CN111495211B - 一种基于含糖废水制备高强度菌丝交联水处理复合膜的方法 - Google Patents

一种基于含糖废水制备高强度菌丝交联水处理复合膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含糖废水制备高强度菌丝交联水处理复合膜的方法，包括如下步骤：步骤1：对高浓度含糖废水灭菌后，接种真菌活菌菌种，303‑313K温度下培养，获得菌丝球，捞出洗净使用戊二醛或煮沸灭活，破碎后得到菌丝纤维S1；步骤2：对菌丝纤维S1溶解于水，分散后得到质量浓度5‑20％的悬浮水溶液，在搅拌的情况下同时连续缓慢加入细纤维骨料悬浮水溶液与交联剂水溶液，并继续反应不超过5h，至自交联反应完成，得到悬浮溶液S2；步骤3：对悬浮溶液S2加入特定溶液搅拌反应不超过5h后，抽滤制膜、洗涤烘干，得到高强度菌丝交联水处理复合膜。

Description

一种基于含糖废水制备高强度菌丝交联水处理复合膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种含糖废水制备高强度菌丝交联水处理复合膜的方法。
背景技术：
农林、食品深加工行业产生了大量的高浓度含糖废水，该类废水有机物含量高、可生化性强是水体富营养化、黑臭水体形成的主要成因。目前高浓度含糖废水的处理多采用AAO、MBR、活性污泥、氧化沟等大宗处理工艺，通过污泥或其他载体表面形成的生物膜降解水体中的有机物，通过厌氧好氧等工艺处理后达标排放。传统的工艺具有低成本的特点，另一方面也产生了大量的污泥需要进一步处理与处置，未利用水体中的糖类资源同时处理过程中也产生一定污泥造成的二次污染。
高浓度含糖废水也是一种废物，显然若能够低成本的实现含糖废水的资源化，而且能够得到水处理产品将及其有利于废水的处理。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于含糖废水制备高强度菌丝交联水处理复合膜的方法，制备方法如下：
步骤1：对高浓度含糖废水灭菌后，接种真菌活菌菌种，303-313K温度下培养，获得菌丝球，捞出洗净使用戊二醛或煮沸灭活，破碎后得到菌丝纤维S1
步骤2：对菌丝纤维S1溶解于水，分散后得到质量浓度5-20％的悬浮水溶液，在搅拌的情况下同时连续缓慢加入细纤维骨料悬浮水溶液与交联剂水溶液，并继续反应不超过5h，至自交联反应完成，得到悬浮溶液S2。
步骤3：对悬浮溶液S2加入特定溶液搅拌反应不超过5h后，抽滤制膜、洗涤烘干，得到高强度菌丝交联水处理复合膜。
所述的真菌活菌菌种包括黑曲霉活菌。
所述的黑曲霉可以是ATCC 16404。
所述高浓度含糖废水包括食品加工废水、农林产品加工废水、发酵废水，其特征在于含糖废水的总糖类含量应为2-10g/L，对于浓度低于2g/L的低浓度含糖废水的使用可通过加糖类物质调增至范围内，高于10g/L的高浓度含糖废水应使用适量的水进行稀释不高于10g/L。
所述细纤维骨料悬浮水溶液为长链的二维结构的碳纳米管、纤维素、木质素的一种或多种按照1-5％的质量比例与水溶液均匀混合制备的均匀的悬浮溶液；
所述交联剂水溶液为树脂类、聚合类交联剂中的一种或多种；
所述特定溶液根据膜产品的水处理需求特定制备，可以为空白水溶液、阳离子配位基团水溶液和阴离子配位基团水溶液中的一种或多种。
所述特定溶液为空白水溶液的时候，其针对的是低浓度广谱重金属或有机废水的净化处理膜；
所述的特定溶液为富含氨基、巯基、羧基、羰基的一种或多种配置的阳离子基团溶液时，其针对的是阳离子重金属废水净化处理膜；
所述的特定溶液为富含氟离子的特定溶液时，其针对的是高硬度废水净化处理膜；
所述的特定溶液为富含低价铁离子的特定溶液时，其针对的是铬酸根阴离子或砷酸根阴离子净化处理膜；
通过不同特定溶液的配置以实现膜组件的不同功能。
其中的阳离子配位基团水溶液由包括富含氨基、巯基、羧基、羰基、氟离子的基团水溶液的一种或多种配置而成；
阴离子配位基团水溶液由包括富含铁离子、钙离子的无机盐水溶液中的一种或多种配置而成。
有益效果：
1.解决了含糖废水污染的同时制备了膜产品:本工艺低成本、简单实现了高浓度含糖废水从处理，并且制备了系列具有水处理功能的膜产品。利用含糖废水中的糖类作为黑曲霉真菌的碳源，通过菌种的大量繁育消耗含糖废水中的有机物达到降低水体中有机物的目的，减少了污染的排放。另一方面，在含糖废水中大量繁育的黑曲霉真菌成长为宏观可见的菌丝球，成为了可以利用的菌丝纤维。
2.使用细纤维骨料自组装合成提高了膜产品的强度：本工艺在温和的水热条件下，通过连续进样的方式向菌丝悬浮水溶液中连续缓慢同时加入细纤维骨料和交联剂实现了菌丝纤维与细纤维骨料的自组装合成，工艺简单，可操作性强，极大的提高了菌丝纤维的抗压抗拉伸能力，能够用于大量制备高强度的膜产品。
3.使用特定溶液S3后处理可制备不同功能的膜产品：本工艺利用细纤维骨料和菌丝纤维获得较好的强度、孔隙率基质，通过特定溶液S3对基质进行表面化学处理，可得到针对重金属、有机物、阴离子等不同螯合类型的水处理膜。
4.制备的膜产品具有高孔隙率、高比表面积和多基团的特性：比表面积约320㎡/g，具有分离速度快、处理量大，传质快、分离效率高、压降低，易于放大、便于大规模生产应用不受溶质分子量大小等优点，其应用从生物大分子分离纯化领域，已经拓展到金属离子的分离、富集回收以及有机小分子分离领域。在分离领域具有广阔的应用前景。
5.制备的膜产品水处理过程吸附量大：菌丝是天然的蛋白质，细纤维骨料具有极高的比表面积。本工艺温和处理过程中最大程度的保证了菌丝体表面的基团，此外嫁接的碳纳米管表面也含有基团，多基团极大的提高了重金属在菌丝表面吸附量，重金属的吸附量高于常规生物质吸附剂100mg/g以上，吸附量大废水中重金属残余含量低。
附图说明：
图1制备工艺流程图
图2菌丝膜的扫描电子显微镜图片；
图3含糖废水制备的菌丝球悬浮溶液；
图4含糖废水制备的菌丝球悬浮溶液；
图5以碳纳米管为细纤维骨料和菌丝纤维合成制备的菌丝膜产品；
图6菌丝膜产品的红外光谱。
具体实施方式
本发明将通过下面的具体实施例对本发明的技术方案进行更加详细的说明，但是本发明并不局限于以下提出的实施例。
实施例1：
步骤1：5g/L糖含量的淀粉废水灭菌处理，接种Aspergillus niger(ATCC16404)活菌菌种，303K温度下培养24h，获得黄豆大小白色菌丝小球，捞出洗净使用20g/L戊二醛溶液浸泡灭活，使用高速搅拌器破碎后得到菌丝纤维S1
步骤2：对菌丝纤维S1溶解于水，超声分散，得到菌丝含量为10％的悬浮水溶液，在333K恒温水浴锅内，冷凝回流搅拌的情况下同时连续逐滴加入10g/L的碳纳米管悬浮水溶液与0.01％的聚丙烯酰胺交联剂水溶液，并继续反应1h，至自交联反应完成，得到悬浮溶液S2。
步骤3：对悬浮溶液S2加入空白水溶液搅拌反应0.2h后，抽滤制膜、洗涤烘干，得到广谱吸附性能的高强度菌丝交联水处理复合膜。
实施例2：
步骤1：5g/L糖含量的淀粉废水灭菌处理，接种Aspergillus niger(ATCC16404)活菌菌种，303K温度下培养24h，获得黄豆大小白色菌丝小球，捞出洗净使用20g/L戊二醛溶液浸泡灭活，使用高速搅拌器破碎后得到菌丝纤维S1
步骤2：对菌丝纤维S1溶解于水，超声分散，得到菌丝含量为10％的悬浮水溶液，在333K恒温水浴锅内，冷凝回流搅拌的情况下同时连续逐滴加入10g/L的碳纳米管悬浮水溶液与0.01％的聚丙烯酰胺交联剂水溶液，并继续反应1h，至自交联反应完成，得到悬浮溶液S2。
步骤3：对悬浮溶液S2加入多基团螯合水溶液搅拌反应1h后，抽滤制膜、洗涤烘干，得到具有二价重金属阳离子吸附性能的高强度菌丝交联水处理复合膜。
实施例3：
步骤1：5g/L糖含量的淀粉废水灭菌处理，接种Aspergillus niger(ATCC16404)活菌菌种，303K温度下培养24h，获得黄豆大小白色菌丝小球，捞出洗净使用20g/L戊二醛溶液浸泡灭活，使用高速搅拌器破碎后得到菌丝纤维S1
步骤2：对菌丝纤维S1溶解于水，超声分散，得到菌丝含量为10％的悬浮水溶液，在333K恒温水浴锅内，冷凝回流搅拌的情况下同时连续逐滴加入10g/L的碳纳米管悬浮水溶液与0.01％的聚丙烯酰胺交联剂水溶液，并继续反应1h，至自交联反应完成，得到悬浮溶液S2。
步骤3：对悬浮溶液S2加入酸化的二价铁离子水溶液搅拌反应1h后，抽滤制膜、洗涤烘干，得到具有铬离子吸附性能的高强度菌丝交联水处理复合膜。
实施例4：
步骤1：5g/L糖含量的淀粉废水灭菌处理，接种Aspergillus niger(ATCC16404)活菌菌种，303K温度下培养24h，获得黄豆大小白色菌丝小球，捞出洗净使用20g/L戊二醛溶液浸泡灭活，使用高速搅拌器破碎后得到菌丝纤维S1
步骤2：对菌丝纤维S1溶解于水，超声分散，得到菌丝含量为10％的悬浮水溶液，在333K恒温水浴锅内，冷凝回流搅拌的情况下同时连续逐滴加入10g/L的碳纳米管悬浮水溶液与0.01％的聚丙烯酰胺交联剂水溶液，并继续反应1h，至自交联反应完成，得到悬浮溶液S2。
步骤3：对悬浮溶液S2加入钙离子水溶液搅拌反应1h后，抽滤制膜、洗涤烘干，得到具有氟离子吸附性能的高强度菌丝交联水处理复合膜。
实施例5：
步骤1：20g/L糖含量的食品废水，用水稀释至10g/L后灭菌处理，接种Aspergillusniger(ATCC 16404)活菌菌种，311K温度下培养16h，获得黄豆大小白色菌丝小球，捞出洗净使用煮沸的方式灭活，使用高速搅拌器破碎后得到菌丝纤维S1
步骤2：对菌丝纤维S1溶解于水，超声分散，得到菌丝含量为10％的悬浮水溶液，在333K恒温水浴锅内，冷凝回流搅拌的情况下同时连续逐滴加入5g/L的木质素悬浮水溶液与0.1％的乙二胺四乙酸二钠交联剂水溶液，并继续反应1h，至自交联反应完成，得到悬浮溶液S2。
步骤3：对悬浮溶液S2加入空白水溶液搅拌反应0.2h后，抽滤制膜、洗涤烘干，得到广谱吸附性能的高强度菌丝交联水处理复合膜。
实施例6
步骤1：20g/L糖含量的食品废水，用水稀释至10g/L后灭菌处理，接种Aspergillusniger(ATCC 16404)活菌菌种，311K温度下培养16h，获得黄豆大小白色菌丝小球，捞出洗净使用煮沸的方式灭活，使用高速搅拌器破碎后得到菌丝纤维S1
步骤2：对菌丝纤维S1溶解于水，超声分散，得到菌丝含量为10％的悬浮水溶液，在333K恒温水浴锅内，冷凝回流搅拌的情况下同时连续逐滴加入5g/L的纤维素悬浮水溶液与0.1％的乙二胺四乙酸二钠交联剂水溶液，并继续反应1h，至自交联反应完成，得到悬浮溶液S2。
步骤3：对悬浮溶液S2加入空白水溶液搅拌反应0.2h后，抽滤制膜、洗涤烘干，得到广谱吸附性能的高强度菌丝交联水处理复合膜。
实施例7
步骤1：20g/L糖含量的食品废水，用水稀释至10g/L后灭菌处理，接种Aspergillusniger(ATCC 16404)活菌菌种，311K温度下培养16h，获得黄豆大小白色菌丝小球，捞出洗净使用煮沸的方式灭活，使用高速搅拌器破碎后得到菌丝纤维S1
步骤2：对菌丝纤维S1溶解于水，超声分散，得到菌丝含量为10％的悬浮水溶液，在333K恒温水浴锅内，冷凝回流搅拌的情况下同时连续逐滴加入10g/L的氧化石墨烯悬浮水溶液与0.1％的乙二胺四乙酸二钠交联剂水溶液，并继续反应1h，至自交联反应完成，得到悬浮溶液S2。
步骤3：对悬浮溶液S2加入空白水溶液搅拌反应0.2h后，抽滤制膜、洗涤烘干，得到广谱吸附性能的高强度菌丝交联水处理复合膜。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种基于含糖废水制备高强度菌丝交联水处理复合膜的方法，其技术特征在于，制备方法如下：
步骤1：对高浓度含糖废水灭菌后，接种真菌活菌菌种，303-313K温度下培养，获得菌丝球，捞出洗净使用戊二醛或煮沸灭活，破碎后得到菌丝纤维S1；
步骤2：对菌丝纤维S1溶解于水，分散后得到质量浓度5-20％的悬浮水溶液，在搅拌的情况下同时连续缓慢加入细纤维骨料悬浮水溶液与交联剂水溶液，并继续反应不超过5h，至自交联反应完成，得到悬浮溶液S2；
步骤3：对悬浮溶液S2加入特定溶液搅拌反应不超过5h后，抽滤制膜、洗涤烘干，得到高强度菌丝交联水处理复合膜。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的真菌活菌菌种包括黑曲霉活菌。
3.根据权利要求1所述的方法，所述高浓度含糖废水包括食品加工废水、农林产品加工废水、发酵废水的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，所述含糖废水的总糖类含量为2-10g/L。
5.根据权利要求1所述的方法，所述含糖废水的总糖类含量为3-8g/L。
6.根据权利要求1所述的方法，所述含糖废水的总糖类含量为5-7g/L。
7.根据权利要求1所述的方法，所述培养的温度为305-311K。
8.根据权利要求1所述的方法，所述悬浮水溶液的质量浓度为8-18％。
9.根据权利要求1所述的方法，所述悬浮水溶液的质量浓度为10-15％。
10.根据权利要求1所述的方法，所述细纤维骨料悬浮水溶液为长链的二维结构的碳纳米管、纤维素、木质素的一种或多种按照1-5％的比例与水溶液均匀混合制备的均匀的悬浮溶液。
11.根据权利要求1所述的方法，所述交联剂水溶液为树脂类、聚合类交联剂中的一种或多种。
12.根据权利要求1所述的方法，所述特定溶液为空白水溶液、阳离子配位基团水溶液和阴离子配位基团水溶液中的一种或多种。
13.一种高强度菌丝交联水处理复合膜，由权利要求1-12任一项的方法制备得到。
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