一种用于处理酚类废水的复合生物质材料的制备方法

1.本发明涉及污废水生物处理技术领域，具体的，涉及一种用于处理酚类废水的复合生物质材料的制备方法。


背景技术：

2.含酚废水广泛来源于酚醛树脂、药物、油漆、润滑剂等各行业生产，由于酚类化合物在低浓度下也具有较高的毒性，含酚废水外排将对人类安全和自然环境造成的危害极大，因此开发有效的含酚废水处理技术尤为关键。
3.生物法在降解水中酚类化合物方面具有处理量大、成本低、应用范围广、不产生二次污染等显著的优势。然而在废水处理过程中有效微生物流失、系统启动时间长、菌种退化、降解效率低、污泥中毒等问题的出现仍在影响生物法处理含酚废水的应用推广。


技术实现要素：

4.本发明提出一种用于处理酚类废水的复合生物质材料的制备方法，制备出结构性能稳定、易回收再利用的用于处理酚类废水的复合生物质材料，解决了现有技术生物法降解酚类废水时有效微生物流失、处理系统启动延迟、初期降解效率低的问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.用于处理酚类废水的复合生物质材料的制备方法，包括以下步骤：
7.s1、将黑曲霉(aspergillus niger)孢子悬液接入菌丝球制备培养基中培养；
8.s2、将酚类降解菌(alcaligenes sp.)菌悬液和电气石接入培养基中继续培养即得所述复合生物质材料。
9.作为进一步的技术方案所述电气石为纳米粉末电气石，粒径为1500-2500目；
10.优选的，所述电气石采用75％乙醇浸泡消毒15-20min，去离子水冲洗3-5次；
11.优选的，所述电气石占所述菌丝球制备培养基质量的0.01％-0.02％。
12.作为进一步的技术方案，所述步骤s1中，黑曲霉孢子悬液的浓度为10
7-108个/ml；
13.优选的，所述黑曲霉孢子悬液按照0.5％-1％的体积比接入菌丝球制备培养基中培养。
14.作为进一步的技术方案，所述步骤s1中，菌丝球制备培养基成分为：蔗糖10g/l，nh4ci 1g/l，k2hpo4·
3h2o 0.5g/l，kh2po
4 0.5g/l，mgso
4 0.5g/l，去离子水1000ml。
15.作为进一步的技术方案，所述步骤s1中，培养时间为24-48h；优选的，培养温度30-35℃，140-160r/min恒温振荡培养。
16.作为进一步的技术方案，所述步骤s2中，酚类降解菌菌悬液的浓度为10
8-10
10
个/ml。
17.作为进一步的技术方案，所述酚类降解菌菌悬液占所述菌丝球制备培养基体积的3％-5％。
18.作为进一步的技术方案，所述步骤s2中，继续培养24-48h；优选的，培养温度30-35
℃，140-160r/min恒温振荡培养。
19.作为进一步的技术方案，菌丝球培养初期振荡转速160r/min，随着培养时间增加，适当降低振荡转速，但不低于140r/min。
20.作为进一步的技术方案，复合生物质材料制备完成后，滤掉培养基，并用去离子水冲洗截留的复合生物质材料，去除残留的培养基。
21.根据所述的用于处理酚类废水的复合生物质材料的制备方法得到的复合生物质材料，以黑曲霉菌丝球为生物质载体附载酚类降解菌和电气石的2-10cm微球颗粒。
22.本发明的有益效果为：
23.1、本发明发现以真菌菌丝球为主，结合酚类降解功能菌群和电气石制备的复合生物质材料，在处理含酚废水时能够在一定程度上解决有效微生物流失、处理系统启动延迟、初期降解效率低的问题，同时本发明的复合生物质材料利于回收、可重复使用。
24.2、黑曲霉形成的菌丝球生长条件易于控制、在水溶液中沉降性能良好、吸附能力强、酚类耐受良好、能与酚类降解功能菌群紧密结合，作为复合生物质材料的生物质载体具备优势。菌丝球由黑曲霉菌丝交织缠绕而成，比表面积大、孔隙率高，利于细菌的附着和传质。菌丝表面分泌的胞外聚合物以多糖为主要成分，有一定的黏性，利于细菌附着的同时，对细菌也有一定的保护，提升了菌群的抗冲击负荷能力。
25.3、电气石具有远红外辐射效应和自发电极性，可以减小水分子团簇体积，增强溶液中溶质的渗透性，促进微生物的生长和繁殖。在制备酚类废水的复合生物质材料时添加电气石，大幅度提升复合材料的环境适应能力、加速水处理系统启动。但是，单独使用电气石进行废水处理时，对酚类化合物的降解效果较差。
26.4、当仅仅采用活性污泥强化酚类降解菌群处理酚类废水时，出水达到稳定的时间比较长，迟缓期过长，但是本发明中，以黑曲霉菌丝球为生物质载体，附载酚类降解菌和电气石，三者协同增效，提高了对酚类化合物的降解能力，大幅度加速了污水处理系统启动，出水稳定。
附图说明
27.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.图1为实施例5中步骤s1得到的菌丝球的照片；
29.图2为实施例5中复合生物质材料的照片；
30.图3为实施例5中步骤s1得到菌丝球的sem图片；
31.图4为实施例5中复合生物质材料的sem图片。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
33.实施例1
34.一种复合生物质材料的制备方法，包括以下步骤：
35.s1、将浓度为107个/ml的黑曲霉孢子悬液按照0.5％体积比接入菌丝球制备培养基33℃、160r/min恒温振荡培养48h，菌丝球制备培养基成分为：蔗糖10g/l，nh4ci 1g/l，k2hpo4·
3h2o 0.5g/l，kh2po
4 0.5g/l，mgso
4 0.5g/l，去离子水1000ml。
36.s2、浓度为10
10
个/ml的酚类降解菌菌悬液按照4％体积比，电气石按照0.02％质量比，接入培养基中160r/min恒温振荡继续培养48h。
37.制备得到了以黑曲霉菌丝球为生物质载体附载酚类降解菌和电气石的2-10cm微球颗粒。
38.实施例2
39.一种复合生物质材料的制备方法，包括以下步骤：
40.s1、将浓度为107个/ml的黑曲霉孢子悬液按照0.4％体积比接入菌丝球制备培养基30℃、150r/min恒温振荡培养48h，菌丝球制备培养基成分为：蔗糖10g/l，nh4ci 1g/l，k2hpo4·
3h2o 0.5g/l，kh2po
4 0.5g/l，mgso
4 0.5g/l，去离子水1000ml。
41.s2、浓度为10
10
个/ml的酚类降解菌菌悬液按照3％体积比，电气石按照0.02％质量比，接入培养基中150r/min恒温振荡继续培养36h。
42.制备得到了以黑曲霉菌丝球为生物质载体附载酚类降解菌和电气石的2-10cm微球颗粒。
43.实施例3
44.一种复合生物质材料的制备方法，包括以下步骤：
45.s1、将浓度为108个/ml的黑曲霉孢子悬液按照0.3％体积比接入菌丝球制备培养基35℃、160r/min恒温振荡培养48h，菌丝球制备培养基成分为：蔗糖10g/l，nh4ci 1g/l，k2hpo4·
3h2o 0.5g/l，kh2po
4 0.5g/l，mgso
4 0.5g/l，去离子水1000ml。
46.s2、浓度为109个/ml的酚类降解菌菌悬液按照5％体积比，电气石按照0.01％质量比，接入培养基中140r/min恒温振荡继续培养24h，其中电气石选用纳米粉末电气石，粒径约2000目，采用75％的乙醇浸泡消毒20min，去离子水冲洗3次。
47.制备得到了以黑曲霉菌丝球为生物质载体附载酚类降解菌和电气石的2-10cm微球颗粒。
48.实施例4
49.一种复合生物质材料的制备方法，包括以下步骤：
50.s1、将浓度为108个/ml的黑曲霉孢子悬液按照0.3％体积比接入菌丝球制备培养基34℃、160r/min恒温振荡培养48h，菌丝球制备培养基成分为：蔗糖10g/l，nh4ci 1g/l，k2hpo4·
3h2o 0.5g/l，kh2po
4 0.5g/l，mgso
4 0.5g/l，去离子水1000ml。
51.s2、浓度为109个/ml的酚类降解菌菌悬液按照5％体积比，电气石按照0.01％质量比，接入培养基中140r/min恒温振荡继续培养48h，其中电气石选用纳米粉末电气石，粒径约2000目，采用75％的乙醇浸泡消毒20min，去离子水冲洗3次。
52.s3、复合生物质材料制备完成后，滤掉培养基，并用去离子水冲洗截留的复合生物质材料，去除残留的培养基。
53.制备得到了以黑曲霉菌丝球为生物质载体附载酚类降解菌和电气石的2-10cm微球颗粒。
54.实施例5
55.一种复合生物质材料的制备方法，包括以下步骤：
56.s1、将浓度为108个/ml的黑曲霉孢子悬液按照0.3％体积比接入菌丝球制备培养基34℃、160r/min恒温振荡培养48h，菌丝球制备培养基成分为：蔗糖10g/l，nh4ci 1g/l，k2hpo4·
3h2o 0.5g/l，kh2po
4 0.5g/l，mgso
4 0.5g/l，去离子水1000ml。
57.s2、浓度为109个/ml的酚类降解菌菌悬液按照5％体积比，电气石按照0.01％质量比，接入培养基中140r/min恒温振荡继续培养48h，其中电气石选用纳米粉末电气石，粒径约2000目，采用75％的乙醇浸泡消毒20min，去离子水冲洗3次。
58.制备得到了以黑曲霉菌丝球为生物质载体附载酚类降解菌和电气石的2-10cm微球颗粒。
59.本发明实施例中所用电气石的主要成分如表所示。
60.表1电气石主要成分及含量
[0061][0062]
本发明实施例中黑曲霉孢子悬液和酚类降解菌菌悬液按照如下步骤制备：
[0063]
(1)制备黑曲霉(aspergillus niger)孢子悬液。在无菌环境下，用接种环挑取斜面上的孢子，接种到灭菌后的去离子水中，采用血球计数法计数孢子，再用无菌去离子水稀释至指定浓度。
[0064]
(2)制备酚类降解菌(alcaligenes sp.)菌悬液。在无菌环境下，用接种环挑取斜面上的菌株，接种到灭菌后的去离子水中，采用血球计数法计数菌株，调整菌悬液至指定浓度。
[0065]
其中，黑曲霉采用黑曲霉alcaligenes niger y3；苯酚降解菌采用alcaligenes sp.phc，由吉林化工厂污水处理厂二沉污泥中分离得到，分离方法如下：
[0066]
菌悬液制备——将吉林化工污水处理厂二沉污泥制成菌悬液；
[0067]
富集培养——富集培养基选择添加苯酚的普通培养基，取菌悬液放入富集培养基中，30℃、120r/min振荡培养48h后放入新的富集培养基中继续培养，重复5次；
[0068]
菌株分离——将菌悬液进行梯度稀释，取不同浓度稀释液0.5ml接种到添加苯酚和硝酸铵的无机盐琼脂平板培养基上，涂布后30℃恒温培养48h，挑取单菌落菌株在平板培养基上反复划线分离培养，得到纯菌株，即alcaligenes sp.phc。
[0069]
图1为本发明实施例5中步骤s1得到的菌丝球的照片，图3为菌丝球的sem图片，图中，菌丝球由黑曲霉菌丝交织缠绕而成，比表面积大、孔隙率高。
[0070]
图2为实施例5中复合生物质材料的照片，该复合材料近球形结构，图4为该复合生物质材料的sem图片，图中，菌丝球上附载了电气石和酚类降解菌，孔隙度高，提高对酚类化合物的降解吸附能力。
[0071]
实验例：含酚类废水处理实验
[0072]
1#进水酚类化合物浓度
[0073]
2#采用活性污泥强化酚类降解菌的sbr处理系统出水酚类化合物浓度
[0074]
3#实施例5复合生物质材料sbr处理系统出水酚类化合物浓度
[0075]
(注：由于实施例1-5效果相近，以实施例5为例，其他实施例数据在此不在赘述)
[0076]
2#与3#的sbr处理系统处理的其他条件均相同，周期12h，其中包括5min进水，600min曝气(2l/h)，20min沉淀，水力停留时间(hrt)为20h，5min排水及90min的闲置时间。
[0077]
对含酚废水处理效果如表2所示。
[0078]
表2复合生物质材料处理含酚废水效果
[0079][0080]
注：1#代表进水酚类化合物浓度(mg/l)；2#代表采用活性污泥强化酚类降解菌群的处理系统出水酚类化合物浓度(mg/l)；3#代表采用复合生物质材料的处理系统出水酚类化合物浓度(mg/l)。
[0081]
其中废水中酚类化合物以苯酚和甲酚为主，活性污泥强化酚类降解菌群的处理系统，由于菌群流失和存在迟缓期，从第七个周期开始出水稳定，酚类化合物未检出；但是本发明实施例得到的复合生物质材料的处理系统，从第二个周期开始出水稳定，酚类化合物未检出。无论从酚类化合物降解效果，还是从系统启动速度来看，本发明制备的复合生物质材料都具有较好的优势。
[0082]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。