申请日2017.10.10
公开(公告)日2017.12.22
IPC分类号C02F3/28; C02F3/34; C12N1/36; C02F101/34
摘要
本发明提供了一种苯甲酸的厌氧生物降解方法，包括：在导电碳材料的存在下，苯甲酸降解菌对苯甲酸进行厌氧生物降解。本发明在苯甲酸厌氧降解过程中添加导电碳材料，能够提高苯甲酸厌氧降解的速率，其可以用于对含苯甲酸废水的处理，也可以用于对含苯甲酸固体废物的处理，加快处理速度，提高处理能力。实验结果表明，添加导电碳材料可以促进苯甲酸的厌氧降解，且导电碳材料的浓度越高，苯甲酸的生物降解速率越快。
权利要求书
1.一种苯甲酸的厌氧生物降解方法，包括：
在导电碳材料的存在下，苯甲酸降解菌对苯甲酸进行厌氧生物降解。
2.根据权利要求1所述的厌氧生物降解方法，其特征在于，所述导电碳材料选自活性炭、多壁碳纳米管或石墨烯。
3.根据权利要求1所述的厌氧生物降解方法，其特征在于，所述活性炭的质量与苯甲酸初始摩尔数的比例为1～20g：7～10mmol;
所述多壁碳纳米管的质量与苯甲酸初始摩尔数的比例为0.1～5g：7～10mmol;
所述石墨烯的质量与苯甲酸初始摩尔数的比例为50～200mg：7～10mmol。
4.根据权利要求3所述的厌氧生物降解方法，其特征在于，所述苯甲酸降解菌按照以下方法获得：
以苯甲酸作为底物对污水处理厂的厌氧消化池污泥进行驯化，驯化至1～10g原始底泥两周内将20～100mL10mM的苯甲酸完全。
5.根据权利要求1所述的厌氧生物降解方法，其特征在于，具体为：
将苯甲酸降解菌接种于含导电碳材料的培养基中，对苯甲酸进行厌氧生物降解。
6.一种含苯甲酸废水的处理方法，包括：
在导电碳材料的存在下，苯甲酸降解菌对含苯甲酸废水进行厌氧生物降解。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述导电碳材料选自活性炭、多壁碳纳米管或石墨烯。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述活性炭的质量与废水中苯甲酸初始摩尔数的比例为1～20g：7～10mmol;
所述多壁碳纳米管的质量与废水中苯甲酸初始摩尔数的比例为0.1～5g：7～10mmol;
所述石墨烯的质量与废水中苯甲酸初始摩尔数的比例为50～200mg：7～10mmol。
9.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述苯甲酸降解菌按照以下方法获得：
以苯甲酸作为底物对污水处理厂的厌氧消化池污泥进行驯化，驯化至1～10g原始底泥两周内将20～100mL10mM的苯甲酸完全。
10.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，具体为：
将苯甲酸降解菌接种于含导电碳材料的培养基中，对含苯甲酸废水进行厌氧生物降解。
说明书
含苯甲酸废水的处理方法以及苯甲酸厌氧生物降解方法
技术领域
本发明属于有机废水处理技术领域，尤其涉及一种含苯甲酸废水的处理方法以及苯甲酸厌氧生物降解方法。
背景技术
芳香族化合物是地球上最丰富的化合物之一，它以酚醛树脂、植物中的木质素单体以及芳香类的碳氢化合物等多种形式存在于自然界。随着工农业的迅猛发展，芳香族化合物被广泛应用于塑料、食品、染料、制革、合成橡胶和有机合成行业等，导致进入环境中的芳香族化合物越来越多，对动植物和人类的生存都构成了极大的危害，尤其是具有致畸、致癌、致突变的小分子如苯酚、苯胺等有机污染物。
另一方面，利用化学方法来处理高浓度的芳香族化合物废水时，往往存在着处理不完全，易带来二次污染等问题，例如高级氧化技术(AOP)对有机污染物具有很好的降解效果，矿化率能达到约80%，却对矿化产物乳酸类或胺类物质小分子无能为力，使溶液中的矿化产物多为乙二胺、苯胺或苯甲酸等一些小分子等。且苯甲酸类废水本身是一类常见的有机废水，许多苯甲酸类化合物被直接用于化工、食品、染料和医药工业，使其在一些工厂的排放废水中达到可观的浓度。此外，经研究发现，苯甲酸钠会对斑马鱼幼体具有神经毒性和肾毒性，这使得斑马鱼幼体在发育过程中出现肾畸形等发育不良情形等。
在自然条件下，在某些微生物的作用下，这类化合物的降解、变化及归宿，一直是人们关注的问题。有研究证明，苯甲酸是扁桃酸、甲苯等很多种芳香族化合物生物降解的中间产物，同时还是苯的厌氧降解的中间产物。许多不同结构的芳香族化合物可通过一系列反应被转化为苯甲酸或是苯甲酰-辅酶A(CoA)，并以此作为厌氧降解过程的中间体，如苯甲基脂肪酸、甲苯、酚等。因此开展苯甲酸的微生物降解途径及机理的研究，对于阐明很多环境污染物的降解，治理环境污染将起到很重要的指导作用。
在自然界中，苯甲酸存在几种不同的代谢途径，根据对氧的需求可分为有氧降解和厌氧降解。有氧降解以分子氧作为最终电子受体，而厌氧降解则以硝酸盐、硫酸盐、CO2或铁等作为最终电子受体。很多细菌具有厌氧降解苯甲酸的能力，如光合细菌、反硝化细菌、和硫铁还原细菌等，其降解步骤分为以下四步：1)CoA硫酯的形成;2)环还原;3)引入羟基集团;4)环开裂。然而在自然体系中，由于环境影响因素太复杂，苯甲酸厌氧生物降解速率很低，因而寻求一种显著提高厌氧体系下苯甲酸厌氧生物降解速率的方法是非常具有实用价值的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含苯甲酸废水的处理方法以及苯甲酸的厌氧生物降解方法，本发明提供的厌氧生物降解方法对苯甲酸的降解速率较快。
本发明提供了一种苯甲酸的厌氧生物降解方法，包括：
在导电碳材料的存在下，苯甲酸降解菌对苯甲酸进行厌氧生物降解。
本发明以苯甲酸为反应底物，在厌氧降解体系中添加导电碳材料，能够提高苯甲酸降解菌对苯甲酸的降解速度。
在本发明中，所述导电碳材料选自活性炭、多壁碳纳米管或石墨烯。
在本发明的一个实施例中，所述活性炭的质量与苯甲酸初始摩尔数的比例为1～20g：7～10mmol;
所述多壁碳纳米管的质量与苯甲酸初始摩尔数的比例为0.1～5g：7～10mmol;
所述石墨烯的质量与苯甲酸初始摩尔数的比例为50～200mg：7～10mmol。
在本发明中，所述苯甲酸降解菌按照以下方法获得：
以苯甲酸作为底物对污水处理厂的厌氧消化池污泥进行驯化，驯化至1～10g原始底泥两周内将20～100mL10mM的苯甲酸完全。
具体而言，所述苯甲酸降解菌的驯化按照以下方法操作：
1)利用苯甲酸培养基，取污水处理厂的厌氧消化池中污泥悬浮液进行离心分离，清洗多次，每次去掉上清液，保留底泥;
2)取3个血清瓶，在120血清瓶中，加入50mL的培养基，加入5g离心后的底泥(10%w/v)，底物只加10mM苯甲酸，顶空只含有N2和CO2，其比例为4:1;
3)定期检测苯甲酸消耗情况，待苯甲酸降解完全，在厌氧手套箱中再对培养基进行离心分离，保留底泥和加入新的培养基50mL，添加苯甲酸继续驯化，方法同上;
4)重复以上驯化实验，直至最终的苯甲酸能够在2周以内能完全降解为止，然后将各个小瓶中离心后的底泥放入800ml血清瓶，加入400mL培养基，和保证苯甲酸浓度为10mM，每隔2周更换一次培养基，并添加底物苯甲酸，作为苯甲酸降解菌群的母液。
本发明对所述苯甲酸厌氧降解的具体方法没有特殊限制，可以按照以下方法进行：
将苯甲酸降解菌接种于含导电碳材料的培养基中，对苯甲酸进行厌氧生物降解。
其中，培养基为适于苯甲酸降解菌生长、繁殖的培养基，本发明对其成分及含量并无特殊限制。该培养基中添加有导电碳材料，能够加速对苯甲酸的厌氧生物降解。
本发明还提供了一种含苯甲酸废水的处理方法，包括：
在导电碳材料的存在下，苯甲酸降解菌对含苯甲酸废水进行厌氧生物降解。
本发明中，所述导电碳材料选自活性炭、多壁碳纳米管或石墨烯。
在一个实施例中，所述活性炭的质量与废水中苯甲酸初始摩尔数的比例为1～20g：7～10mmol;
所述多壁碳纳米管的质量与废水中苯甲酸初始摩尔数的比例为0.1～5g：7～10mmol;
所述石墨烯的质量与废水中苯甲酸初始摩尔数的比例为50～200mg：7～10mmol。
本发明中，所述苯甲酸降解菌按照以下方法获得：
以苯甲酸作为底物对污水处理厂的厌氧消化池污泥进行驯化，驯化至1～10g原始底泥两周内将20～100mL10mM的苯甲酸完全。
具体而言，所述苯甲酸降解菌的驯化按照以下方法操作：
1)利用苯甲酸培养基，取污水处理厂的厌氧消化池中污泥悬浮液进行离心分离，清洗多次，每次去掉上清液，保留底泥;
2)取3个血清瓶，在120血清瓶中，加入50mL的培养基，加入5g离心后的底泥(10%w/v)，底物只加10mM苯甲酸，顶空只含有N2和CO2，其比例为4:1;
3)定期检测苯甲酸消耗情况，待苯甲酸降解完全，在厌氧手套箱中再对培养基进行离心分离，保留底泥和加入新的培养基50mL，添加苯甲酸继续驯化，方法同上;
4)重复以上驯化实验，直至最终的苯甲酸能够在2周以内能完全降解为止，然后将各个小瓶中离心后的底泥放入800ml血清瓶，加入400mL培养基，和保证苯甲酸浓度为10mM，每隔2周更换一次培养基，并添加底物苯甲酸，作为苯甲酸降解菌群的母液。
本发明对所述含苯甲酸废水进行处理的具体方法没有特殊限制，可以按照以下方法进行：
将苯甲酸降解菌接种于含导电碳材料的培养基中，对含苯甲酸废水进行厌氧生物降解。
其中，培养基为适于苯甲酸降解菌生长、繁殖的培养基，本发明对其成分及含量并无特殊限制，可以根据含苯甲酸废水中的成分进行调整。该培养基中添加有导电碳材料，能够加速对苯甲酸的厌氧生物降解。
本发明也可以按照以下方法对含苯甲酸的废水进行处理：
在含苯甲酸废水中添加导电碳材料，然后采用苯甲酸降解菌进行厌氧生物降解。
本发明在苯甲酸厌氧降解过程中添加导电碳材料，能够提高苯甲酸厌氧降解的速率，其可以用于对含苯甲酸废水的处理，也可以用于对含苯甲酸固体废物的处理，加快处理速度，提高处理能力。实验结果表明，添加导电碳材料可以促进苯甲酸的厌氧降解，且导电碳材料的浓度越高，苯甲酸的生物降解速率越快。
