CN110217937A

CN110217937A - 一种提高光合生物量的处理方法

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Publication number: CN110217937A
Application number: CN201810172678.6A
Authority: CN
Inventors: 卢海凤; 何仕超; 徐虹; 蒋伟忠; 李保明; 张源辉
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2019-09-10

Abstract

本发明提供一种提高光合生物量的处理方法，包括以下操作：1)将大豆加工废水加入光合细菌反应器中，接种处于对数生长期的光合细菌，2)驱动接种了光合细菌的废水循环流动，经过磁场装置后再回流至所述光合细菌反应器，达到光合细菌的生长平台期，收获光合细菌，用于高价值附加物的制取。本发明还提供所述处理方法使用的设备。本发明提出的方法，选择使用外源磁场，使反应器中的光合细菌及废水循环经过磁场，从而达到比用磁处理水培养光合细菌处理污水更好的效果。

Description

一种提高光合生物量的处理方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种利用磁场的废水处理方法。

背景技术

豆制品中含有丰富的蛋白质，是人们生活中不可缺少的蛋白质食品之一。近年来我国豆制品市场不断扩大，豆制品产量迅速增长，年消耗大豆300多万吨。与此同时，大豆加工废水体量也逐渐增加。大豆加工废水主要来自于豆制品加工过程产生的冲洗水、泡豆水以及压榨出的黄浆水。其中浓度较高的废水来源于泡豆水和黄浆水。特别是黄浆水，有机污染物含量高，极易腐烂变质，且pH较低，如果不能有效处理，将对环境产生极大的危害。

光合细菌是可以进行不产氧光合作用的细菌，能够有效处理高有机负荷的污水，同时合成自身的生物量。光合细菌中含有多种维生素、辅酶、蛋白质、色素等高价值附加物，具有很高的利用价值。光合细菌用于污水处理高浓度有机废水具有很大优势，一方面可以有效处理高浓度有机废水，有效去除氮、磷元素，且耐盐能力强；另一方面大豆加工废水中无毒害物质，可以在污水处理的同时生产光合细菌生物量，进行回收利用。

磁场生物效应是生物磁学的重要组成部分,国内外已有不少研究证明磁场对微生物和酶活性有影响。磁场作用于微生物可引起系列生物学反应，产生宏观微生物磁效应，还会影响蛋白质大分子、酶和 DNA的特性而改变细胞器结构及生物膜的通透性，从而影响生物体系统的新陈代谢。磁场对微生物生长的影响较为复杂，磁场类型、磁场强度、因素选择不同等均可能导致不同结果或结论。随着磁技术及磁生物效应在环境保护和生物工程等领域的应用,磁场对微生物及其酶影响的研究也越来越受到重视。

有研究表明磁处理水配制的培养基对细菌生长有促进作用，磁场对细菌增长、污水处理效果都有改善作用，但磁处理在工业化处理废水的应用方法尚需进一步探讨。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的是提出一种提高光合生物量的处理方法。

本发明的另一目的是提出用于所述处理方法的设备。

本发明上述的目的通过以下技术方案来实现：

一种提高光合生物量的处理方法，包括以下操作：

1)将大豆加工废水加入光合细菌反应器中接种处于对数生长期的光合细菌，

2)驱动接种了光合细菌的废水循环流动，经过磁场装置后再回流至所述光合细菌反应器，达到光合细菌的生长平台期，收获光合细菌，用于高价值附加物的制取。

其中，所述大豆加工废水的COD浓度为12000～15000mg/L，TN 浓度为1000～2000mg/L，TP浓度30～40mg/L，在加入所述光合细菌反应器前先过滤去除悬浮颗粒，并调节pH值为6.0～7.8。

调节pH值的药剂可以为氢氧化钠、盐酸、硫酸、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。

进一步地，所述光合细菌为沼泽红假单胞菌Rhodopseudomonas palustris、类球红细菌Rhodobacter sphaeroides、荚膜红细菌 Rhodobacter capsulatus的质量比1:(1～2):(1～3)的混合菌，接种量为800-1800mg/L干重。

所述菌种均购自中国普通微生物保藏管理中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所)，其中沼泽红假单胞菌保藏编号为No.1.8928，类球红细菌保藏编号为No.1.5028，荚膜红细菌保藏编号为No.1.3366。

优选地，所述磁场装置的磁场强度为0.6～1.0T，磁场方向和废水流动方向垂直。

持续运行该系统，形成序批式污水处理和光合细菌培养系统。废水循环流动的水力停留时间HRT为24～48h，

更优选地，废水的循环流速在15～25mL/min之间。废水的水力停留时间优选为38～42h。流速过快泵对光合细菌菌体会造成损伤，过慢则会有菌体滞留在磁场装置中，不能回流至反应器。

一种用于所述处理方法的设备，包括磁场装置和光合细菌反应器，所述光合细菌反应器的进水口和回水口连接有废水管道，构成废水循环回路，在所述废水管道上设置有磁场装置。

进一步地，所述磁场装置包括相对的两层磁铁，两层磁铁之间留有高0.5～2cm的间隙，间隙的两端分别为进水口和出水口；连位于进水口和出水口之间的废水管道包括多根支管。

其中，废水管道从进水口分流，通过分流管连接于平行的多根支管，相邻支管的间距为2～4cm；所述多根支管经过汇流管连接至出水口。

其中，两层磁铁均是由长方体形状的磁铁组成，各层磁铁的厚度为1～3cm，充磁方向为厚度充磁。

本发明的有益效果：

本发明提出的处理方法，选择使用高强永久磁铁作为外源磁场，使反应器中的光合细菌及废水循环经过磁场，从而达到比用磁处理水培养光合细菌处理污水更好的效果。

本发明的处理方法，通过高强永久磁铁的使用，缩短了光合细菌膜生物反应器的水力停留时间，从而提高废水处理效率。

本发明试验结果表明，高强永久磁铁可以影响光合细菌的新陈代谢，进而提高光合细菌的生物量产量。

附图说明

图1为本发明用于磁场处理的设备结构示意图。

图2为磁场装置的仰视图。

图3为磁场装置的侧视图。

图中，1光合细菌反应器，2废水出口，3废水回水口，4出水阀门， 5蠕动泵，6压力表，7玻璃转子流量计，8磁场装置，801出水口，802 汇流管，803支管，804分流管，805进水口。

图4为实施例1的生物量生长曲线图。

图5为实施例1的COD浓度变化曲线图。

图6为实施例1的TN浓度变化曲线图。

图7为实施例1的TP浓度变化曲线图。

图8为实施例2的COD浓度变化曲线图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

试验中采用的大豆加工废水的COD浓度为12000～15000mg/L，TN 浓度为1000～2000mg/L，TP浓度30～40mg/L，SS浓度200～300mg/L。

实施例1

本实施例中，所处理的大豆加工废水为黄浆水，其中COD浓度为12000mg/L，TN浓度为1300mg/L，TP浓度36.2mg/L。提高光合生物量和废水处理效果的处理方法采用如图1的设备，包括磁场装置 8和光合细菌反应器1，所述光合细菌反应器1的废水出口2和废水回水口3连接有废水管道，构成废水循环回路，在所述废水管道上设置有磁场装置8、蠕动泵5、压力表6。废水出口2连接的管段上设置出水阀门4。所述光合细菌膜生物反应器为瓶形透光玻璃容器，直径15cm。顶部回水口和出口的直径为2cm。

参见图2和图3，所述高强磁场单元由8块高强磁铁组成，磁铁长 20cm，宽5cm，厚2cm，充磁方向为厚度充磁。磁场装置为长方体，长20cm，宽22cm，厚7cm。该装置共分为上下两层，每层各有4块磁铁，每层的4块磁铁之间没有间隙，上下两层磁铁中间留有1cm的间隙，磁铁装置用有机玻璃材料固定。间隙在磁场装置的宽度方向的两端，在中间位置分别设置进水口805和出水口801。磁场装置内部间隙层设置6条沿长度方向平行的支管803。废水由进水口进入磁铁装置之后沿宽度方向的分流管804分别进入6条支管，在出水口之前设置宽度方向的汇流管802，使6条支管中的废水汇集进入出水口。

综合处理步骤：

一、测试大豆加工废水的COD、TN、TP浓度，并调节COD浓度为12000mg/L，TN浓度为1300mg/L，TP浓度36.2mg/L，在加入光合细菌反应器前先过滤去除悬浮颗粒，调节pH至6.9；

二、取调好的大豆加工废水1.6L加入光合细菌反应器中，并添加已经达到平台期的光合细菌混合液0.4L，最终光合细菌浓度为 1000mg/L干重，总液体量为反应器主体的三分之二体积；

三、选择磁场强度为0.6T的高强磁场装置，串联至光合细菌反应器循环管路中；

四、打开蠕动泵，使光合细菌反应器中的废水流经磁场装置后，以20mL/min的流速循环，回流至光合细菌反应器，持续培养光合细菌72小时。

图4比较了生物量的生长情况，本实施例光合细菌到达平台期的时间为24h，比对照组早36h，且实验组、对照组最大生物量分别为 6125mg/L、4725mg/L，实验组生物量比对照组高31.6％。

参见图5、图6、图7，污水处理效果也有提升，实验组COD、TN、TP去除率分别为98.8％、96.2％、77.1％，对照组COD、TN、TP去除率分别为65.6％、65.9％、45.4％，实验组处理效果优于对照组，达到最佳去除效率的处理时间短于对照组。说明该发明提出的方法可以有效提高光合细菌生物量产量，并优化污水处理效果。

对比例

本对比例设置对照组试验，采用的设备中没有磁场装置，其余结构及处理步骤与实施例1相同。处理结果见图4至图7。

实施例2

本实例中，所处理的大豆加工废水中COD浓度为13800mg/L。进行提高光合生物量和废水处理效果的磁场处理，采用如图1设备，包括：光合细菌反应器单元、高强磁场单元。

采用和实施例1相同的设备，综合处理步骤：

一、测试大豆加工废水的COD浓度为13800mg/L，调节pH至 6.9；

三、选择磁场强度为0.8T的高强磁场装置，串联至光合细菌反应器循环管路中；

四、打开蠕动泵，使光合细菌反应器中的废水流经磁场装置后，回流至光合细菌反应器，设置光合细菌膜生物反应器水力停留时间 HRT分别为12h、40h、96h。

参见图8，在本发明的处理方法中，不同水力停留时间下，光合细菌污水处理的效果不同。在水力停留时间为12h、40h、96h操作条件下，COD去除速率分别为89.9％、98.9％、93.7％，即水力停留时间为40h时最优，该操作条件下50小时即可有效去除废水中的大部分COD，最终COD浓度为48.9mg/L，使废水中的COD含量达到排放标准。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种提高光合生物量的处理方法，其特征在于，包括以下操作：

1)将大豆加工废水加入光合细菌反应器中，接种处于对数生长期的光合细菌，

2.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，所述大豆加工废水的COD浓度为12000～15000mg/L，TN浓度为1000～2000mg/L，TP浓度30～40mg/L，在加入所述光合细菌反应器前先过滤去除悬浮颗粒，并调节pH值为6.0～7.8。

3.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，所述光合细菌为沼泽红假单胞菌Rhodopseudomonas palustris、类球红细菌Rhodobacter sphaeroides、荚膜红细菌Rhodobacter capsulatus的质量比1:(1～2):(1～3)的混合菌，接种量为800-1800mg/L干重。

4.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，所述磁场装置的磁场强度为0.6～1.0T，磁场方向和废水流动方向垂直。

5.根据权利要求1所述处理方法，其特征在于，步骤2)中废水循环流动的水力停留时间HRT为24～48h。

6.根据权利要求5所述处理方法，其特征在于，步骤2)中废水循环流速在15～25mL/min之间，水力停留时间HRT为38～42h。

7.一种用于权利要求1～6任一项所述处理方法的设备，其特征在于，包括磁场装置和光合细菌反应器，所述光合细菌反应器的进水口和回水口连接有废水管道，构成废水循环回路，在所述废水管道上设置有磁场装置。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述磁场装置包括相对的两层磁铁，两层磁铁之间留有高0.5～2cm的间隙，间隙的两端分别为进水口和出水口，进水口位于出水口下方；连位于进水口和出水口之间的废水管道包括多根支管。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，废水管道从进水口分流，通过分流管连接于平行的多根支管，相邻支管的间距为2～4cm；所述多根支管经过汇流管连接至出水口。

10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，上层磁铁和下层磁铁均是由长方体形状的磁铁组成，各层磁铁的厚度为1～3cm，充磁方向为厚度充磁。