CN113321295A - 一种降解苯酚的活性污泥驯化方法 - Google Patents

一种降解苯酚的活性污泥驯化方法 Download PDF

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CN113321295A CN202110560072.1A CN202110560072A CN113321295A CN 113321295 A CN113321295 A CN 113321295A CN 202110560072 A CN202110560072 A CN 202110560072A CN 113321295 A CN113321295 A CN 113321295A
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成文虎
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Ai LijiangNuerla
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Abstract

本发明提出了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，涉及活性污泥技术领域。该降解苯酚的活性污泥驯化方法包括如下步骤：污泥处理，取活性污泥粗品，过滤，清洗，曝气后稀释，即得到活性污泥；驯化处理，将所述活性污泥接种在反应器中并加入苯酚，搅拌并加电，处理8‑12天后即得到降解苯酚的活性污泥；降解苯酚的活性污泥驯化方法不仅采用传统的驯化方法，而且辅以电刺激活性污泥的方式，加快活性污泥分解苯酚的速率，从而缩短了活性污泥驯化的时间，节约了成本，且操作简便，降低了操作人员的操作难度。

Description

一种降解苯酚的活性污泥驯化方法
技术领域
本发明涉及活性污泥技术领域，具体而言，涉及一种降解苯酚的活性污泥驯化方法。
背景技术
苯酚是一种有机化合物，化学式为C6H5OH，是具有特殊气味的无色针状晶体，有毒，对人体有害。苯酚对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用，可抑制中枢神经或损害肝、肾功能。并且苯酚对环境有严重的危害作用，对水体和大气可造成严重的污染。此外，苯酚可燃，具有强烈的毒性和强烈的腐蚀性，可致人体灼伤。
由于苯酚对人体强烈的危害作用，因此由人工去降解环境中的苯酚既危险，效率也不高，因此采用活性污泥来降解大气或水体中的苯酚是一种安全且高效的方法，而为了培养能够降解苯酚的活性污泥，通常采用活性污泥驯化的方式来培养。活性污泥驯化就是驯化活性污泥的行为，通过在活性污泥培养基中循序渐进的加入靶向环境的材料或基质，让活性污泥逐渐适应并依赖靶向环境的材料或基质，从而达到改善或改变环境中的有效成分，让活性污泥能够将靶向环境的材料或基质分解为对环境无害的无机物。
但是现有的活性污泥驯化方法只是在培养基中加入靶向环境的材料或基质对活性污泥进行驯化，让活性污泥慢慢的耐受环境，从而达到驯化出能分解靶向环境的材料或基质的活性污泥的目的，但是此种传统的活性污泥驯化方法驯化周期长，既加重了时间成本，又加重了人力和金钱成本；而且初始驯化困难，目的活性污泥的成长较慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，此降解苯酚的活性污泥驯化方法不仅采用传统的驯化方法，而且辅以电刺激活性污泥的方式，加快活性污泥分解苯酚的速率，从而缩短了活性污泥驯化的时间，节约了成本，且操作简便，降低了操作人员的操作难度。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本申请实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤：
污泥处理：取活性污泥粗品，过滤，清洗，曝气后稀释，即得到活性污泥；
驯化处理：将所述活性污泥接种在反应器中并加入苯酚，搅拌并加电，处理8-12天后即得到降解苯酚的活性污泥。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本发明的实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，该降解苯酚的活性污泥驯化方法不仅在驯化过程中加入了苯酚作为碳源进行驯化，还在苯酚驯化的同时在体系中加电刺激，加电刺激不仅使活性污泥的增长速度加快，还改变了活性污泥的新陈代谢速度，加快了活性污泥降解苯酚的速率，从而使整个驯化过程加快，更快得到能够降解苯酚的活性污泥，节约了时间和金钱成本，减轻了本行业操作人员的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中反应器的结构示意图。
图标：1-电极槽；2-电解池。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
本申请实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤，污泥处理：取活性污泥粗品，过滤，清洗，曝气后稀释，即得到活性污泥；驯化处理：将所述活性污泥接种在反应器中并加入苯酚，搅拌并加电，处理8-12天后即得到降解苯酚的活性污泥。本发明提供的降解苯酚的活性污泥驯化方法不仅采用苯酚为碳源作为驯化的条件，还在苯酚-活性污泥系统内通入直流电，增加了能够降解苯酚的活性污泥的驯化速度，改变了活性污泥的新陈代谢情况，使活性污泥能更快降解苯酚，通过将物理驯化和化学驯化结合进行，加快了驯化的速率，大大节约了成本。其中反应器包括用于设置电极的电极槽1和用于放置电解液的电解池2。
在本发明的一些实施例中，上述加电为间歇加电，间歇加电为24h加电和24h不加电，间歇加电的电压为0.8-1.4V。其中间歇加电比一直连续加电的效果更好，避免持续加电超出活性污泥对电压的耐受能力，反而导致活性污泥新陈代谢的速率降低，甚至导致活性污泥活性降低或失活。其中24h加电和24h不加电为较优的方案，既能使降解苯酚的活性污泥快速分解苯酚，又不会让降解苯酚的活性污泥的活性或新陈代谢速率降低，保证了较快的驯化速度。该电压区间能够保证活性污泥正常工作，不会超出活性污泥的耐受范围。
在本发明的一些实施例中，上述反应器中包括电极，电极包括正极和负极，正极和负极的间距为3-5cm，正极和负极都由碳毡和碳纤维布组成。该接种方式能保证活性污泥能充分且平均的受到电刺激，并且碳毡和碳纤维布对活性污泥具有较好的吸附作用，可以避免活性污泥流失。该电极距离区间能使活性污泥快速分解苯酚的同时，不会因为电极间形成的电场太强，从而影响活性污泥的活性。若电极间距离过近，就会因为电场太强从而影响活性污泥的活性，若电极间距离过短，就会因为电场太弱导致活性污泥不能充分受到电刺激，从而影响活性污泥降解苯酚的速率。
在本发明的一些实施例中，上述搅拌包括如下步骤，搅拌至活性污泥在负极和正极挂膜再加电，搅拌的转速为400-800rpm。搅拌能够保证反应器中的活性污泥不沉降，避免活性污泥沉降在反应器底部无法在电极上挂膜从而导致无法驯化出能够降解苯酚的活性污泥的情况。搅拌的转速要适宜，若速度过大则会导致反应器中液体流速过快从而导致活性污泥挂膜后被冲散，而速度过小会导致部分活性污泥沉降，从而无法挂膜或挂的膜较脆弱。搅拌一直进行到整个驯化过程结束为止，避免活性污泥沉降，提高活性污泥的利用率。其中搅拌所用的搅拌机优先选用磁力搅拌机，磁力搅拌机利用磁场的同性相斥、异性相吸的原理，使用磁场推动放置在容器中带磁性的搅拌子进行圆周运转，从而达到搅拌的目的。
在本发明的一些实施例中，上述曝气包括如下步骤，向活性污泥粗品中提供曝气量为2mg/L以上的氧气；上述稀释包括如下步骤，将活性污泥粗品的浓度稀释到1500-2500mg/L。为活性污泥提供氧气能够使活性污泥中的好氧微生物大量繁殖，并抑制厌氧菌的生长。而该浓度的活性污泥可以使磁力搅拌器顺利搅拌，并且便于在活性污泥挂膜后观察活性污泥的挂膜情况，不会阻碍视线。
在本发明的一些实施例中，上述苯酚为苯酚水溶液，苯酚水溶液的初始运行浓度为100-200mg/L。苯酚水溶液为较优的一种选择，苯酚水溶液既能充当电解溶剂，还能起到驯化降解苯酚的活性污泥的作用。该浓度区间的苯酚水溶液既不会因为初始苯酚浓度过低，导致对活性污泥溶液中的活性污泥起不到足够的筛选和驯化作用，也不会因为初始苯酚浓度过高，导致一开始就超过了降解苯酚的活性污泥的耐受能力，从而导致降解苯酚的活性污泥的活性降低，甚至死亡。
在本发明的一些实施例中，上述初始运行浓度的苯酚为初始苯酚，初始苯酚反应完后，再加入后续苯酚，后续苯酚与初始苯酚的浓度差值为100mg/L，当后续苯酚的浓度为500mg/L且该浓度的后续苯酚反应完后结束驯化。通过一步一步加大苯酚的浓度，提高活性污泥对于苯酚的耐受性，并且提高活性污泥对苯酚的降解速率，从而使驯化出的能够降解苯酚的活性污泥能够耐受和降解高浓度的苯酚。而采用缓慢增加苯酚浓度的形式进行驯化，避免一次性将苯酚浓度提升过大，导致活性污泥无法适应高浓度苯酚，从而导致苯酚将活性污泥中的微生物毒死，导致驯化失败。其中在加入后续苯酚的同时，还需要加入一些氮源等营养物质，保证活性污泥中的微生物能够正常生长。
在本发明的一些实施例中，上述初始苯酚的体积为0.9-1.6L。该体积区间的苯酚能够刚好没过反应器内的活性污泥，使活性污泥与苯酚充分接触。后续苯酚的添加体积按照公式C1V1＝C2V2来计算，其中C1和V1分别为初始苯酚的浓度和体积，C2和V2分别为后续苯酚的浓度和体积，根据该公式就可以计算出需要添加多少体积的后续苯酚水溶液，从而保证不破坏整体体系的平衡。
在本发明的一些实施例中，通过直接分光光度法测定苯酚水溶液中的苯酚是否反应完，直接分光光度法包括如下步骤，取苯酚水溶液倒入比色皿中，将所述比色皿放入分光光度计中测定吸光度值。分取馏出的苯酚水溶液50ml并加入50ml比色管中，加0.5ml氨水缓冲溶液，混匀，此时pH值为10.0±0.2，加1.0ml 4-氨基安替比林溶液，混匀，再加1.0ml铁氰化钾溶液，充分混匀后，密塞，放置10-15min后。在510nm波长下，用光程为20mm的比色皿，以水为参比，测定溶液的吸光度值。根据吸光度值绘制吸光度曲线，根据吸光度曲线计算得到苯酚的浓度。
在本发明的一些实施例中，上述过滤选用20目的过滤网，上述清洗重复3-5次。20目的过滤网能在不除去活性污泥中的有效组分的同时，除去活性污泥中的大块杂质，通过多次清洗去除活性污泥中的一些细小杂质。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤：取活性污泥粗品，过20目的滤网，清洗3次，再用2mg/L的氧气进行曝气，曝气后再将浓度稀释为1500mg/L，即得到活性污泥；将活性污泥接种在反应器内，打开磁力搅拌器，以400rpm的转速处理至活性污泥在正负极上挂膜，正负极的间距为3cm，保持磁力搅拌器继续转动，间歇加0.8v的电压，24h加电，24h不加电，同时加入0.9L浓度为100mg/L的苯酚水溶液，期间用直接分光光度法检测苯酚水溶液中苯酚的浓度，待苯酚水溶液中的苯酚反应完后，再加200mg/L的苯酚水溶液，按100mg/L的浓度递增，直至500mg/L，处理8天后即得到降解苯酚的活性污泥。
实施例2
本实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤：取活性污泥粗品，过20目的滤网，清洗5次，得到滤液，再用6mg/L的氧气进行曝气，曝气后再将浓度稀释为2500mg/L，即得到活性污泥；将活性污泥接种在反应器内，打开磁力搅拌器，以800rpm的转速处理至活性污泥在正负极上挂膜，正负极的间距为5cm，保持磁力搅拌器继续转动，间歇加1.4v的电压，24h加电，24h不加电，同时加入1.6L浓度为200mg/L的苯酚水溶液，期间用直接分光光度法检测苯酚水溶液中苯酚的浓度，待苯酚水溶液中的苯酚反应完后，再加300mg/L的苯酚水溶液，按100mg/L的浓度递增，直至500mg/L，处理12天后即得到降解苯酚的活性污泥。
实施例3
本实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤：取活性污泥粗品，过20目的滤网，清洗4次，再用4mg/L的氧气进行曝气，曝气后再将浓度稀释为2000mg/L，即得到活性污泥；将活性污泥接种在反应器内，打开磁力搅拌器，以600rpm的转速处理至活性污泥在正负极上挂膜，正负极的间距为4cm，保持磁力搅拌器继续转动，间歇加1.1v的电压，24h加电，24h不加电，同时加入1.2L浓度为150mg/L的苯酚水溶液，期间用直接分光光度法检测苯酚水溶液中苯酚的浓度，待苯酚水溶液中的苯酚反应完后，再加250mg/L的苯酚水溶液，按100mg/L的浓度递增，直至500mg/L，处理10天后即得到降解苯酚的活性污泥。
实施例4
本实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤：取活性污泥粗品，过20目的滤网，清洗4次，再用3mg/L的氧气进行曝气，曝气后再将浓度稀释为1800mg/L，即得到活性污泥；将活性污泥接种在反应器内，打开磁力搅拌器，以500rpm的转速处理至活性污泥在正负极上挂膜，正负极的间距为3.5cm，保持磁力搅拌器继续转动，间歇加1.0v的电压，24h加电，24h不加电，同时加入1.0L浓度为120mg/L的苯酚水溶液，期间用直接分光光度法检测苯酚水溶液中苯酚的浓度，待苯酚水溶液中的苯酚反应完后，再加220mg/L的苯酚水溶液，按100mg/L的浓度递增，直至500mg/L，处理9天后即得到降解苯酚的活性污泥。
实施例5
本实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤：取活性污泥粗品，过20目的滤网，清洗4次，得到滤液，再用5mg/L的氧气进行曝气，曝气后再将浓度稀释为2100mg/L，即得到活性污泥；将活性污泥接种在反应器内，打开磁力搅拌器，以450rpm的转速处理至活性污泥在正负极上挂膜，正负极的间距为4.5cm，保持磁力搅拌器继续转动，间歇加1.2v的电压，24h加电，24h不加电，同时加入1.1L浓度为180mg/L的苯酚水溶液，期间用直接分光光度法检测苯酚水溶液中苯酚的浓度，待苯酚水溶液中的苯酚反应完后，再加280mg/L的苯酚水溶液，按100mg/L的浓度递增，直至500mg/L，处理11天后即得到降解苯酚的活性污泥。
实施例6
本实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤：取活性污泥粗品，过20目的滤网，清洗4次，得到滤液，再用5mg/L的氧气进行曝气，曝气后再将浓度稀释为1700mg/L，即得到活性污泥；将活性污泥接种在反应器内，打开磁力搅拌器，以550rpm的转速处理至活性污泥在正负极上挂膜，正负极的间距为4cm，保持磁力搅拌器继续转动，间歇加0.9v的电压，24h加电，24h不加电，同时加入1.3L浓度为180mg/L的苯酚水溶液，期间用直接分光光度法检测苯酚水溶液中苯酚的浓度，待苯酚水溶液中的苯酚反应完后，再加280mg/L的苯酚水溶液，按100mg/L的浓度递增，直至500mg/L，处理11天后即得到降解苯酚的活性污泥。
实施例7
本实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤：取活性污泥粗品，过20目的滤网，清洗4次，再用3mg/L的氧气进行曝气，曝气后再将浓度稀释为2300mg/L，即得到活性污泥；将活性污泥接种在反应器内，打开磁力搅拌器，以650rpm的转速处理至活性污泥在正负极上挂膜，正负极的间距为4cm，保持磁力搅拌器继续转动，间歇加1.3v的电压，24h加电，24h不加电，同时加入1.4L浓度为190mg/L的苯酚水溶液，期间用直接分光光度法检测苯酚水溶液中苯酚的浓度，待苯酚水溶液中的苯酚反应完后，再加290mg/L的苯酚水溶液，按100mg/L的浓度递增，直至500mg/L，处理11天后即得到降解苯酚的活性污泥。
实施例8
本实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤：取活性污泥粗品，过20目的滤网，清洗4次，再用3mg/L的氧气进行曝气，曝气后再将浓度稀释为1900mg/L，即得到活性污泥；将活性污泥接种在反应器内，打开磁力搅拌器，以650rpm的转速处理至活性污泥在正负极上挂膜，正负极的间距为3.8cm，保持磁力搅拌器继续转动，间歇加1.15v的电压，同时加入1.5L浓度为130mg/L的苯酚水溶液，期间用直接分光光度法检测苯酚水溶液中苯酚的浓度，待苯酚水溶液中的苯酚反应完后，再加230mg/L的苯酚水溶液，按100mg/L的浓度递增，直至500mg/L，处理11天后即得到降解苯酚的活性污泥。
实施例9
本实施例提供了一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，包括如下步骤：取活性污泥粗品，过20目的滤网，清洗4次，再用3mg/L的氧气进行曝气，曝气后将滤液的浓度稀释为2400mg/L，即得到活性污泥；将活性污泥接种在反应器内，打开磁力搅拌器，以700rpm的转速处理至活性污泥在正负极上挂膜，正负极的间距为3.3cm，保持磁力搅拌器继续转动，间歇加1.25v的电压，24h加电，24h不加电，同时加入1.25L浓度为170mg/L的苯酚水溶液，期间用直接分光光度法检测苯酚水溶液中苯酚的浓度，待苯酚水溶液中的苯酚反应完后，再加270mg/L的苯酚水溶液，依次类推，直至500mg/L，处理11天后即得到降解苯酚的活性污泥。
效果例1
取实施例1-4得到的降解苯酚的活性污泥，并取未经过电处理，只经过苯酚处理的活性污泥作为对照组分别接种在不加电、间歇加电0.8V和连续加电1.4V的反应器的正负极上，并分别加入500mg/L的苯酚水溶液，处理16天后，计算苯酚的浓度，其中间歇加电为24h加电，24h不加电，所得结果分别如表1、表2和表3所示：
表1不加电处理苯酚浓度结果
Figure BDA0003078614870000111
表2间歇加电处理苯酚浓度结果
Figure BDA0003078614870000112
表3持续加电处理苯酚浓度结果
Figure BDA0003078614870000121
根据表1、表2和表3结果所示，其中三组实验中，实施例1-4所得的活性污泥分解苯酚的效果均优于对照组，其中间歇加电处理中活性污泥分解苯酚的效果优于不加电处理，不加电处理中活性污泥分解苯酚的效果与持续加电处理的效果基本相同，从而可以得出：间歇加电加快了活性污泥的新陈代谢速率和活性污泥的增殖速率，持续加电则超过了活性污泥对电的耐受能力，使活性污泥在持续加电的过程中活性受损，甚至失活。
综上所述，本发明实施例提供的一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，不仅在驯化过程中加入了苯酚作为碳源进行驯化，还在苯酚驯化的同时在体系中加电刺激，加电刺激不仅使活性污泥的增长速度加快，还改变了活性污泥的新陈代谢速度，加快了活性污泥降解苯酚的速率，从而使整个驯化过程加快，更快得到能够降解苯酚的活性污泥，节约了时间和金钱成本，减轻了本行业操作人员的难度，并且相比不加电驯化得到的活性污泥分解苯酚的效果更好，对苯酚的耐受能力更强。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种降解苯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，包括如下步骤，
污泥处理：取活性污泥粗品，过滤，清洗，曝气后稀释，即得到活性污泥；
驯化处理：将所述活性污泥接种在反应器中并加入苯酚，搅拌并加电，处理8-12天后即得到降解苯酚的活性污泥。
2.根据权利要求1所述的降解苯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，所述加电为间歇加电，所述间歇加电为24h加电和24h不加电，所述间歇加电的电压为0.8-1.4V。
3.根据权利要求1或2所述的降解苯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，所述反应器中包括电极，所述电极包括正极和负极，所述正极和负极的间距为3-5cm，所述正极和负极都由碳毡和碳纤维布组成。
4.根据权利要求3所述的降解苯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，所述搅拌包括如下步骤，搅拌至活性污泥在负极和正极挂膜再加电，所述搅拌的转速为400-800rpm。
5.根据权利要求4所述的降解苯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，所述曝气包括如下步骤，向所述活性污泥粗品中提供曝气量为2mg/L以上的氧气；所述稀释包括如下步骤，将所述活性污泥粗品的浓度稀释到1500-2500mg/L。
6.根据权利要求5所述的降解苯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，所述苯酚为苯酚水溶液，所述苯酚水溶液的初始运行浓度为100-200mg/L。
7.根据权利要求6所述的降解苯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，所述初始运行浓度的苯酚为初始苯酚，所述初始苯酚反应完后，再加入后续苯酚，所述后续苯酚与所述初始苯酚的浓度差值为100mg/L，当所述后续苯酚的浓度为500mg/L且该浓度的后续苯酚反应完后结束驯化。
8.根据权利要求7所述的降解苯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，所述初始苯酚的体积为0.9-1.6L。
9.根据权利要求8所述的降解苯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，通过直接分光光度法测定所述苯酚水溶液中的苯酚浓度，所述直接分光光度法包括如下步骤，取苯酚水溶液倒入比色皿中，将所述比色皿放入分光光度计中测定吸光度值。
10.根据权利要求9所述的降解苯酚的活性污泥驯化方法，其特征在于，所述过滤选用20目的过滤网，所述清洗重复3-5次。
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