一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應(yīng)器，屬于微生物固化床反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點(diǎn)為：一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應(yīng)器，以黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球作為反應(yīng)器的填充介質(zhì)，該黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球由大量黃孢原毛平革菌厚垣孢子組成。本發(fā)明以黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球?yàn)樘畛浣橘|(zhì)，具有運(yùn)行穩(wěn)定和處理效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于微生物固化床反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于處理高濃度苯酚廢 水的微生物固化床反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 苯酚是一類重要的工業(yè)有機(jī)化合物，其可以通過(guò)皮膚及黏膜的接觸而吸入或經(jīng)口 腔浸入生物體內(nèi)，與細(xì)胞原漿中的蛋白質(zhì)接觸形成不溶性蛋白而使細(xì)胞失去活性。長(zhǎng)期飲 用被苯酚污染的水源，會(huì)出現(xiàn)慢性中毒，產(chǎn)生頭痛、疲勞、失眠和白血球下降等癥狀。大量的 苯酚排入水環(huán)境后，會(huì)造成好氧微生物大量繁殖，并大量消耗水中的溶解氧，導(dǎo)致魚(yú)類等水 生生物因缺氧而死亡。當(dāng)水中溶解的氧耗盡后，這類污染物則在水中厭氧性微生物作用下 繼續(xù)轉(zhuǎn)化，先發(fā)酵成脂肪酸等中間產(chǎn)物，繼而進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為甲烷、水和二氧化碳等穩(wěn)定性物 質(zhì)，同時(shí)放出硫化氫、硫醇、糞臭素和氨等具惡臭的氣體，使水變黑、發(fā)臭，導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量 進(jìn)一步惡化。由于苯酚廣泛應(yīng)用于肥料、油漆、橡膠、藥品和香水等產(chǎn)品的生產(chǎn)，并在石油、 玩具、造紙、肥皂制造過(guò)程中也頻繁使用，因此其存在于很多工業(yè)廢水中，目前，在世界范圍 內(nèi)苯酚都被列入優(yōu)先處理的污染物。
[0003] 苯酚廢水通常使用活性污泥法來(lái)處理，但是傳統(tǒng)的活性污泥法存在著占地面積 大，污泥處理成本高等缺點(diǎn)，同時(shí)高濃度寡營(yíng)養(yǎng)的苯酚廢水對(duì)污泥中的微生物有抑制作用， 使得處理效率低、出水不達(dá)標(biāo)(王旭，杜啟云，王韜，等.活性污泥法處理高濃度苯酚廢水 的研究.天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007(6):32-35)。近來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者使用固定化細(xì)胞(酶)來(lái)處 理高濃度苯酚廢水(段青，王曉光，欒興社.固定化微生物細(xì)胞降解苯酚的研究進(jìn)展.山 東科學(xué)，2007，20(2):45_49;Chandrakant K, Aravind M, Manjunath N, et al. Phenol degradation by immobilized cells of Arthrobacter citreus. Biodegradation, 2006，17(1) :47-55h固定化處理方法有著耐受濃度高、降解效率高和 處理能力強(qiáng)的特點(diǎn)，然而固定化也存在著技術(shù)復(fù)雜，使用過(guò)程中活性下降，無(wú)法長(zhǎng)期使用的 缺點(diǎn)。此外，固定化技術(shù)本身的成本也較高。
[0004] 黃孢原毛平革菌是一種白腐真菌，能產(chǎn)生胞外 過(guò)氧化物酶系，該酶系由木素過(guò)氧化物酶和錳過(guò)氧化物酶兩類同功酶組成，由于該酶系獨(dú) 特的降解機(jī)理，其不但能夠降解多環(huán)芳烴、氯代芳烴、染料、炸藥和農(nóng)藥等有機(jī)污染物，而且 對(duì)人工合成的有機(jī)污染物也有很強(qiáng)的降解能力（Cameron MD，Timofeevski S，Aust SD. Enzymology of Phanerochaete chrysosporium with respect to the degradation of recalcitrant compounds and xenobiotics. Applied Microbiology Biotechnology, 2000，54(6): 751-758) 在特定的培養(yǎng)條件下會(huì)產(chǎn)生厚垣孢子菌絲球 (chlamydospore mycelium pellet)，其與一般菌絲球的不同在于其由大量細(xì)胞壁厚、壽命 長(zhǎng)、能抗御不良外界環(huán)境的厚垣孢子組成（Chung E，Oh J，Hwang S，et al. Enhanced production of manganese peroxidase from immobilized Phanerochaete chrysosporium due to the increased autolysis of chlamydospore-1 ike cells. Biotechnology Letters, 2005，27(7):477-481)。厚垣抱子菌絲球?qū)儆诤裨ё拥淖晕?固定化，而厚垣孢子本身又類似于固定化的酶，這是由于細(xì)胞壁的增厚，導(dǎo)致 cAiysosporiu?產(chǎn)生的許多胞外酶包括木質(zhì)素過(guò)氧化物酶、猛過(guò)氧化物酶都被包裹在孢子 細(xì)胞內(nèi)。所以利用厚垣孢子菌絲球處理工業(yè)廢水，省去了固定化酶與固定化細(xì)胞的過(guò)程。同 時(shí)由于八cAiTsosporiω?能降解各種不同的化學(xué)物，具有廣譜的底物范圍，所以在實(shí)際處 理廢水中具有很大的應(yīng)用潛力。
[0005] 目前通常使用的固定化反應(yīng)器包括固定填充床、流化床和攪拌槽式反應(yīng)器等。其 中固化床反應(yīng)器因其處理廢水的高效、簡(jiǎn)單、實(shí)用等特點(diǎn)而具有顯著的優(yōu)勢(shì)。在固化床中， 液體、載體和氣泡在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，從而提供了巨大的載體表面積，有利于微生物與廢 水的充分接觸，具有良好的傳質(zhì)效果。因此固定化微生物反應(yīng)器具有密度高、反應(yīng)快、抗污 染能力強(qiáng)、可連續(xù)使用、產(chǎn)物分離方便等特點(diǎn)。目前已有利用固定化細(xì)胞反應(yīng)器處理苯酚的 石開(kāi)究（Prieto MB, Aurelio Η, Serra JL, et al . Degradation of phenol by Rhodococcus erythropolis UPV-1 immobilized on Biolite in a packed-bed reactor. Journal of Biotechnology, 2002，97(1):1_11)，但是，利用P. cAiysoSjPori?厚垣孢子菌絲球作為固化床填充物用于苯酸廢水處理的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床 反應(yīng)器，該微生物固化床反應(yīng)器以黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球作為填充介質(zhì)，不僅能 夠高效處理苯酚廢水，而且處理成本相對(duì)低廉。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，一種用于處理高濃度苯酚廢水的 微生物固化床反應(yīng)器，其特征在于：以黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球作為反應(yīng)器的填充 介質(zhì)，該黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球由大量黃孢原毛平革菌厚垣孢子組成。
[0008] 所述的黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的具體制備過(guò)程為:將活化后的黃孢原毛 平革菌轉(zhuǎn)接到PDA培養(yǎng)基上，于37°C培養(yǎng)一周，然后取菌體在無(wú)菌水中配制成菌旋液，再將 菌旋液接種至液體培養(yǎng)基中，在30°C和130rpm的條件下置于搖床中振蕩培養(yǎng)7天獲得黃孢 原毛平革菌厚垣孢子菌絲球，黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球經(jīng)收集后，蒸餾水洗滌，抽濾 除去水分后備用，所述的PDA培養(yǎng)基為土豆煮汁1000mL、葡萄糖20g和瓊脂20g，所述的液體 培養(yǎng)基中各組分的濃度分別為葡萄糖10 . 〇g/L、酒石酸銨2.0g/L、苯甲醇0.5mL/L、KH2P〇4 2.0g/L、MgS〇4.7H 20 0.5g/L、吐溫80 0.5mL/L、維生素 B1 0.001g/L、微量元素溶液70mL/L， 調(diào)pH至4.5,使用前采用12?Γ、20π?η條件進(jìn)行滅菌，其中微量元素溶液中各組分的質(zhì)量濃 度分別為：氨基乙酸0.5 8/1、]\^304.7!120 3.(^/1、他(：11.(^/1、卩6304.7!120 0.18/1、 C〇C12.H2〇 0.1g/L、CaCl2.2H20 0.1g/L、ZnS04.7H20 0.1g/L、CuS〇4.5H20 0.01g/L、KAl (S〇4)2 · I2H2O 0.01g/L、HB03 0.01g/L、Na2Mo〇4 · 2H20 0.01g/L和MnS〇4 · H2O 0.1g/L。
[0009] 所述的反應(yīng)器為柱狀反應(yīng)器，其高度為100cm，直徑為20cm，反應(yīng)器中填充黃孢原 毛平革菌厚垣孢子菌絲球的質(zhì)量為20-50g，通過(guò)恒流栗栗入苯酚廢水的質(zhì)量濃度低于2g/ L，降解效率達(dá)到73.14%-100%。
[0010] 進(jìn)一步優(yōu)選，所述的反應(yīng)器中填充黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的質(zhì)量為40g， 通過(guò)恒流栗栗入苯酚廢水的質(zhì)量濃度低于lg/L，降解效率達(dá)到95%以上。
[0011] 本發(fā)明所述的黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球?yàn)楹裨咦拥募?，厚垣孢子菌絲 球本身是一種細(xì)胞的自固定化形式，同時(shí)厚垣孢子類似一種自固定化的酶，由于細(xì)胞壁的 增厚，其產(chǎn)生的許多胞外酶包括木質(zhì)素過(guò)氧化物酶、錳過(guò)氧化物酶都被包裹在孢子細(xì)胞內(nèi)， 這使得厚垣孢子菌絲球不但能夠耐受高濃度且沒(méi)有其他營(yíng)養(yǎng)的苯酚廢水，而且具有較好的 降解能力。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)該將此理解為本 發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā) 明的范圍。
[0013] 實(shí)施例1 1、黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的制備 將活化后的八cAiysoSjPori?轉(zhuǎn)接到PDA培養(yǎng)基上，于37°C培養(yǎng)一周，然后取少量菌體 在無(wú)菌水內(nèi)配置成2X107 cfu/mL的菌懸液，在無(wú)菌操作條件下，將lmL菌懸液接種至裝有 200mL液體培養(yǎng)基的500mL三角瓶中，在30°C和130rpm的條件下，搖床振蕩培養(yǎng)7天獲得 P. cAiysosporiu?厚垣孢子菌絲球，厚垣孢子菌絲球經(jīng)收集后，蒸餾水洗滌、抽濾除去水分 后備用。
[0014] 液體培養(yǎng)基成分:葡萄糖10.0g/L、酒石酸銨2.0g/L、苯甲醇0.5mL/L、KH2P〇4 2.0g/ L、MgS〇4.7H20 0.5g/L、吐溫80 0.5mL/L、維生素 B1 0.001g/L和微量元素溶液70mL/L，調(diào)pH 至4.5，使用前采用121<€、2〇111；[11條件進(jìn)行滅菌。
[0015] 微量元素溶液：氨基乙酸0.5g/L、MgS〇4 · 7H20 3.0g/L、NaCl 1.0g/L、FeS〇4 · 7H20 0.1g/L、CoCl2.H2〇 0.1g/L、CaCl2.2H20 0.1g/L、ZnS04.7H20 0.1g/L、CuS〇4.5H20 0.01g/L、KAl(S〇4)2 · 12H20 0.01g/L、HB03 0.01g/L、Na2Mo〇4 · 2H20 0.01g/L和MnS〇4 · H20 0.lg/L〇
[0016] 2、反應(yīng)器操作 在高100cm、直徑為20cm的柱狀反應(yīng)器中填充20-50g厚垣孢子菌絲球，分別配置苯酚濃 度為1. 〇g/L的模擬廢水，反應(yīng)器采用順流式上部進(jìn)水，底部出水的方式，于下方取樣，進(jìn)行 連續(xù)進(jìn)水實(shí)驗(yàn)，水流流速為3mL/min，之后兩小時(shí)間隔取樣，測(cè)定苯酚濃度，并計(jì)算反應(yīng)器穩(wěn) 定運(yùn)行時(shí)苯酚降解率。
[0017] 3、苯酚的測(cè)定方法 苯酸的測(cè)定采用4-氨基安替比林法來(lái)測(cè)定(Fiamegos Y, Stalikas C, Pilidis G. 4-Aminoantipyrine spectrophotometric method of phenol analysis : Study of the reaction products via liquid chromatography with diode-array and mass spectrometric detection. Analytica Chimica Acta, 2002，467(1-2): 105_114)〇原理 是苯酚與4-氨基安替比林和鐵氰化鉀反應(yīng)生成黃色染料，在pH=8.0時(shí)，在510nm處有最大光 吸收。
[0018] 4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)反應(yīng)器中填充40g厚垣孢子菌絲球時(shí)，廢水中苯酚能夠被有效的去除，降 解率可穩(wěn)定在95%以上。不同的填充量對(duì)苯酚的降解率影響(表1)如下： 表1不同的菌絲球填充量對(duì)于苯酚的降解率影響
實(shí)施例2 1、黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的制備 將活化后的八cAiysospori?轉(zhuǎn)接到PDA培養(yǎng)基上，于37°C培養(yǎng)一周，然后取少量菌體 在無(wú)菌水內(nèi)配置成2 X 107cfu/mL的菌懸液，在無(wú)菌操作條件下，將lmL菌懸液接種至裝有 200mL液體培養(yǎng)基的500mL三角瓶中，在30°C和130rpm的條件下，搖床振蕩培養(yǎng)7天獲得 P. cAiysosporiu?厚垣孢子菌絲球，厚垣孢子菌絲球經(jīng)收集后，蒸餾水洗滌、抽濾除去水分 后備用。
[0019] 液體培養(yǎng)基成分：葡萄糖10 . Og/L、酒石酸銨2 . Og/L、苯甲醇0.5mL/L、KH2P〇4 2.0g/L、MgS〇4.7H20 0.5g/L、吐溫80 0.5mL/L、維生素 B1 0.001g/L、微量元素溶液70mL/L， 調(diào)口11至4.5，使用前采用121<€、2〇111；[11條件進(jìn)行滅菌。
[0020] 微量元素溶液：氨基乙酸 0.5g/L、MgS〇4 · 7H20 3.0g/L、NaCl 1.0g/L、FeS〇4 · 7H20 0.1g/L、CoCl2 · H2O 0.1g/L、CaCl2 · 2H20 0.1g/L、ZnS04 · 7H20 0.1g/L、CuS〇4 · 5H20 0.01g/L、KAl(S〇4)2 · 12H2〇 0.01g/L、HB03 0.01g/L、Na2Mo〇4 · 2H20 0.01g/L和MnS〇4 · H2O 0.lg/L〇
[0021] 2、反應(yīng)器操作 在高100cm、直徑為20cm的柱式反應(yīng)器中填充40g厚垣孢子菌絲球，分別配置苯酚濃度 為0 . Ig/L、0.5g/L、lg/L、1.5g/L、2g/L的模擬廢水。反應(yīng)器采用順流式上部進(jìn)水，底部出水 的方式，于下方取樣，進(jìn)行連續(xù)進(jìn)水實(shí)驗(yàn)，水流流速為3mL/min，每2h間隔取樣，測(cè)定苯酚濃 度，計(jì)算反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)苯酚的降解率。
[0022] 3、苯酚的測(cè)定方法 苯酸的測(cè)定采用4-氨基安替比林法來(lái)測(cè)定(Fiamegos Y, Stalikas C, Pilidis G. 4-Aminoantipyrine spectrophotometric method of phenol analysis : Study of the reaction products via liquid chromatography with diode-array and mass spectrometric detection[J]. Analytica Chimica Acta, 2002， 467(1-2):105_114)〇 原理是苯酚與4-氨基安替比林和鐵氰化鉀反應(yīng)生成黃色染料，在pH=8.0時(shí)，在510nm處有最 大光吸收。
[0023] 4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示(表2)，反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中，在苯酚濃度小于1.5g/L時(shí)，廢水中苯酚能夠 被反應(yīng)器有效的降解，降解效率在87%以上，當(dāng)苯酚濃度為2.0g/L時(shí)，降解率略有下降。不同 初始濃度對(duì)苯酚降解效率的影響如下表。
[0024]表2不同苯酚初始濃度對(duì)降解率的影響

針對(duì)苯酚廢水處理過(guò)程中存在的問(wèn)題，本專利發(fā)明了一種能夠連續(xù)處理高濃度苯酚廢 水的固化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器以厚垣孢子菌絲球?yàn)樘畛浣橘|(zhì)，具有運(yùn)行穩(wěn)定，處理效率高等 優(yōu)點(diǎn)，此外，與其它固定化細(xì)胞(酶)反應(yīng)器相比，因不需要專門的細(xì)胞或酶固定化操作，因 此廢水處理成本大大降低。黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球相較于一般的固定化細(xì)胞(酶） 有著制備簡(jiǎn)單、成本低和易儲(chǔ)藏等優(yōu)點(diǎn)。
[0025]以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該 了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原 理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入 本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應(yīng)器，其特征在于：以黃孢原毛平 革菌厚垣孢子菌絲球作為反應(yīng)器的填充介質(zhì)，該黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球由大量黃 孢原毛平革菌厚垣孢子組成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應(yīng)器，其特征在 于:所述的反應(yīng)器為柱狀反應(yīng)器，其高度為l〇〇cm，直徑為20cm，反應(yīng)器中填充黃孢原毛平革 菌厚垣孢子菌絲球的質(zhì)量為20-50g，通過(guò)恒流栗栗入苯酚廢水的質(zhì)量濃度低于2g/L，降解 效率達(dá)到73.14%-100%。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應(yīng)器，其特征在 于:所述的反應(yīng)器中填充黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的質(zhì)量為40g，通過(guò)恒流栗栗入苯 酚廢水的質(zhì)量濃度低于lg/L，降解效率達(dá)到95%以上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反 應(yīng)器，其特征在于所述的黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的具體制備過(guò)程為:將活化后的 黃孢原毛平革菌轉(zhuǎn)接到PDA培養(yǎng)基上，于37°C培養(yǎng)一周，然后取菌體在無(wú)菌水中配制成菌旋 液，再將菌旋液接種至液體培養(yǎng)基中，在30°C和130rpm的條件下置于搖床中振蕩培養(yǎng)7天獲 得黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球，該黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球經(jīng)收集后，蒸餾水 洗滌，抽濾除去水分后備用，所述的PDA培養(yǎng)基組分為土豆煮汁lOOOmL、葡萄糖20g和瓊脂 20g，所述的液體培養(yǎng)基中各組分的濃度分別為葡萄糖10.0g/L、酒石酸銨2.0g/L、苯甲醇 0.5mL/L、KH2P〇4 2.0g/L、MgS〇4.7H20 0.5g/L、吐溫80 0.5mL/L、維生素 BI 0.001g/L、微量 元素溶液70mL/L，調(diào)pH至4.5，使用前采用121°(：、2〇1^11條件進(jìn)行滅菌，其中微量元素溶液中 各組分的質(zhì)量濃度分別為：氨基乙酸〇.5g/L、MgS〇4· 7H20 3.0g/L、NaCl 1.0g/L、FeS〇4· 7H20 0.1g/L、CoCl2 · H2O 0.1g/L、CaCl2 · 2H20 0.1g/L、ZnS04 · 7H20 0.1g/L、CuS〇4 · 5H20 0.01g/L、KAl(S〇4)2 · 12H20 0.01g/L、HB03 0.01g/L、Na2Mo〇4 · 2H20 0.01g/L和MnS〇4 · H2O 0.lg/L〇
【文檔編號(hào)】C12N1/14GK105884039SQ201610306550
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】王海磊, 秦雨, 李祎, 李平
【申請(qǐng)人】河南師范大學(xué)