CN116119836B - 一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法 - Google Patents
一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116119836B CN116119836B CN202211679934.3A CN202211679934A CN116119836B CN 116119836 B CN116119836 B CN 116119836B CN 202211679934 A CN202211679934 A CN 202211679934A CN 116119836 B CN116119836 B CN 116119836B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- membrane
- extraction
- film
- suspension
- culture medium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000010865 sewage Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 title claims abstract description 49
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 85
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 74
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 35
- 238000004114 suspension culture Methods 0.000 claims abstract description 35
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims abstract description 31
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 45
- 239000002088 nanocapsule Substances 0.000 claims description 40
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 36
- -1 silver ions Chemical class 0.000 claims description 33
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 29
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims description 28
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 27
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 27
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 27
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 24
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 24
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 20
- 239000003053 toxin Substances 0.000 claims description 16
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 claims description 16
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 claims description 16
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims description 15
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 15
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 12
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 9
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 9
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 9
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 9
- 238000007590 electrostatic spraying Methods 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical group O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims description 6
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 claims description 6
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 6
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 239000012466 permeate Substances 0.000 claims description 4
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 4
- 241001148470 aerobic bacillus Species 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 3
- 241000894007 species Species 0.000 claims description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 14
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 8
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 6
- 230000002599 biostatic effect Effects 0.000 description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 4
- 231100001234 toxic pollutant Toxicity 0.000 description 4
- 239000013154 zeolitic imidazolate framework-8 Substances 0.000 description 4
- MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N zinc;2-methylimidazol-3-ide Chemical compound [Zn+2].CC1=NC=C[N-]1.CC1=NC=C[N-]1 MFLKDEMTKSVIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010564 aerobic fermentation Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910052946 acanthite Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 239000000645 desinfectant Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000003311 flocculating effect Effects 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000037323 metabolic rate Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- XUARKZBEFFVFRG-UHFFFAOYSA-N silver sulfide Chemical compound [S-2].[Ag+].[Ag+] XUARKZBEFFVFRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940056910 silver sulfide Drugs 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
Abstract
本发明涉及酶学或微生物学装置技术领域，公开了一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法，用于处理存在生物抑制性、无法直接用微生物进行降解的有毒污水中的有机污染物。通过在膜渗透萃取的萃取剂中以有机污染物为唯一碳源培养降解菌来降解有机污染物，使萃取剂中的有机污染物不会积累，萃取剂能够长期使用而无需大量消耗，能够低成本处理有机污染物。通过在萃取膜表面覆盖一层纳米银，并采用悬浮培养的方式培养降解菌，无需盖满整个选择层，对传质效率影响小，且只能在选择层表面附近维持较高的银离子浓度，在避免选择层上形成影响传质效率的生物膜的同时，不会对其余位置的微生物生长造成明显的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及酶学或微生物学装置技术领域，特别是涉及一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法。
背景技术
有机污染物是污水中最主要的污染物，不处理而直接排放的话，会迅速耗竭天然水体中溶解的氧气，造成水生生物大规模死亡。污水中有机污染物的含量也是根据处理污染物所需消耗的氧的量来定义的，一般用化学需氧量（COD）或生物需氧量（BOD）这两个量化指标中的一个来衡量。
绝大部分污水采用曝气池来进行处理，通过曝气池中大量的活性污泥（曝气池中活性污泥的量通常比污水的量还多）中的微生物，在高强度的好氧发酵下降解污水中的有机污染物。而如果污水中有机污染物的浓度过高，导致曝气池无法处理（溶氧的速率跟不上氧消耗的速率，会把好氧微生物憋死）时，则需要先借助厌氧发酵对有机污染物进行预处理，将其中大部分有机污染物转变为甲烷排出后，再交由曝气池进行处理。而无论是好氧发酵还是厌氧发酵，均只需要维持微生物的生长即可，因此成本均不高。
但还有一些污水，由于具有生物抑制性，因此无论是好氧发酵还是厌氧发酵均不能进行。而必须借助较为昂贵的化学方法（化学方法是借助强氧化剂来氧化污水中的有机污染物，需消耗大量的化学药剂，比如臭氧）来处理这种污水中的有机污染物。这类污水的来源甚多，化工厂、炼油厂、制药厂等诸多上游厂商均会产生这种污水，从而使得整条产业链都要承受昂贵的污水处理成本。
微生物对有机污染物的适应性很强，即使很多有机污染物本身是有毒性或难降解的，也总是能有特定的微生物能够降解这些有机污染物。但那些难以借助生物方法处理的污水，不仅仅是因为有机污染物本身难以处理，往往还存在高盐度、极端pH值等有机物之外的生物抑制因素。几种生物抑制因素相互叠加，能够同时适应所有生物抑制因素的微生物便非常难以筛选出来，即使花很大精力筛选出来，其代谢速率也通常极低（因为微生物自我保护机制往往影响物质交换），不能满足污水处理的需求。
膜渗透萃取是一种新型的污水处理方法，其借助萃取膜隔开污水与萃取剂，萃取膜具备一层选择层，污水中的有机物从一侧溶解到选择层内后在另一侧（另一侧为萃取剂）扩散出来，能够选择性把污水中的有机污染物提取到另一侧，而其他无机物和水保留在污水中。这种方法不再需要大量消耗化学药剂，但需要大量消耗萃取剂（比如水）。
发明人在研究中发现，在膜渗透萃取的萃取剂中，由于最多只存在有机污染物这一个生物抑制因素（如果有机污染物本身无生物抑制性的话，那么就一个生物抑制因素也没有了），因此在萃取剂中可以顺利进行微生物的培养，利用微生物降解有机污染物，从而无需更换萃取剂。但在实际使用中存在另一方面的问题，微生物的生长会在萃取膜的选择层上覆盖一层生物膜，导致选择层的传质效率大大下降，膜渗透萃取过程无法顺利进行。且由于跨膜传质的有机污染物是微生物的唯一碳源，所以微生物更倾向于在萃取膜表面及附近聚集生长以获取更充足的碳源，生物膜往往几天就能形成。而在萃取膜上涂生物抑制剂亦不可行，其不仅直接影响选择层的传质过程，还会影响所有位置的微生物生长（因为存在强制对流）。
发明内容
本发明提供一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法。
解决的技术问题是：膜渗透萃取来处理有毒污水需要消耗大量的萃取剂。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，用于处理存在生物抑制性、无法直接用微生物进行降解的有毒污水中的有机污染物，包括悬浮培养基，以及用于隔开悬浮培养基和有毒污水的萃取膜；
待处理的有机污染物记作有机毒污，所述悬浮培养基为无碳培养基，悬浮培养基中培养有以有机毒污为碳源的微生物，并记作降解菌；
所述萃取膜包括用于让有机毒污选择性透过的选择层，以及用于供选择层附着的支撑层；
所述选择层为朝向悬浮培养基的无孔膜，所述悬浮培养基中存在贴着选择层流动的壁流；所述支撑层为朝向有毒污水的有孔膜，所述悬浮培养基中存在贴着支撑层流动的壁流；
所述选择层与悬浮培养基相接触的一侧表面上设置有用于避免降解菌在选择层上形成阻碍有机毒污穿过的生物膜的纳米银颗粒，所述纳米银颗粒在选择层上均匀排布。
进一步，所述纳米银颗粒以金属-有机骨架材料的形式存在，所述金属-有机骨架材料为AgNPs@ZIF-8。
进一步，所述纳米银颗粒包埋在纳米胶囊中，所述纳米胶囊借助交联剂固定在选择层表面；所述纳米胶囊的囊壳允许银离子和有机毒污透过。
进一步，所述纳米胶囊的囊壳为聚乙烯醇，所述交联剂为戊二醛。
进一步，所述萃取膜竖直设置在流道或容器中；
所述萃取膜设置在流道中时，萃取膜平行于流道长度方向设置在流道中央，萃取膜左右两侧的流道分支内的流体流动方向相反；
所述萃取膜设置在容器中时，萃取膜左右两侧分别设置有用于产生壁流的流体输送设备；所述流体输送设备为靠近萃取膜的搅拌器或出水口平行于萃取膜设置在萃取膜附件的泵；且所述降解菌为好氧菌时，所述悬浮培养基中的流体输送设备为桨轴水平设置且一半桨叶位于液面上方的搅拌器，所述污水中的流体输送设备为搅拌器且转动方向与悬浮培养基中的搅拌器相反。
进一步，所述选择层为聚二甲基硅氧烷膜，所述支撑层为热压成一体的聚偏二氟乙烯纳米纤维膜与无纺布，所述聚偏二氟乙烯纳米纤维膜设置在聚二甲基硅氧烷膜与无纺布之间，并与聚偏二氟乙烯纳米纤维膜热交联连接。
一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器的使用方法，用于采用如权利要求5所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器来处理有毒污水，并包括以下步骤：
步骤一：制备萃取膜；
步骤二：将萃取膜设置在流道或容器中，将流道或容器隔成两部分；
步骤三：筛选降解菌；
步骤四：在萃取膜一侧注入悬浮培养基并接种降解菌，另一侧注入有毒污水，然后使萃取膜两侧分别产生壁流；
步骤五：保持悬浮培养基的温度及成分稳定，并定期清理悬浮培养基一侧的沉积物。
进一步，步骤一具体如下：
步骤1.1：将无纺布贴到静电纺丝的阳极上，然后在无纺布上通过静电纺丝的方式贴一层聚偏二氟乙烯纳米纤维膜，所述聚偏二氟乙烯纳米纤维膜含电解质；
步骤1.2：通过热压使无纺布与聚偏二氟乙烯纳米纤维膜紧密结合，形成萃取膜的支撑层；
步骤1.3：使支撑层的孔隙内充满甘油水溶液，且聚偏二氟乙烯纳米纤维膜中的纤维表面的电解质溶于甘油水溶液；
步骤1.4：将支撑层贴到静电喷涂的阳极上，通过静电喷涂的方式在聚偏二氟乙烯纳米纤维膜上喷一层聚二甲基硅氧烷膜，静电喷涂过程中，喷出的雾滴在甘油水溶液上放电并流平，使聚二甲基硅氧烷膜为连续的无孔膜；
步骤1.5：通过热交联使聚偏二氟乙烯纳米纤维膜与聚二甲基硅氧烷膜紧密结合，形成萃取膜；
步骤1.6：在聚二甲基硅氧烷膜表面喷涂纳米银颗粒悬浊液，所述纳米银颗粒包埋在纳米胶囊中，然后再喷交联剂并使纳米胶囊与聚二甲基硅氧烷膜热交联为一体。
进一步，步骤1.6具体如下：
将纳米胶囊悬浊液均匀涂布在聚二甲基硅氧烷膜上，然后在纳米胶囊涂层上涂布等容量的GA溶液，最后在120℃烘箱中交联1h；
其中，纳米胶囊悬浊液：0.2g AgNPs@ZIF-8在49.8g去离子水中超声40min，然后加入0.2g 聚乙烯醇，在60℃下搅拌至聚乙烯醇完全溶解，最后加入49.8g甲醇改善悬浊液挥发性；
戊二醛溶液：0.2g GA溶解于49.9g去离子水和49.9g丙酮的混合溶液中。
进一步，步骤三具体如下：
步骤3.1：采集有毒污水源头周边的泥土或污垢；
步骤3.2：悬浮培养步骤3.1采集的样品中浸出的微生物；
步骤3.3：逐步将悬浮培养基中的碳源替换为有机毒污并继续培养，获得降解菌；
步骤3.4：保持悬浮培养基的温度及成分稳定，并定期清除悬浮培养基中的菌膜、沉积物、以及絮状悬浮物，使非絮凝菌成为悬浮培养基中的优势种。
本发明一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明中，通过在膜渗透萃取的萃取剂中以有机污染物为唯一碳源培养降解菌来降解有机污染物，使萃取剂中的有机污染物不会积累，能够长期使用，从而无需大量消耗萃取剂；
本发明中，通过在萃取膜的选择层表面用热交联的方式覆盖一层纳米银颗粒，依靠纳米银释放出的银离子抑制生物膜的生长，从而无需盖满整个选择层，对传质效率影响小；同时由于微生物是悬浮生长而不是在底部的活性污泥中生长，银离子（带正电）刚释放出来就会被附近的带负电的微生物（单个微生物表面总是带负电）吸附，从而只能在选择层表面附近维持较高的银离子浓度，在避免选择层上形成生物膜的同时，不会对其余位置的微生物生长造成明显的干扰。
附图说明
图1为本发明中一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器的结构示意图，为方便识图，图中萃取膜的比例有所放大；
图2为ZIF-8与AgNPs@ZIF-8纳米胶囊的XRD图谱，图中三条线自上而下依次代表实测的AgNPs@ZIF-8纳米胶囊、实测的ZIF-8、模拟的ZIF-8，相似的特征峰表明封装过程未破坏ZIF-8的结构；
图3为纳米胶囊的TEM图像；
图4为纳米胶囊的Mapping图像；
图5为未涂敷纳米胶囊颗粒的萃取膜在使用过程中传质系数的变化示意图；
图6为涂敷有纳米胶囊颗粒的萃取膜在使用过程中传质系数的变化示意图
图中，1-悬浮培养基，2-有毒污水，31-选择层，32-支撑层，33-纳米银颗粒。
具体实施方式
如图1所示，一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，用于处理存在生物抑制性、无法直接用微生物进行降解的有毒污水2中的有机污染物，包括悬浮培养基1，以及用于隔开悬浮培养基1和有毒污水2的萃取膜3；
这里的悬浮培养基1，是一种带有搅拌或振荡装置的培养基，被培养的动物细胞或微生物在其中悬浮生长，而不是贴壁生长或像曝气池那样聚集成团，从而让选择层31附近的水体中均匀分布有不成团的微生物(表面带负电)，释放出的银离子能够很快被吸附而不会对其余位置的微生物生长造成明显的干扰，同时也避免银离子快速杀伤聚集在一起的大量微生物。
待处理的有机污染物记作有机毒污，悬浮培养基1为无碳培养基，悬浮培养基1中培养有以有机毒污为碳源的微生物，并记作降解菌；萃取膜3包括用于让有机毒污选择性透过的选择层31，以及用于供选择层31附着的支撑层32；
也就是说，这里作为萃取剂的悬浮培养基1，其中萃取出的有机毒污能够被不断消耗，从而使萃取膜3两侧维持着浓度梯度，有机毒污能够一直从有毒污水2中进入悬浮培养基1。同时由于萃取膜3只允许有机毒污等有机物通过，其他影响降解菌生长的因素，如高盐、极端pH值等无法影响到悬浮培养基1，降解菌只需能够代谢掉有机毒污即可，很容易筛选出满足要求的降解菌。比如本实施例中，有机毒污是苯酚，苯酚是最早使用的无菌手术消毒剂，对微生物的生长存在显而易见的抑制作用，但经筛选还是能够找到苯酚降解菌。
选择层31为朝向悬浮培养基1的无孔膜，悬浮培养基1中存在贴着选择层31流动的壁流；支撑层32为朝向有毒污水2的有孔膜，悬浮培养基1中存在贴着支撑层32流动的壁流；
对于萃取膜3而言，选择层31本身较为脆弱，不适合直接把选择层31固定在流道或容器中，因此需要把选择层31涂在支撑层32上，然后把支撑层32固定在流道或容器中。而壁流(也即流体中存在贴着萃取膜3流动的流场)的存在，是为了确保传质效率足够。因为类似于传热，传质过程中对流传质的效率比单纯的扩散要高几个数量级。
选择层31与悬浮培养基1相接触的一侧表面上设置有用于避免降解菌在选择层31上形成阻碍有机毒污穿过的生物膜的纳米银颗粒33，纳米银颗粒33在选择层31上均匀排布。
纳米银颗粒33以金属-有机骨架材料的形式存在，如图2所示，金属-有机骨架材料为AgNPs@ZIF-8。这里把纳米银颗粒33做成金属-有机骨架材料，可使得里面的银被配位，纳米银颗粒33便很难与硫离子及氧气反应形成影响银离子释放的硫化银。
如图3-4所示，纳米银颗粒33包埋在纳米胶囊中，纳米胶囊借助交联剂固定在选择层31表面；纳米胶囊的囊壳允许银离子和有机毒污透过。
纳米银颗粒33如果直接粘到选择层31上的话则容易脱落，因此这里把它包埋在纳米胶囊中，然后把纳米胶囊通过热交联固定到选择层31上。在交联过程中不可避免地有部分囊壳出现在纳米银颗粒33之外的地方，因此这里需要让纳米胶囊的囊壳允许有机毒污透过，而纳米胶囊的囊壳普遍能满足这一要求(能作为纳米胶囊的囊壳，有一个重要的前提就是有足够的通透性)。本实施例中，纳米胶囊的囊壳为聚乙烯醇，交联剂为戊二醛。如图5-6所示，纳米胶囊的加入，对传质效率的影响很小。
萃取膜3竖直设置在流道或容器中；
萃取膜3设置在流道中时，萃取膜3平行于流道长度方向设置在流道中央，萃取膜3左右两侧的流道分支内的流体流动方向相反；这里壁流的产生，无需再额外设置流体输送设备。
萃取膜3设置在容器中时，萃取膜3左右两侧分别设置有用于产生壁流的流体输送设备；流体输送设备为靠近萃取膜3的搅拌器或出水口平行于萃取膜3设置在萃取膜3附件的泵；且降解菌为好氧菌时，悬浮培养基1中的流体输送设备为桨轴水平设置且一半桨叶位于液面上方的搅拌器，污水中的流体输送设备为搅拌器且转动方向与悬浮培养基1中的搅拌器相反。这里的搅拌器同时起到了向悬浮培养基1中溶氧、搅拌悬浮培养基1以维持悬浮、以及产生壁流的作用。
本实施例中，选择层31为聚二甲基硅氧烷膜，支撑层32为热压成一体的聚偏二氟乙烯纳米纤维膜与无纺布，聚偏二氟乙烯纳米纤维膜设置在聚二甲基硅氧烷膜与无纺布之间，并与聚偏二氟乙烯纳米纤维膜热交联连接。
一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器的使用方法，用于采用如权利要求5的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器来处理有毒污水2，并包括以下步骤：
步骤一：制备萃取膜3；
步骤二：将萃取膜3设置在流道或容器中，将流道或容器隔成两部分；
步骤三：筛选降解菌；
步骤四：在萃取膜3一侧注入悬浮培养基1并接种降解菌，另一侧注入有毒污水2，然后使萃取膜3两侧分别产生壁流；
步骤五：保持悬浮培养基1的温度及成分稳定，并定期清理悬浮培养基1一侧的沉积物。
清理沉积物是为了避免沉积物粘到萃取膜3上，清理沉积物可以打捞也可以底排。这里悬浮培养基1实际上是一种含氮源及降解菌生长所需的无机盐的水溶液，而有毒污水2通常是化学污水，不同于生活污水，其中往往不含有氮源以及降解菌生长所需的无机盐，而清理沉积物会造成少量氮源及无机盐损失，因此需要同步进行补充以保持悬浮培养基1的成分稳定。
如图5-6所示，纳米胶囊颗粒的加入，有效避免了萃取膜3因微生物附着生长而出现传质效率下降。同时，纳米胶囊颗粒的加入，未对微生物的生长造成明显的干扰(如果有明显的干扰的话，有机毒污便不能及时被降解，很快悬浮培养基1中的有机毒污含量便会与有毒污水2持平，失去去除有机毒污的能力。但图6中可见，在实验期间有机毒污一直被以较为稳定的速率去除)。
步骤一具体如下：
步骤1.1：将无纺布贴到静电纺丝的阳极上，然后在无纺布上通过静电纺丝的方式贴一层聚偏二氟乙烯纳米纤维膜，聚偏二氟乙烯纳米纤维膜含电解质；
本实施例中的电解质为氯化锂，掺杂在静电纺丝的丝液中，含量为0.008wt％。
步骤1.2：通过热压使无纺布与聚偏二氟乙烯纳米纤维膜紧密结合，形成萃取膜3的支撑层32。
步骤1.3：使支撑层32的孔隙内充满甘油水溶液，且聚偏二氟乙烯纳米纤维膜中的纤维表面的电解质溶于甘油水溶液；
甘油水溶液中，水和甘油的质量比为1：1-4，支撑层32需要在甘油水溶液中至少浸泡12小时，本步骤的作用是使得支撑层32导电且表面暂时光滑，使得喷出的雾滴能够在支撑层32上放电并流平。
步骤1.4：将支撑层32贴到静电喷涂的阳极上，通过静电喷涂的方式在聚偏二氟乙烯纳米纤维膜上喷一层聚二甲基硅氧烷膜，静电喷涂过程中，喷出的雾滴在甘油水溶液上放电并流平，使聚二甲基硅氧烷膜为连续的无孔膜。
步骤1.5：通过热交联使聚偏二氟乙烯纳米纤维膜与聚二甲基硅氧烷膜紧密结合，形成萃取膜3；
步骤1.1-1.5中的参数及详细操作过程还可参考专利CN111871226A，这里不再赘述。
步骤1.6：在聚二甲基硅氧烷膜表面喷涂纳米银颗粒33悬浊液，纳米银颗粒33包埋在纳米胶囊中，然后再喷交联剂并使纳米胶囊与聚二甲基硅氧烷膜热交联为一体。
步骤1.6具体如下：
将纳米胶囊悬浊液均匀涂布在聚二甲基硅氧烷膜上，然后在纳米胶囊涂层上涂布等容量的GA溶液，最后在120℃烘箱中交联1h；
其中，纳米胶囊悬浊液：0.2g AgNPs@ZIF-8在49.8g去离子水中超声40min，然后加入0.2g 聚乙烯醇，在60℃下搅拌至聚乙烯醇完全溶解，最后加入49.8g甲醇改善悬浊液挥发性；
戊二醛溶液：0.2gGA溶解于49.9g去离子水和49.9g丙酮的混合溶液中。
步骤三具体如下：
步骤3.1：采集有毒污水2源头周边的泥土或污垢；菌种筛选另一个常用的样品来源是啤酒厂的厌氧污泥，这里也可以使用，但有毒污水2源头周边的泥土或污垢中的微生物已经经历过自然筛选，通常能够缩短步骤3.3的用时；
步骤3.2：悬浮培养步骤3.1采集的样品中浸出的微生物；
步骤3.3：逐步将悬浮培养基1中的碳源替换为有机毒污并继续培养，获得降解菌；
步骤3.4：保持悬浮培养基1的温度及成分稳定，并定期清除悬浮培养基1中的菌膜、沉积物、以及絮状悬浮物，使非絮凝菌成为悬浮培养基1中的优势种。
非絮凝菌指的是不易分泌菌多糖的微生物，在悬浮培养过程中不易聚集为菌膜、沉积物、以及絮状悬浮物，从而不会有絮状悬浮物或沉积物沾到选择层31上影响传质效率，同时也能减少打捞沉积物的工作量。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，用于处理存在生物抑制性、无法直接用微生物进行降解的有毒污水（2）中的有机污染物，其特征在于：包括悬浮培养基（1），以及用于隔开悬浮培养基（1）和有毒污水（2）的萃取膜（3）；
待处理的有机污染物记作有机毒污，所述悬浮培养基（1）为无碳培养基，悬浮培养基（1）中培养有以有机毒污为碳源的微生物，并记作降解菌；
所述萃取膜（3）包括用于让有机毒污选择性透过的选择层（31），以及用于供选择层（31）附着的支撑层（32）；
所述选择层（31）为朝向悬浮培养基（1）的无孔膜，所述悬浮培养基（1）中存在贴着选择层（31）流动的壁流；所述支撑层（32）为朝向有毒污水（2）的有孔膜，所述悬浮培养基（1）中存在贴着支撑层（32）流动的壁流；
所述选择层（31）与悬浮培养基（1）相接触的一侧表面上设置有用于避免降解菌在选择层（31）上形成阻碍有机毒污穿过的生物膜的纳米银颗粒（33），所述纳米银颗粒（33）在选择层（31）上均匀排布；
所述纳米银颗粒（33）以金属-有机骨架材料的形式存在，所述金属-有机骨架材料为AgNPs@ZIF-8；
所述纳米银颗粒（33）包埋在纳米胶囊中，所述纳米胶囊借助交联剂固定在选择层（31）表面；所述纳米胶囊的囊壳允许银离子和有机毒污透过；
所述纳米胶囊的囊壳为聚乙烯醇，所述交联剂为戊二醛；
所述萃取膜（3）竖直设置在流道或容器中；
所述萃取膜（3）设置在流道中时，萃取膜（3）平行于流道长度方向设置在流道中央，萃取膜（3）左右两侧的流道分支内的流体流动方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，其特征在于：所述萃取膜（3）设置在容器中时，萃取膜（3）左右两侧分别设置有用于产生壁流的流体输送设备；所述流体输送设备为靠近萃取膜（3）的搅拌器或出水口平行于萃取膜（3）设置在萃取膜（3）附件的泵；且所述降解菌为好氧菌时，所述悬浮培养基（1）中的流体输送设备为桨轴水平设置且一半桨叶位于液面上方的搅拌器，所述污水中的流体输送设备为搅拌器且转动方向与悬浮培养基（1）中的搅拌器相反。
3.根据权利要求1所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，其特征在于：所述选择层（31）为聚二甲基硅氧烷膜，所述支撑层（32）为热压成一体的聚偏二氟乙烯纳米纤维膜与无纺布，所述聚偏二氟乙烯纳米纤维膜设置在聚二甲基硅氧烷膜与无纺布之间，并与聚偏二氟乙烯纳米纤维膜热交联连接。
4.一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器的使用方法，其特征在于：用于采用如权利要求2所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器来处理有毒污水（2），并包括以下步骤：
步骤一：制备萃取膜（3）；
步骤二：将萃取膜（3）设置在流道或容器中，将流道或容器隔成两部分；
步骤三：筛选降解菌；
步骤四：在萃取膜（3）一侧注入悬浮培养基（1）并接种降解菌，另一侧注入有毒污水（2），然后使萃取膜（3）两侧分别产生壁流；
步骤五：保持悬浮培养基（1）的温度及成分稳定，并定期清理悬浮培养基（1）一侧的沉积物；
步骤一具体如下：
步骤1.1：将无纺布贴到静电纺丝的阳极上，然后在无纺布上通过静电纺丝的方式贴一层聚偏二氟乙烯纳米纤维膜，所述聚偏二氟乙烯纳米纤维膜含电解质；
步骤1.2：通过热压使无纺布与聚偏二氟乙烯纳米纤维膜紧密结合，形成萃取膜（3）的支撑层（32）；
步骤1.3：使支撑层（32）的孔隙内充满甘油水溶液，且聚偏二氟乙烯纳米纤维膜中的纤维表面的电解质溶于甘油水溶液；
步骤1.4：将支撑层（32）贴到静电喷涂的阳极上，通过静电喷涂的方式在聚偏二氟乙烯纳米纤维膜上喷一层聚二甲基硅氧烷膜，静电喷涂过程中，喷出的雾滴在甘油水溶液上放电并流平，使聚二甲基硅氧烷膜为连续的无孔膜；
步骤1.5：通过热交联使聚偏二氟乙烯纳米纤维膜与聚二甲基硅氧烷膜紧密结合，形成萃取膜（3）；
步骤1.6：在聚二甲基硅氧烷膜表面喷涂纳米银颗粒（33）悬浊液，所述纳米银颗粒（33）包埋在纳米胶囊中，然后再喷交联剂并使纳米胶囊与聚二甲基硅氧烷膜热交联为一体。
5.根据权利要求4所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器的使用方法，其特征在于：步骤1.6具体如下：
将纳米胶囊悬浊液均匀涂布在聚二甲基硅氧烷膜上，然后在纳米胶囊涂层上涂布等容量的GA溶液，最后在120℃烘箱中交联1h；
其中，纳米胶囊悬浊液：0.2g AgNPs@ZIF-8在49.8g去离子水中超声40min，然后加入0.2g 聚乙烯醇，在60℃下搅拌至聚乙烯醇完全溶解，最后加入49.8g甲醇改善悬浊液挥发性；
戊二醛溶液：0.2g GA溶解于49.9g去离子水和49.9g丙酮的混合溶液中。
6.根据权利要求4所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器的使用方法，其特征在于：步骤三具体如下：
步骤3.1：采集有毒污水（2）源头周边的泥土或污垢；
步骤3.2：悬浮培养步骤3.1采集的样品中浸出的微生物；
步骤3.3：逐步将悬浮培养基（1）中的碳源替换为有机毒污并继续培养，获得降解菌；
步骤3.4：保持悬浮培养基（1）的温度及成分稳定，并定期清除悬浮培养基（1）中的菌膜、沉积物、以及絮状悬浮物，使非絮凝菌成为悬浮培养基（1）中的优势种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211679934.3A CN116119836B (zh) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211679934.3A CN116119836B (zh) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116119836A CN116119836A (zh) | 2023-05-16 |
| CN116119836B true CN116119836B (zh) | 2024-03-08 |
Family
ID=86296613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211679934.3A Active CN116119836B (zh) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116119836B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111871226A (zh) * | 2020-01-22 | 2020-11-03 | 南开大学 | 一种针对液-液膜萃取过程的纳米纤维复合膜及其制备方法 |
| CN114210210A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-03-22 | 南开大学 | 针对液-液膜萃取高效抗污染纳米纤维复合膜及制备方法 |
| CN114768809A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-07-22 | 东华大学 | 一种金属有机骨架衍生的缺陷态催化膜及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-12-26 CN CN202211679934.3A patent/CN116119836B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111871226A (zh) * | 2020-01-22 | 2020-11-03 | 南开大学 | 一种针对液-液膜萃取过程的纳米纤维复合膜及其制备方法 |
| CN114210210A (zh) * | 2021-11-09 | 2022-03-22 | 南开大学 | 针对液-液膜萃取高效抗污染纳米纤维复合膜及制备方法 |
| CN114768809A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-07-22 | 东华大学 | 一种金属有机骨架衍生的缺陷态催化膜及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116119836A (zh) | 2023-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101090881B1 (ko) | 멤브레인 생물반응기 | |
| US7897048B2 (en) | Membrane bioreactor and sewage treatment method | |
| CN1241843C (zh) | 使用磁性污泥的废水处理方法 | |
| CN112426888B (zh) | 一种联合抑制膜生物污染改性超滤膜及其制备方法和应用 | |
| CN102153250B (zh) | 焦化废水处理系统及方法 | |
| CN108017793A (zh) | 一种缓释聚氨酯网状载体的制备方法及其化工废水处理中的应用 | |
| US10227246B2 (en) | Method for the treatment of industrial waste | |
| JP2004081926A (ja) | 藻類及びミクロシスチンの処理剤並びに処理方法 | |
| CN116119836B (zh) | 一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法 | |
| CN101948164B (zh) | 海水工厂化养殖循环水净化系统中生物膜快速构建方法 | |
| CN110656103A (zh) | 一种提高微生物固定化效率的复合固定化载体及制备方法和用途 | |
| Rothemund et al. | Biofilms growing on gas permeable membranes | |
| CN104388334B (zh) | 一种液态复合菌剂的制备方法及其应用 | |
| CN109502933A (zh) | 一种含有聚丙烯酰胺废水的处理方法及系统 | |
| Siripattanakul-Ratpukdi et al. | Municipal wastewater treatment using barium alginate entrapped activated sludge: adjustment of utilization conditions | |
| CN208265859U (zh) | 用于研究微生物降解废水有机物的实验装置 | |
| CN108315317B (zh) | 一种pva-em菌载体颗粒的制备方法 | |
| CN111470637A (zh) | 一种去除水体中的污染物的方法和水体治理系统 | |
| AU2005243606B2 (en) | Membrane bioreactor | |
| CN113185005B (zh) | 一种生物法在线再生活性炭类吸附载体的方法 | |
| CN112978901A (zh) | 原位培养管道生物膜的反应器及其方法 | |
| Taşkan et al. | The Effect of Different Gas Pressures and Quorum Quenching Method on the Performance of Membrane Aerated Biofilm Reactor (MABR) | |
| CN115403134A (zh) | 一种电驱动微生物的三相界面反应器及其应用 | |
| CN115287246A (zh) | 一种高效选育疏水性voc降解菌的方法 | |
| CN106630194A (zh) | 一种适用于海洋环境氟氯氰菊酯污染的微生物修复方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |