申请号CN200910117534
申请日2009.10.23
公开(公告)号CN101696073A
公开(公告)日2010.04.21
IPC分类号C02F9/14; C02F3/34; C02F1/26
摘要
本发明提供一种能有效提高微生物对有机污染物的耐受性能和萃取相性能的两相分配生物反应器。该反应器包括池体，在池体设置有滤网，各滤网间自下而上交替设置有固相萃取剂床层和固定化微生物载体床层;在池体下部设有曝水系统和曝气系统;在池体上部设有出水管。其中固相萃取剂床层的固相萃取剂为聚砜包埋壬醇或聚砜包埋有机蒙脱土形成的固相萃取剂。本发明将大孔载体固定化微生物引入两相分配生物反应器，使其具有更好的生物耐受性;引入壬醇/聚砜或有机蒙脱土/聚砜固体萃取剂，解决了有机萃取相可被生物降解、抑制微生物生长以及曝气过程中产生大量泡沫造成微生物损失等问题;所得固体萃取剂吸附量大，吸附速率高，并可用混合菌群处理复杂废水。
翻译权利要求书
1.一种两相分配生物反应器，包括池体(13)，其特征在于：在池体内设置有滤网(3)，各滤网间自下而上循环设置有固相萃取剂床层(4)和固定化微生物载体床层(5);在池体下部设有曝水系统和曝气系统;在池体上部设有出水管(2)。
2.如权利要求1所述的两相分配生物反应器，其特征在于：所述固相萃取剂床层的固相萃取剂为聚砜包埋壬醇或聚砜包埋有机蒙脱土形成的固相萃取剂。
3.如权利要求1所述的两相分配生物反应器，其特征在于：所述固定化微生物载体床层为改性纳米SiOx复合聚氨酯泡沫，X=1.2～1.6。
4.如权利要求2所述的两相分配生物反应器，其特征在于：所述聚砜包埋壬醇形成固相萃取剂的制备方法，是在机械搅拌条件下，将聚砜以1∶5～1∶10重量体积比溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮中，加入聚砜质量3～4倍的壬醇搅拌均匀后，用带有12#针头的针管滴入0.1～0.3wt.%的斯盘-80水溶液中形成盘状小球，并在蒸馏水中浸泡24h后，晾干即可。
5.如权利要求2所述的两相分配生物反应器，其特征在于：所述聚砜包埋有机蒙脱土形成固相萃取剂的制备方法，是将聚砜以1∶10～1∶15的重量体积比在机械搅拌下溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮中，加入聚砜质量0.2～1.5倍的有机蒙脱土搅拌均匀，在搅拌下用带有12#针头的针管滴入质量浓度15～35%的乙醇中，形成球状物，并将球状物在蒸馏水中浸泡24h后真空干燥即得固体萃取剂。
6.如权利要求1所述的两相分配生物反应器用于处理高浓度难降解有机废水。
说明书
两相分配生物反应器及其在处理高浓度有机废水中的应用
技术领域
本发明属于化学、材料及环境学科的交叉领域，涉及一种两相分配生物反应器;同时还涉及两相分配生物反应器在处理高浓度有机废水中的应用。
背景技术
两相分配系统常用于分离科学领域，20世纪70年代兴起的两相分配生物反应器(TPPB)受到人们的高度重视，80年代，该技术已在抽提发酵生产过程中得到了广泛应用。1996年，Munro和Daugulis率先开展了两相分配反应器用于有毒有害有机污染物的降解研究。传统意义上来说，两相分配生物反应器就是用疏水有机溶剂作为一个储存和传递污染物的载体，把水中的高浓度的有机污染物提取出来，降低了水中有毒底物的浓度，进而进行生物降解。底物在有机溶剂和水中的转移是靠热力学平衡自由控制的，在水相中的微生物对有毒底物的降解破坏了这个平衡，为了保持平衡，有机相中的有毒底物又向水相中转移。在这种方式下，污染物向两相分配生物反应器中的扩散速度就完全依赖于微生物的代谢活性，因此污染物的降解由系统内自身微生物的代谢所控制，进而实现了体系的自控。TPPB系统已经被证明，在对有毒有机物污染的水体、大气及土壤等环境的治理中，两相分配生物反应器已初步显示出了重要作用。但是由于萃取有机相有可能被生物降解、抑制微生物生长以及曝气过程中产生大量泡沫造成微生物损失等问题，因此给此系统的广泛应用带来了限制。基于上述原因，单一菌种和无菌操作技术就必须被应用到此系统中。但这样不仅增加了成本，而且还不能彻底解决问题，离实际应用更加遥远。因此，解决两相分配生物反应器系统的关键性问题就是提高微生物对有机污染物的耐受性和萃取相的性能。另外，传统的两相生物反应器中的萃取剂为液相，不能动态处理废水，离实际应用还比较遥远。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效提高微生物对有机污染物的耐受性能和萃取相性能的两相分配生物反应器。
本发明的另一目的是提供两相分配生物反应器在处理高浓度有机废水中的应用。
本发明的两相分配生物反应器，包括池体，在池体内设置有滤网，各滤网间自下而上循环设置有固相萃取剂床层和固定化微生物载体床层;在池体下部设有曝水系统和曝气系统;在池体上部设有出水管。图1为本发明两相分配生物反应器的结构示意图。
所述固相萃取剂床层的固相萃取剂为聚砜包埋壬醇或聚砜包埋有机蒙脱土形成的固相萃取剂。
其中聚砜包埋壬醇形成固相萃取剂的制备方法，是在机械搅拌条件下，将聚砜以1∶5～1∶10重量体积溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮中，加入聚砜质量3～4倍的壬醇搅拌均匀后，用带有12#针头的针管滴入0.1～0.3wt.%的斯盘-80水溶液中形成盘状小球，并在蒸馏水中浸泡24h后，晾干即可。
壬醇/聚砜萃取剂对苯酚的吸附性能测试：称取6g壬醇/聚砜萃取剂，加入到起始浓度分别为1000、2000、3000、4000和7000mg/L的苯酚溶液中，磁力搅拌条件下，定时测定溶液中苯酚的浓度，结果如图2。从图2可以看出壬醇/聚砜萃取剂有很快的吸附速率(60分钟达到吸附平衡)和比较大的吸附量。
聚砜包埋有机蒙脱土形成固相萃取剂的制备方法，是将聚砜以1∶10～1∶15的重量体积比在机械搅拌下溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮中，加入聚砜质量0.2～1.5倍的有机蒙脱土，搅拌均匀后在搅拌下，用带有12#针头的针管滴入质量浓度15～35%的乙醇中，形成球状物，并将球状物在蒸馏水中浸泡24h后真空干燥即得固体萃取剂。
有机蒙脱土/聚砜萃取剂对苯酚的吸附性能测试：称取6g有机蒙脱土/聚砜萃取剂，加入到起始浓度为1000、2000、3000和4000mg/L的苯酚溶液中，磁力搅拌条件下，定时测定溶液中苯酚的浓度，结果如图3。从图3可以看出有机蒙脱土/聚砜萃取剂有较快的吸附速率(3小时达到吸附平衡)和很大的吸附量。
所述固定化微生物载体床层为改性纳米SiOx复合聚氨酯泡沫，X=1.2～1.6。其制备方法是在聚氨酯泡沫发泡过程中添加改性SiOx纳米粒子制备而成。
改性纳米SiOx复合聚氨酯泡沫具有的亲水性微环境将有利于固定微生物的代谢增殖，能增大生物负载量而提高生物反应效率;同时，因为纳米粒子的增强作用及其对交联结构的加强而改善与提高所得泡沫载体的化学与物理稳定性，赋予其良好的耐冲击性能。
本发明的两相分配生物反应器的池体为矩形或圆柱形，反应器内固定化微生物载体床层、固体萃取剂床层的数量可根据污水处理过程的实际需要，通过滤网的设置和调整。滤网网孔的大小也可根据大孔微生物载体和固体萃取剂的体积大小来调整。
本发明的两相分配生物反应器可根据反应器内投加的固定化微生物的不同种类和萃取剂的不同性能而构成不同的反应器类型。
本发明的两相分配生物反应器，用于处理高浓度有机废水：利用污水泵将高浓度有机废水经过反应器底部的进水管进入两相分配生物反应器，废水流经滤网上的固相萃取剂时，有机污染物在水相和固相达到平衡，进而降低了水中的有机污染物浓度;当底浓度的废水流经大孔载体填料及其固定化微生物时，进行生化处理，同时开启曝气系统使空气经曝气管上的微孔鼓出构成好氧工矿;在水流压力和曝气压力的双重推动下使处理出水从出水管流出。
本发明的两相分配生物反应器应用于高浓度及生物毒性有机废水的处理，疏水性污染物能较好地溶解于两相分配生物反应器废水处理系统中的非水溶液相(固相)，而在其水溶液相(液相)中的溶解性较差。生物降解反应在水溶液相或两相界面进行，污染物由固相萃取剂床层通过两相界面传递到水溶液相发生反应，污染物消耗速率则可由其传递速率和生物反应速率的相对大小控制。两相分配生物反应器的固相萃取剂床层充当污染物的富集器与储存库，一方面增加污染物溶解度、可实现高底物浓度的生物反应;另一方面通过缓释作用使生物反应相的污染物浓度维持在低于微生物的中毒水平，解除了污染物对其生物降解的抑制作用。
本发明相比现有技术具有如下优点：
1、本发明的两相分配生物反应器将大孔载体固定化微生物引入两相分配生物反应器，使其具有更好的生物耐受性;引入壬醇/聚砜与有机蒙脱土/聚砜两种固体萃取剂，以解决有机萃取相可被生物降解、抑制微生物生长以及曝气过程中产生大量泡沫造成微生物损失等问题;同时固体萃取剂吸附量大，吸附速率高，并可用混合菌群处理复杂废水。
2、本发明采用固相高分子萃取剂，可以连续动态处理废水。
3、本发明固态高分子萃取剂相对液体萃取剂，价格低廉，有效降低了反应器的成本。
