申请日2018.02.02
公开(公告)日2018.11.16
IPC分类号C02F9/14; C12M1/00; C12M1/02; C02F103/32
摘要
本实用新型提供一种利用石墨烯量子点处理废水的设备，包括光合细菌光生物反应器、石英管、循环液管路、紫外灯管;所述石英管设置在光合细菌光生物反应器内，石英管的一端为石墨烯量子点溶液的进口，另一端为石墨烯量子点溶液的出口，所述进口和出口连接循环液管路;在循环液管路连接进口的管段处，放置所述紫外灯管;所述光合细菌光生物反应器连接有废水储存槽、膜组件，所述膜组件连接有浓缩液储存罐和清液储存罐。本实用新型提出了一种生产高价值光合细菌的污水资源化利用设备，将处理啤酒废水与产出高价值营养物相结合，既可以实现废水中污染物的脱除，产生的生物量又可以提取高价值营养物，起到了环境保护、节约成本、回收资源的多重功效。
权利要求书
1.一种利用石墨烯量子点处理废水的设备，其特征在于，包括光合细菌光生物反应器、石英管、循环液管路、紫外灯管;
所述石英管设置在所述光合细菌光生物反应器内，石英管的一端为石墨烯量子点溶液的进口，另一端为石墨烯量子点溶液的出口，所述进口和出口连接所述循环液管路，构成石墨烯量子点溶液的循环回路;
在循环液管路连接进口的管段处，放置所述紫外灯管;
所述光合细菌光生物反应器连接有废水储存槽、膜组件，所述膜组件连接有浓缩液储存罐和清液储存罐。
2.根据权利要求1所述利用石墨烯量子点处理废水的设备，其特征在于，所述石英管竖直设置在所述光合细菌光生物反应器内，石英管的下端为进口，上端为出口。
3.根据权利要求1所述利用石墨烯量子点处理废水的设备，其特征在于，所述循环液管路为硅胶管。
4.根据权利要求1所述利用石墨烯量子点处理废水的设备，其特征在于，所述光合细菌光生物反应器包括有机玻璃制成的容器，在所述容器底部设置有遮光器件。
5.根据权利要求1所述利用石墨烯量子点处理废水的设备，其特征在于，所述循环液管路上设置有循环泵和循环液缓冲室。
6.根据权利要求1～5任一项所述利用石墨烯量子点处理废水的设备，其特征在于，所述光合细菌光生物反应器上部通过管路连接所述废水储存槽，光合细菌光生物反应器底部通过管路连接所述膜组件。
7.根据权利要求1～5任一项所述利用石墨烯量子点处理废水的设备，其特征在于，所述光合细菌光生物反应器内设置有搅拌器。
说明书
利用石墨烯量子点处理废水的设备
技术领域
本实用新型属于废水资源化技术领域，具体涉及一种利用量子点处理废水的设备。
背景技术
我国是啤酒生产大国，全国啤酒废水排放量达3亿m3。尽管啤酒废水为高浓度有机、无毒废水，但易于腐败，容易对水体环境造成危害。目前常用SBR、CASS、UASB等工艺进行处理，这些工艺流程长，同时会产生大量剩余污泥，并且无法有效地回收利用其中的有益物质。使用光合细菌处理啤酒废水能够有效地处理污染物，并且可以将其中的有用物质转化为生物量，回收高价值营养物。
光合细菌是一种分布广泛，集目前世界上所有代谢方式(包括光照自养，光照异养，化能自养，化能异养)为一体的微生物;其生长速度快、生长周期短，同时对有机物利用范围广，去除污染物效率高，很早就被用于处理废水。此外，光合细菌菌体无毒性，富含蛋白质、色素、维生素等多种生理活性物质，被广泛地应用于水产饲料添加剂、农作物肥料、瓜果保鲜剂、保健品、药剂等领域，具有极大的资源化潜力。因此，在本系统中，基于石墨烯量子点光致发光系统，提高光合细菌的光合作用效率，将更多的光能转化成光合细菌自身的生物质化学能，既可以做到废水中污染物的回收利用，产生的生物量又可以提取高价值营养物，实现了污水的处理与资源化利用。
量子点是直径在1-100nm之间的可以产生光致发光现象的半导体纳米粒子，它作为荧光探针，在细胞成像、生物标记、药物传输、医药科学方面的应用研究逐渐成为热点。石墨烯量子点同时具有石墨烯和量子点的特点，表现出更强的量子限域效应和边界效应。此外，石墨烯量子点还表现出低的细胞毒性、良好的水溶性和生物相容性、化学惰性、稳定的光致发光性能，具有应用于细胞成像、重金属离子检测、光催化、生物传感器等领域的良好前景。
石墨烯量子点优异的光致发光性能是人们关注的一个重要性质。研究表明，与传统的有机或无机荧光团相比，石墨烯量子点光致发光无光闪烁并具有显著的稳定性，且不易出现光漂白、光衰减等现象。它的荧光特性应用开始成为研究热点。
目前，光合细菌培养多采用光照厌氧模式，光源为光谱均匀的白炽灯。但是白炽灯光源不能保持长期稳定，衰减较快，且白炽灯发光效率低，使用寿命短，耗电量大。而石墨烯量子点光致发光特性能够弥补这些缺点，为光合细菌生长提供稳定光源。
实用新型内容
针对本技术领域存在的不足之处，本实用新型的目的是提出一种利用石墨烯量子点处理废水的设备。
实现本实用新型上述目的技术方案为：
一种利用石墨烯量子点处理废水的设备，包括光合细菌光生物反应器、石英管、循环液管路、紫外灯管;
所述石英管设置在所述光合细菌光生物反应器内，石英管的一端为石墨烯量子点溶液的进口，另一端为石墨烯量子点溶液的出口，所述进口和出口连接所述循环液管路，构成石墨烯量子点溶液的循环回路;
在循环液管路连接进口的管段处，放置所述紫外灯管;
所述光合细菌光生物反应器连接有废水储存槽、膜组件，所述膜组件连接有浓缩液储存罐和清液储存罐。
其中，所述石英管竖直设置在所述光合细菌光生物反应器内，石英管的下端为进口，上端为出口。
其中，所述循环液管路为硅胶管。
其中，所述光合细菌光生物反应器包括有机玻璃制成的容器，在所述容器底部设置有遮光器件。
进一步地，所述循环液管路上设置有循环泵和循环液缓冲室;
所述光合细菌光生物反应器上部通过管路连接所述废水储存槽，光合细菌光生物反应器底部通过管路连接所述膜组件;光合细菌光生物反应器内设置有搅拌器。
采用本实用新型的设备，一种利用石墨烯量子点处理废水的方法，包括步骤：
1)调整废水的浓度，至其中COD为6000-10000mg/L;加入氮源和磷源调节废水中的碳氮磷比;所述废水为啤酒废水、大豆加工废水、糖蜜废水中的一种或多种;
2)以接种量为200-500mg/L干重接种处于对数生长期的光合细菌于废水中，调节pH值至6.8-7.0;
3)用波长为365nm的紫外线为激发光连续照射石墨烯量子点溶液，使其中的石墨烯量子点吸收能量，电子从高能级跃迁回基态发出波长为550-620nm的荧光作为光合细菌生长的光源;用流动的石墨烯量子点溶液照射接种了光合细菌的废水;
4)待光合细菌生长到达平台期，利用滤膜进行菌水分离，得到光合细菌浓缩液和膜滤清水，将所述光合细菌浓缩液用于提取类胡萝卜素、菌绿素。
优选地，步骤1)中，所述氮源为NH4Cl、硫酸铵、硝酸铵中的一种或多种，所述磷源为KH2PO4、K2HPO4、NaH2PO4、Na2HPO4中的一种或多种，加入氮源和磷源以调节废水中C/N/P=(180-220)：(4-6)：1。
其中，步骤2)中，以接种量为350-400mg/L干重接种光合细菌于废水中，用氢氧化钠和/或盐酸调节pH值至6.8-7.0;所述光合细菌为荚膜红细菌、类球红细菌、沼泽红假单胞菌中的一种或多种。
进一步地，所述光合细菌为荚膜红细菌、类球红细菌、沼泽红假单胞菌3种以1：(1-2)：(1-2)体积比的混合。
其中，步骤3)中，所述氧化石墨烯量子点溶液的浓度为1-50mg/L，优选6-10mg/L;相对于体积为10L的废水，氧化石墨烯量子点溶液的流量为1-5L/min。其中量子点粒径为1-2nm。
其中，步骤3)中，所述步骤5)中连续培养45-60h后，优选培养45-50h后，利用超滤膜进行菌水分离。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型提出了一种生产高价值光合细菌的污水资源化利用设备，将处理啤酒废水与产出高价值营养物相结合，既可以实现废水中污染物的脱除，产生的生物量又可以提取高价值营养物，起到了环境保护、节约成本、回收资源的多重功效。
本实用新型提出的石墨烯量子点光致发光系统利用溶液中的荧光替代传统白炽灯，在提高光合细菌的光能利用率的同时节约了经济成本，并且可通过改变溶液浓度实现发射光光照度的调整，提高光合细菌色素的积累，增强操作的灵活性。
