara radiata)、鳳尾菇(Pleurotus pulmonarius)、朱紅密孔菌(Pycnoporus cinnabarinus)中的一種或多種。
所述的方法，其中被固定化的細(xì)菌采用假單胞菌(Pseudomonas sp.)、諾卡氏菌(Rhodococcus sp.)或亞硝化菌(Nitrosomonas sp.)。
所述的方法，其中用來固定化細(xì)胞的包被固定化試劑為聚乙烯醇、海藻酸鈉或殼聚糖。
所述的方法，其中催化降解的溫度為15-35℃，作用時(shí)間為20-26小時(shí)。
所述的方法，其中供氧方式為通入含氧氣體，該含氧氣體是空氣或純氧氣，其中通入的空氣量為70-100m3空氣/T廢水，通入的純氧氣量為空氣量的21％。
用上述方法處理廢水的裝置，該裝置為設(shè)有活動(dòng)篩板的反應(yīng)器和供氧裝置。
所述的裝置，其中反應(yīng)器有調(diào)節(jié)活動(dòng)篩板的支架；反應(yīng)器中活動(dòng)篩板上放置載體為廢棄菌絲的已共固定化的細(xì)菌和白腐菌。
所述的裝置，其中反應(yīng)器是塔式反應(yīng)器。
所述的裝置，其中供氧裝置是空氣壓縮裝置或氧氣瓶。
本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明利用廢棄天然產(chǎn)物，低成本的固定化細(xì)胞，處理成分復(fù)雜的增塑劑和含酚樹脂生產(chǎn)廢水，綜合脫除COD和苯酚及有機(jī)溶劑，使這類難以處理的廢水凈化，達(dá)到環(huán)境水體允許的質(zhì)量。
本發(fā)明處理50噸含酚廢水(COD5000mg/L，苯酚700mg/L)連續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，連續(xù)15天，出水揮發(fā)酚＜0.5mg/L，COD＜480mg/L。處理30噸垃圾滲濾液，COD 6500mg/L，NH3460mg/L，連續(xù)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)12天，出水COD＜400mg/L，NH3＜60mg/L。本發(fā)明的脫酚效率超過90％，當(dāng)進(jìn)水COD≤5000mg/L，苯酚≤700mg/L，COD和苯酚的脫除率高達(dá)99％，出水可以達(dá)到以下指標(biāo)COD＜500mg/L，苯酚＜0.5mg/L。
一種微生物所能降解利用的化合物是有限的。有些作為細(xì)胞生長(zhǎng)所需的原料而被吸收利用，有的是被成齡的微生物所分泌的酶一生物催化劑催化反應(yīng)降解的。而這些酶不總是顯性表達(dá)，需要底物誘導(dǎo)，因此存在馴化問題。當(dāng)需要用一種可能有某種降解酶的微生物去降解某種化合物時(shí)，常常先在這種微生物培養(yǎng)過程中，一代代逐步加大某種化合物在培養(yǎng)液中的含量，逐步提高這種微生物對(duì)某種化合物的耐受能力和增加顯性表達(dá)分泌降解某種化合物的酶量，這個(gè)過程稱為馴化。這在工業(yè)上很有用處。如硫酸銅是常用的殺菌劑，一般水中含量5mg/L就有明顯的殺菌作用，但有一種亞鐵硫桿菌，在其培養(yǎng)過程中，一代代逐步加大硫酸銅在培養(yǎng)液中的含量，它能耐受最高達(dá)60mg/L的硫酸銅而正常生長(zhǎng)。冶金工業(yè)上，用其直接腐蝕轉(zhuǎn)化硫化礦中硫化銅為硫酸銅，然后硫酸銅溶液被萃取、直接電解得到高純度的銅板，省去選礦和冶煉高耗能工藝過程，這就是廉價(jià)的細(xì)菌冶金直接產(chǎn)電解銅技術(shù)。本發(fā)明采用白腐菌開始降解增塑劑廢水的能力也很差，經(jīng)過半個(gè)月的逐代加大增塑劑廢水在培養(yǎng)液中的含量的馴化后，降解增塑劑廢水的能力大大增加。
垃圾滲濾液的成分與增塑劑廢水大不一樣，還含較高的重金屬離子，采用逐代加大垃圾滲濾液在培養(yǎng)液中含量的辦法馴化，逐步提高其耐受力和降解能力。本發(fā)明利用固定化馴化了的白腐菌和硝化細(xì)菌還可以有效處理垃圾滲濾液，出水COD和氨氮脫除率高達(dá)90％。
2、本發(fā)明投資省，占地少，運(yùn)行費(fèi)用低，運(yùn)行可靠，不產(chǎn)生二次污染。
3、本發(fā)明提供的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果好，成本低。
4、多菌種組合和廢棄菌絲作載體的優(yōu)點(diǎn)化工廢水的成分很復(fù)雜，而一種微生物所能分泌外泄的酶種類很有限，所能降解利用的底物通常只有少數(shù)幾種，采用多菌種組合可以協(xié)調(diào)代謝，互補(bǔ)缺陷，有效降解某類混合化工廢水。真菌和細(xì)菌的組合根據(jù)廢水的成分進(jìn)行調(diào)整適當(dāng)?shù)谋壤?，大體上真菌多細(xì)菌少。含酚類廢水的降解是一個(gè)生物氧化過程，除了菌體分泌特殊的酶作用之外，采用廢棄菌絲作載體固定化細(xì)胞，菌絲球呈網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，大大增加氧的接觸面積，有效提高氧化反應(yīng)速率。廢棄菌絲的成本低，又是可以降解的天然物質(zhì)，不會(huì)給環(huán)境增加二次污染，實(shí)現(xiàn)以廢治廢。


圖1是本發(fā)明廢水處理裝置的系統(tǒng)示意圖。
其中1為廢水貯罐，2為空氣壓縮機(jī)，3為泵，4為空氣氣泡，5為固定化細(xì)胞，6為塔式反應(yīng)器，7為溢流管，8為出水貯槽。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
一般性說明廢棄的菌絲體，是指發(fā)酵培養(yǎng)得到的霉菌用于生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)醫(yī)藥中間體后，已失去活性的，準(zhǔn)備丟棄的菌絲體。其它用于生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)食品添加劑或藥物的霉菌，用過已失去活性的，準(zhǔn)備丟棄的菌絲體亦可。
實(shí)施例1采用逐代加大增塑劑生產(chǎn)廢水在培養(yǎng)液中含量的辦法馴化，逐步提高白腐菌雜色云芝(Polyporus versicolor NG04010)耐受力和降解能力。將白腐菌雜色云芝NG04010固體培養(yǎng)7天收集菌絲，培養(yǎng)方法為常規(guī)方法，培養(yǎng)基為馬鈴薯泥拌麥麩。
假單胞菌(Pseudomonas fluorescens ATCC11172)培養(yǎng)3天，離心收集菌泥，培養(yǎng)方法為常規(guī)方法，培養(yǎng)基為蘋果酸10g/L，(NH4)2SO42g/L和酵母膏1g/L。
將收集的上述菌絲和菌泥按5∶1的比例混合，得混合物，再將該混合物拌入50一100倍(與混合物的重量比)左右的廢棄根霉(Rhizopus stolonifer ATCC14037)菌絲體，充分混合，然后加入與菌絲體等重量的10％聚乙烯醇(PVA)溶液，拌勻，滴到飽和硼酸溶液使膠凝球固化，得到含有混合菌絲體的固化的小珠子，將小珠子裝柱，制成固定化細(xì)胞。
如圖1所示，用化學(xué)泵3將增塑劑生產(chǎn)廢水(COD 5000mg/L，苯酚700mg/L)從廢水貯罐1連續(xù)緩慢注入塔式反應(yīng)器6底部，同時(shí)通過空氣壓縮機(jī)2由塔底向塔內(nèi)鼓入壓縮空氣，空氣壓縮量為70m3空氣/T廢水，廢水在塔中停留時(shí)間為25h，廢水與放置于活動(dòng)篩板上的固定化細(xì)胞5進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為25℃，氣泡4可提供反應(yīng)所需的氧，經(jīng)過反應(yīng)的廢水從塔式反應(yīng)器6頂部的溢流管7流出，進(jìn)入到下一級(jí)塔式反應(yīng)器中進(jìn)行同樣的反應(yīng)，最終經(jīng)處理后的水進(jìn)入到出水貯槽貯存，出水酚＜0.5mg/L，COD＜500mg/L。
實(shí)施例2
采用逐代加大垃圾滲濾液在培養(yǎng)液中含量的辦法馴化，逐步提高白腐菌鳳尾菇(Pleurotus pulmonarius NG 0412)耐受力和降解能力。將馴化了的白腐菌鳳尾菇(Pleurotuspulmonarius NG 0412)固體培養(yǎng)7天收集菌絲，培養(yǎng)方法為常規(guī)方法，培養(yǎng)基為馬鈴薯泥拌麥麩。
亞硝化菌(Nitrosomonas europaea IFO14298)培養(yǎng)7天，離心收集菌泥，培養(yǎng)方法為常規(guī)方法，培養(yǎng)基為每升水中含NaCl0.3g，MgSO4·7H2O 0.14g，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.03g，(NH4)2SO40.6g，KH2PO42g。
將收集的上述菌絲和菌泥按3∶1的比例混合，得混合物，再將該混合物拌入50-100倍(與混合物的重量比)左右的廢棄木霉(Trichoderma viride AS 3.1044)菌絲體，充分混合，然后加入與菌絲體等重量的海藻酸鈉溶液，拌勻，滴到飽和CaCl2溶液中使膠凝球固化，得到含有混合菌絲體的固化的小珠子，將小珠子裝柱。
如圖1所示，用化學(xué)泵3將垃圾滲濾液(COD 6500mg/L，NH3460mg/L)從廢水貯罐1連續(xù)緩慢注入塔式反應(yīng)器6底部，同時(shí)通過空氣壓縮機(jī)2由塔底向塔內(nèi)鼓入壓縮空氣，空氣壓縮量為100m3空氣/T廢水，廢水在塔中停留時(shí)間為20h，通過固定化細(xì)胞5進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為35℃，氣泡4可提供反應(yīng)所需的氧，經(jīng)過反應(yīng)的廢水從塔式反應(yīng)器6頂部的溢流管7流出，進(jìn)入到下一級(jí)塔式反應(yīng)器中進(jìn)行同樣的反應(yīng)，最終經(jīng)處理后的水進(jìn)入到出水貯槽貯存，出水COD＜400mg/L，NH3＜60mg/L。
實(shí)施例3采用逐代加大酚醛樹脂生產(chǎn)廢水在培養(yǎng)液中含量的辦法馴化，逐步提高白腐菌黃孢原毛平革菌(Phanerochaete Chrysosporium ME-446)耐受力和降解能力。將白腐菌(PChrysosporium ME-446)固體培養(yǎng)7天收集菌絲，培養(yǎng)方法為常規(guī)方法，培養(yǎng)基為馬鈴薯泥拌麥麩。
紅平紅球菌(Rhodococcus erythropolis NG0402)培養(yǎng)3天，離心收集菌泥，培養(yǎng)方法為常規(guī)方法，培養(yǎng)基為葡萄糖20g·L-1，蛋白棟20g·L-1，酵母膏10g·L-1，K2HPO42g·L-1，MgSO4·7H2O 0.5g·L-1，pH7.0-7.2。
將收集的上述菌絲和菌泥按7∶1的比例混合，得混合物，再將該混合物拌入50-100倍(與混合物的重量比)左右的廢棄?mèng)髑?Aspergillus ochraceus NG0401)菌絲體，充分混合，然后加入與菌絲體等重量的10％PVA溶液，拌勻，滴到飽和硼酸溶液使膠凝球固化，得到含有混合菌絲體的固化的小珠子，將小珠子裝柱，制成固定化細(xì)胞。
如圖1所示，用蠕動(dòng)泵3將酚醛樹脂生產(chǎn)廢水(COD 5000mg/L，苯酚780mg/L)從廢水貯罐1連續(xù)緩慢注入塔式反應(yīng)器6底部，同時(shí)通過空氣壓縮機(jī)2由塔底向塔內(nèi)鼓入壓縮空氣，空氣壓縮量為70m3空氣/T廢水，廢水在塔中停留時(shí)間為25h，通過固定化細(xì)胞5進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為35℃，氣泡4可提供反應(yīng)所需的氧，經(jīng)過反應(yīng)的廢水從塔式反應(yīng)器6頂部的溢流管7流出，進(jìn)入到下一級(jí)塔式反應(yīng)器中進(jìn)行同樣的反應(yīng)，最終經(jīng)處理后的水進(jìn)入到出水貯槽貯存，出水酚＜0.5mg/L，COD為480mg/L。
權(quán)利要求
1.一種處理廢水的方法，其特征在于利用廢棄菌絲體作載體，共固定化白腐菌和細(xì)菌，利用菌群的酶系在供氧的情況下耦合催化降解廢水中的雜環(huán)化合物和苯酚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于廢棄菌絲體采用廢棄的根霉、曲霉或木霉的菌絲體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于被固定化的白腐菌是黃孢原毛平革菌、雜色云芝、變色栓菌、射脈菌、鳳尾菇、朱紅密孔菌中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于被固定化的細(xì)菌采用假單胞菌、諾卡氏菌或亞硝化菌。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用來固定化細(xì)胞的包埋試劑為聚乙烯醇、海藻酸鈉或殼聚糖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于催化降解的溫度為15-35℃，作用時(shí)間為20-26小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于供氧方式為通入含氧氣體，該含氧氣體是空氣或純氧氣，其中通入的空氣量為70-100m3空氣/T廢水，通入的純氧氣量為空氣量的21％。
8.用于權(quán)利要求1所述方法處理廢水的裝置，其特征在于該裝置為設(shè)有活動(dòng)篩板的反應(yīng)器和供氧裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于反應(yīng)器中有調(diào)節(jié)活動(dòng)篩板的支架。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于反應(yīng)器中活動(dòng)篩板上放置載體為廢棄菌絲的已共固定化的細(xì)菌和白腐菌。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的裝置，其特征在于反應(yīng)器是塔式反應(yīng)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中供氧裝置是空氣壓縮裝置或氧氣瓶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固定化細(xì)胞處理廢水的方法及其裝置。該方法利用廢棄菌絲體作載體，共固定化白腐菌和細(xì)菌，利用菌群的酶系在供氧的情況下耦合催化降解廢水中的雜環(huán)化合物和苯酚。該裝置為設(shè)有活動(dòng)篩板的反應(yīng)器和供氧裝置。該方法成本低、效果好、不產(chǎn)生二次污染，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效果好，成本低。
文檔編號(hào)C02F3/34GK1699220SQ20051004014
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月23日
發(fā)明者范偉平, 歐陽(yáng)平凱, 吳晟旻, 沈珈琦 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)