CN106552593A - 菌丝球生物吸附及再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种丝球生物吸附及再生方法，包括菌丝球的制备、生物吸附以及菌丝球的再生；所述菌丝球的制备：将孢子培养成菌丝球；所述生物吸附：采用菌丝球对阴离子偶氮染料废水进行生物吸附；所述菌丝球的再生：将吸附了染料的菌丝球在碱性脱附液中进行脱附，将溶解有染料的碱性脱附液回收，将脱附后的再生的菌丝球继续用于生物吸附步骤。本发明菌丝球生物吸附及再生方法利用菌丝球具有耐极端环境(如高盐、低pH)、吸附性能强、易于沉降和具有一定的机械强度的优点，在开放非灭菌条件下进行生物吸附和再生，以生物吸附技术为核心，连续运行反应器。

Description

菌丝球生物吸附及再生方法
技术领域
本发明涉及一种菌丝球生物吸附及再生方法。
背景技术
偶氮染料废水是我国排放量很大的一类难降解工业废水，由于废水水质复杂，常规的活性污泥法很难有效的处理此类废水，采用物化处理技术如混凝沉淀、高级氧化等，具有药剂投加量大、产生大量的有毒有害污泥、处理成本高等缺点。采用真菌处理染料废水的研究越来越多，真菌去除染料的主要机理可分为三类：生物吸附、生物降解和生物富集。丝状真菌在一定的培养条件下可以形成具有一定机械强度的菌丝球，菌丝球具有很好的吸附性能和分离性能，吸附后的菌丝球可以再生利用，解吸的染料也可回收。与生物降解去除染料相比，生物吸附可以在较为粗放的条件下处理染料废水。因此，在极端条件下利用具有生命活力的菌丝球吸附去除染料具有重要意义。
关于真菌处理染料废水的研究多数在灭菌条件下进行，虽然灭菌条件下取得了较好的处理效果，但是不能反映实际情况下(非灭菌条件)真菌对染料的脱色性能；灭菌条件下处理染料废水也是不切实际的。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种在开放环境下实现阴离子偶氮染料的菌丝球生物吸附及再生方法。
为达到上述目的，本发明菌丝球生物吸附及再生方法，包括菌丝球的制备、生物吸附以及菌丝球的再生；
所述菌丝球的制备：将菌丝球培养成菌丝球；
所述生物吸附：采用菌丝球对阴离子偶氮染料废水进行生物吸附；
所述菌丝球的再生：将吸附了染料的菌丝球在脱附液中进行脱附，将溶解有染料的脱附液回收，将脱附后的将再生的菌丝球继续用于生物吸附步骤。
进一步地，成球培养基的配制：采用如下成分配制成球培养基：按照200g土豆：1L水的比例制备的土豆汁、葡萄糖20g/L、NaCl1.0g/L、(NH4)2SO41.0g/L、KH2PO40.5g/L和CaCl20.05g/L；调节成球培养基为酸性成球培养基；
菌丝球的培养：将孢子悬液接种到成球培养基中，在成球培养基中将孢子培养成菌丝球；
进一步地，所述生物吸附包括废水的调质和曝气吸附；
废水的调质：向废水中加入营养物质和微量元素，所述营养物质的具体成分如下：葡萄糖2.0g/L、(NH4)2SO40.25g/L、KH2PO40.5g/L、微量元素溶液7mL/L；所述微量元素溶液成分如下：MgSO40.1g/L、MnCl20.1g/L、CoCl2·H2O0.1g/L、ZnSO4·7H2O0.1g/L、FeSO4·7H2O0.1g/L、CuSO4·5H2O0.01g/L、AlK(SO4)2·12H2O0.01g/L、H3BO30.01g/L、Na2MoO4·2H2O0.01g/L；
曝气吸附：将菌丝球放入调质后的废水中，对废水进行曝气，控制菌丝球在废水中呈流化态；控制曝气时间为12～24h，在曝气过程中，控制废水处于酸性状态，温度为20～30℃；
进一步地，将吸附有染料的菌丝球放入碱性溶液中，对所述碱性溶液进行曝气使菌丝球均匀分布在碱性溶液中，使菌丝球吸附的染料溶解在碱性溶液中，将溶解有染料的碱性溶液回收储存，
进一步地，所述土豆汁的制备过程如下：将土豆切块，将土豆块按照200g/L的比例与水混合，将水煮沸30分钟，滤出固体，获得土豆汁，向土豆汁内加水，使稀释的土豆汁与初始水量相等。
进一步地，所述菌丝球的再生过程持续时间为10min。
进一步地，孢子在温度为30℃、转速为150r/min的条件下培养3天，收集菌丝球并用蒸馏水洗涤，筛选得到直径为4±0.5mm的菌丝球。
进一步地，曝气吸附结束后，沉降10分钟，将破碎的菌丝球与废水同时排出，将完整的菌丝球用于菌丝球的再生步骤。
进一步地，所述成球培养基的pH值为5.0±0.2；曝气过程中控制废水的pH为3～5。
本发明菌丝球生物吸附及再生方法利用菌丝球具有耐极端环境(如高盐、低pH)、吸附性能强、易于沉降和具有一定的机械强度的优点，在开放非灭菌条件下进行生物吸附和再生，以生物吸附技术为核心，连续运行反应器。
本发明菌丝球生物吸附及再生方法通过空气的作用，实现菌丝球的流化状态和物料的混合，不仅实现了菌丝球的吸附染料过程，也可以实现吸附染料后的菌丝球的解吸；菌丝球利用废水中的营养物质，不断的生长以提供新的吸附位点，少量破碎老化的菌丝会随着废水排走，以实现菌丝球的不断更新。对于10～100mg/L染料废水，本发明对染料的去除率达到70％～90％，并可以实现连续运行，具有持续、稳定和高效的处理特点；再生过程中产生的脱附液中含有高浓度的染料，此部分可以回收利用，具有较大的经济效益。
附图说明
图1是本发明菌丝球生物吸附及再生方法的实施例1的系统流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例1
本实施例的菌丝球生物吸附及再生方法包括菌丝球的制备、生物吸附和菌丝球的再生；
所述菌丝球的制备：包括成球培养基的配置和菌丝球的培养；
成球培养基的配制：采用如下成分配制成球培养基：按照200g土豆：1L水的比例制备的土豆汁、葡萄糖20g/L、NaCl1.0g/L、(NH4)2SO41.0g/L、KH2PO40.5g/L和CaCl20.05g/L；调节成球培养基为酸性成球培养基；
所述土豆汁的制备过程如下：将土豆切块，将土豆块按照200g/L的比例与水混合，将水煮沸30分钟，滤出固体，获得土豆汁，向土豆汁内加水，使稀释的土豆汁与初始水量相等。
菌丝球的培养：将孢子悬液接种到成球培养基中，在成球培养基中将菌丝球孢子培养成菌丝球；菌丝球孢子在温度为30℃、转速为150r/min的条件下培养3天，收集菌丝球并用蒸馏水洗涤，筛选得到直径为4±0.5mm的菌丝球。
所述生物吸附：包括废水的调质和曝气吸附；
废水的调质：向废水中加入营养物质和微量元素，所述营养物质的具体成分如下：葡萄糖2.0g/L、(NH4)2SO40.25g/L、KH2PO40.5g/L、微量元素溶液7mL/L；所述微量元素溶液成分如下：MgSO40.1g/L、MnCl20.1g/L、CoCl2·H2O0.1g/L、ZnSO4·7H2O0.1g/L、FeSO4·7H2O0.1g/L、CuSO4·5H2O0.01g/L、AlK(SO4)2·12H2O0.01g/L、H3BO30.01g/L、Na2MoO4·2H2O0.01g/L；
曝气吸附：将菌丝球放入调质后的废水中，对废水进行曝气，控制菌丝球在废水中呈流化态；控制曝气时间为24h，在曝气过程中，控制废水处于酸性状态，温度为20～30℃；
曝气吸附结束后，沉降10分钟，将破碎的菌丝球与废水同时排出，将完整的菌丝球用于菌丝球的再生步骤。
所述菌丝球的再生：将碱性脱附液加入到反应器中，对所述碱性溶液进行曝气使菌丝球均匀分布在碱性溶液中，使菌丝球吸附的染料解吸到碱性溶液中，将溶解有染料的碱性溶液回收储存，将再生的菌丝球继续用于生物吸附步骤。
本实施例的菌丝球生物吸附及再生方法具体操作过程的如下：反应在鼓泡式反应器中进行，鼓泡式反应器外形是圆柱体，材质为有机玻璃，圆柱高度H与直径D之比为10:1。柱形反应器底部放置曝气盘6、底部侧面设置出水口5，在曝气盘的上部放置隔离孔板10；曝气盘与气体流量计11连接，菌丝球16在空气气泡15的作用下呈流化状态。在反应器的二侧分别设置废水进水口7、再生液进水口2、排水口3，废水水样从废水储存池14通过蠕动泵13自动加样，设置pH仪8、温度传感器9。
运行时，将制备好的菌丝球按照与废水体积适当比例投加到反应器中，开启曝气泵，通过气体流量计调节曝气量，使得菌丝球在废水中呈合适的流化状态。随着生物吸附时间的延长，菌丝球会带上染料本身的颜色，运行一段时间后废水中染料的浓度不在明显下降，此时停止曝气，打开排水口排走废水。
反应器运行时保持废水pH为3～5，温度20～30℃；再生时间约10分钟。
一个生物吸附周期结束后，再生碱液储存池1通过管道2上的蠕动泵加入一定体积的碱溶液，本实施例中的碱溶液采用0.01mol/L NaOH溶液，再次开启曝气泵，调节气量大小，使得菌丝球与碱液充分混合，脱附结束后开启底部排水口，再生液排入到染料回收储存池，含高浓度染料的再生液可回收利用。再次加入废水，按照上述步骤运行反应器。
脱附结束后关闭空气泵、开启底部排水口5，再生液排入到染料回收储存池4，含高浓度染料的再生液可回收利用。脱附后的菌丝球还能够继续进行生物吸附。
以活性黑5染料为例进行具体说明：
本实施例的废水采用初始浓度为100mg/L的活性黑5染料废水。
菌丝球的制备：将菌丝球孢子悬液接种到成球培养基中，在30℃的150r/min的条件下培养3d，收集菌丝球并用蒸馏水洗涤，培养得到的菌丝球直径约为4mm。
反应器的运行：开启空气泵，持续曝气24h，使得废水中的菌丝球呈流化状态，菌丝球与废水中的染料充分接触。当生物吸附反应趋于结束后，停止曝气；打开排水口将处理后的废水排走；关闭排水口，加入适量的碱液，开启空气泵，使得菌丝球与再生液充分混匀并造成流化状态，以利于菌丝球上的染料脱附到再生液中，解吸时间约10分钟；再次打开底部排水口，将再生液排入到染料回收储存池。关闭阀门，再次加入废水。
运行效果：本发明对活性黑5染料的去除率一直稳定在70％以上。
本实施例菌丝球生物吸附及再生方法利用菌丝球具有耐极端环境(如高盐、低pH)、吸附性能强、易于沉降和具有一定的机械强度的优点，在开放非灭菌条件下进行生物吸附和再生，以生物吸附技术为核心，连续运行反应器。
本实施例菌丝球生物吸附及再生方法通过空气的作用，实现菌丝球的流化状态和物料的混合，不仅实现了菌丝球的吸附染料过程，也可以实现吸附染料后的菌丝球的解吸；菌丝球利用废水中的营养物质，不断的生长以提供新的吸附位点，少量破碎老化的菌丝会随着废水排走，以实现菌丝球的不断更新。对于10～100mg/L染料废水，本实施例对染料的去除率达到70％～90％，并可以实现连续运行，具有持续、稳定和高效的处理特点；再生过程中产生的脱附液中含有高浓度的染料，此部分可以回收利用，具有较大的经济效益。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例的菌丝球生物吸附及再生方法中，在生物吸附步骤中的曝气时间持续12小时。
本实施例采用12小时的曝气时间，适用于废水中染料含量较低的情况。
实施例3
本实施例与上述实施例的不同之处在于：本实施例的菌丝球生物吸附及再生方法中，在生物吸附步骤中的曝气时间持续18小时。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种菌丝球生物吸附及再生方法，其特征在于：包括菌丝球的制备、生物吸附以及菌丝球的再生；
所述菌丝球的制备：将孢子培养成菌丝球；
所述生物吸附：采用菌丝球对阴离子偶氮染料废水进行生物吸附；
所述菌丝球的再生：将吸附了染料的菌丝球在碱性脱附液中进行脱附，将溶解有染料的碱性脱附液回收，将脱附后的再生的菌丝球继续用于生物吸附步骤。
2.如权利要求1所述菌丝球生物吸附及再生方法，其特征在于：所述菌种为杂色曲霉。
3.如权利要求1所述菌丝球生物吸附及再生方法，其特征在于：成球培养基的配制：采用如下成分配制成球培养基：按照200g土豆：1L水的比例制备的土豆汁、葡萄糖20g/L、NaCl1.0g/L、(NH4)2SO41.0g/L、KH2PO40.5g/L和CaCl20.05g/L；调节成球培养基为酸性成球培养基；
菌丝球的培养：将菌丝球孢子悬液接种到成球培养基中，在成球培养基中将菌丝球孢子培养成菌丝球。
4.如权利要求1所述菌丝球生物吸附及再生方法，其特征在于：所述生物吸附包括废水的调质和曝气吸附；
废水的调质：向废水中加入营养物质和微量元素，所述营养物质的具体成分如下：葡萄糖2.0g/L、(NH4)2SO40.25g/L、KH2PO40.5g/L、微量元素溶液7mL/L；所述微量元素溶液成分如下：MgSO40.1g/L、MnCl20.1g/L、CoCl2˙H2O0.1g/L、ZnSO4˙7H2O0.1g/L、FeSO4˙7H2O0.1g/L、CuSO4˙5H2O0.01g/L、AlK(SO4)2˙12H2O0.01g/L、H3BO30.01g/L、Na2MoO4˙2H2O0.01g/L；
曝气吸附：将菌丝球放入调质后的废水中，对废水进行曝气，控制菌丝球在废水中呈流化态；控制曝气时间为12～24h，在曝气过程中，控制废水处于酸性状态，温度为20～30℃。
5.如权利要求1所述菌丝球生物吸附及再生方法，其特征在于：将吸附有染料的菌丝球放入碱性溶液中，对所述碱性溶液进行曝气使菌丝球均匀分布在碱性溶液中，使菌丝球吸附的染料溶解在碱性溶液中，将溶解有染料的碱性溶液回收储存。
6.如权利要求1所述菌丝球生物吸附及再生方法，其特征在于：所述土豆汁的制备过程如下：将土豆切块，将土豆块按照200g/L的比例与水混合，将水煮沸30分钟，滤出固体，获得土豆汁，向土豆汁内加水，使稀释的土豆汁与初始水量相等。
7.如权利要求1所述菌丝球生物吸附及再生方法，其特征在于：所述菌丝球的再生过程持续时间为10min。
8.如权利要求1所述菌丝球生物吸附及再生方法，其特征在于：菌丝球孢子在温度为30℃、转速为150r/min的条件下培养3天，收集菌丝球并用蒸馏水洗涤，筛选得到直径为4±0.5mm的菌丝球。
9.如权利要求1所述菌丝球生物吸附及再生方法，其特征在于：曝气吸附结束后，沉降10分钟，将破碎的菌丝球与废水同时排出，将完整的菌丝球用于菌丝球的再生步骤。
10.如权利要求1所述菌丝球生物吸附及再生方法，其特征在于：所述成球培养基的pH值为5.0±0.2；曝气过程中控制废水的pH为3～5。
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