申请日2017.12.13
公开(公告)日2018.05.08
IPC分类号C02F3/34; C12N11/08; C02F101/32; C02F101/34
摘要
本发明公开了一种基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，内容包括：(1)废水来源为经过了除油、脱酚、吹氨等预处理及厌氧消化和好氧生化处理后的煤化工废水，废水水质不达标，仍有多环芳烃、含氮杂环等难降解物质存在。(2)针对难降解有机物，以纳米氧化铜改性后聚乙烯醇(PVA)吸水海绵材料为载体，利用难降解有机物驯化筛选优势菌群，进行基于活细胞固定化技术的煤化工废水生化方法深度处理，发现固定化菌群对普通生化处理方法难以去除的有机物具有稳定高效的降解性能，最终实现了煤化工废水的无害化处理，对实际废水处理提供有益的借鉴。
权利要求书
1.一种基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对煤化工废水进行物化预处理及常规生化处理;
步骤2，将驯化过后的优势菌群负载到改性纳米氧化铜(CuO NPs)-聚乙烯醇(PVA)基海绵载体上，制备固定化菌群，利用所得固定化菌群进一步吸附和代谢步骤1中难降解的有机物，实现废水的无害化排放。
2.根据权利要求1所述基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，其特征在于，所述改性纳米氧化铜(CuO NPs)-聚乙烯醇(PVA)基海绵载体的制备方法如下：
(1)PVA基海绵的预处理：先用质量浓度5%-8%的盐酸浸泡搅拌20min-30min，纯水冲洗两遍，再用质量浓度5%-8%的氢氧化钠浸泡搅拌20min-30min，纯水冲洗至pH=6-8，纯水浸泡超声1h-2h，50℃-60℃烘干;
(2)改性纳米氧化铜(CuO NPs)-聚乙烯醇(PVA)基海绵载体的制备：将预处理过的PVA基海绵0.2g-0.3g，加入到80mL-150mL浓度为50mg/L-150mg/L的纳米氧化铜溶液中，在超声波反应器中充分混合30min-40min，然后将负载了CuO NPs的PVA基海绵分离出来，50℃-60℃下真空干燥10-15小时，即得纳米氧化铜-聚乙烯醇基海绵材料。
3.根据权利要求1所述基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，其特征在于，所述优势菌群的驯化方法如下：
以活性污泥为菌源，加入自来水 稀释，室温下好氧培养，静置后取上清液接种于培养基中培养富集，富集后将细菌用灭菌无机盐清洗，同时投加到无机盐培养基中进行驯化培养，以所述难降解的有机物为碳源，接种并反复驯化，以体系的TOC为指标监测细菌降解有机物情况，最终采用平板划线法分离纯化得到降解效果满足要求的菌群。
4.根据权利要求3所述基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，其特征在于，所述自来水与活性污泥的质量比为1：1，所述好氧培养的时间为24h，DO浓度2.0-3.0mg/L，所述培养基为LB培养基，培养24h，所述上清液用量为15mL，接种于85mL灭菌的培养基中培养富集。
5.根据权利要求3所述基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，其特征在于，所述无机盐培养基成分为：Na2HPO4 4.26g/L，KH2PO4 2.65g/L，MgSO4·7H2O 0.20g/L，CaCl2 0.02g/L，MnSO4·7H2O 0.002g/L，(NH4)2SO4 0.4g/L及1mL/L的微量元素，微量元素的具体配方为：FeCl2·4H2O 1.50g/L,CuCl2·2H2O 0.002g/L,MnSO4·7H2O 0.10g/L,Na2MoO4·2H2O 0.024g/L,ZnCl2 0.006g/L,H3BO3 0.07g/L，培养基pH调至7.0，在121℃灭菌25min，冷却后备用。
6.根据权利要求3所述基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，其特征在于，所述难降解的有机物为以15%的接种量反复驯化，所述难降解的有机物的起始浓度为20mg·L-1，以20mg·L-1的梯度逐渐增大至浓度为200mg/L。
7.根据权利要求3所述基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，其特征在于，所述制备固定化菌群的过程如下：
用培养基富集分离到的优势菌群，无机盐清洗后制备成菌悬液，称取一定量的改性纳米氧化铜(CuO NPs)-聚乙烯醇(PVA)基海绵载体，灭菌后冷却至室温，向反应容器中加入菌悬液，再加入所述难降解的有机物作为碳源，好氧培养，通过TOC监测有机物降解完全，即完成菌群的固定化过程。
8.根据权利要求7所述基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，其特征在于，将固定化了菌群的改性纳米氧化铜(CuO NPs)-聚乙烯醇(PVA)基海绵载体取出，用灭菌的MSM缓慢清洗两遍去除表面的自由菌，用于后续的煤化工废水深度处理。
9.根据权利要求7所述基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，其特征在于，所述难降解的有机物为喹啉、苯酚和萘中的一种或者多种。
10.根据权利要求9所述基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，其特征在于，所述无机盐为MSM，OD600=1.0±0.1，反应容器中载体与菌悬液的固液比例为12-15g/L，单一难降解的有机物的加入量均为100mg/L，其中萘预先溶于丙酮中。
说明书
一种基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法
技术领域
本发明属于污水、废水处理技术领域，特别涉及一种基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法。
背景技术
煤化工行业在迅速发展的同时带来了较大环境问题。煤化工项目需水量巨大，不管是传统煤化工还是新型煤化工，其生产过程中均会产生大量的工业废水，其中包括焦化废水、兰炭废水、煤气化及煤液化生产废水等，这些废水含有酚、氨氮、石油烃、多环芳烃、含氮杂环、氰化物等多种有毒有害污染物质，成份复杂，浓度高、毒性大，性质稳定，属较难生化降解的高浓度有机工业废水，其污染控制一直是国内外工业废水污染控制的重大难题。煤化工废水的治理及回用技术逐步成为制约煤化工行业迅速发展的瓶颈，寻求经济有效的废水处理方法具有十分重要意义。
现有的煤化工废水的处理一般是先进行针对性的物化预处理，再进行生物处理，最后进行深度处理。废水预处理主要包括除油、脱酚、蒸氨、去除悬浮固体等，生物处理常用工艺包括A2O、A/O、SBR、UASB等。煤化工废水COD、氨氮和酚的浓度高，含难降解有机物，为了更好处理该种废水，一般的生化处理工艺难以达到理想效果，出水COD由于含难降解有机物或其他物质存在而不能达标排放，因此需要进行深度处理。常用的深度处理方法包括化学混凝、吸附、高级氧化技术，膜分离技术等，这些物理化学方法普遍存在成本和维护费用较高，易造成二次污染等问题，因此寻求更加环境友好的深度处理方法对煤化工行业废水处理意义重大。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，筛选高效利用难降解有机物的菌群，采用固定化技术制备固定化细胞对废水进行深度处理，解决煤化工废水中常规生物处理单元降解效率低，出水水质差，物理化学深度处理方法成本高、易导致二次污染等问题，最终实现煤化工废水无害化处理。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于活细胞固定化技术的煤化工废水深度处理方法，包括如下步骤：
步骤1，对煤化工废水进行物化预处理及常规生化处理;经过该步骤处理后，废水中仍还有多环芳烃、挥发酚等难降解有机物，例如喹啉、苯酚、萘等;
步骤2，将驯化过后的优势菌群负载到改性纳米氧化铜(CuO NPs)-聚乙烯醇(PVA)基海绵载体上，制备固定化菌群，利用所得固定化菌群进一步吸附和代谢步骤1中难降解的有机物，实现废水的无害化排放。
所述改性纳米氧化铜(CuO NPs)-聚乙烯醇(PVA)基海绵载体的制备方法如下：
(1)PVA基海绵的预处理：先用质量浓度5%-8%的盐酸浸泡搅拌20min-30min，纯水冲洗两遍，再用质量浓度5%-8%的氢氧化钠浸泡搅拌20min-30min，纯水冲洗至pH=6-8，纯水浸泡超声1h-2h，50℃-60℃烘干;
(2)改性纳米氧化铜(CuO NPs)-聚乙烯醇(PVA)基海绵载体的制备：将预处理过的PVA基海绵0.2g-0.3g，加入到80mL-150mL浓度为50mg/L-150mg/L的纳米氧化铜溶液中，在超声波反应器中充分混合30min-40min，然后将负载了CuO NPs的PVA基海绵分离出来，50℃-60℃下真空干燥10-15小时，即得纳米氧化铜-聚乙烯醇基海绵材料。
所述优势菌群的驯化方法如下：
以活性污泥为菌源，加入自来水稀释，室温下好氧培养，静置后取上清液接种于培养基中培养富集，富集后将细菌用灭菌无机盐清洗，同时投加到无机盐培养基中进行驯化培养，以所述难降解的有机物为碳源，接种并反复驯化，以体系的TOC为指标监测细菌降解有机物情况，最终采用平板划线法分离纯化得到降解效果满足要求的菌群。
所述自来水与活性污泥的质量比为1：1，所述好氧培养的时间为24h，DO浓度2.0-3.0mg/L，所述培养基为LB培养基，培养24h，所述上清液用量为15mL，接种于85mL灭菌的培养基中培养富集。
所述无机盐培养基成分为：Na2HPO4 4.26g/L，KH2PO4 2.65g/L，MgSO4·7H2O0.20g/L，CaCl2 0.02g/L，MnSO4·7H2O 0.002g/L，(NH4)2SO4 0.4g/L及1mL/L的微量元素，微量元素的具体配方为：FeCl2·4H2O 1.50g/L,CuCl2·2H2O0.002g/L,MnSO4·7H2O 0.10g/L,Na2MoO4·2H2O 0.024g/L,ZnCl2 0.006g/L,H3BO3 0.07g/L，培养基pH调至7.0，在121℃灭菌25min，冷却后备用。
所述难降解的有机物为以15%的接种量反复驯化，每一种难降解的有机物的起始浓度为20mg·L-1，以20mg·L-1的梯度逐渐增大至浓度为200mg/L。
所述制备固定化菌群的过程如下：
用培养基富集分离到的优势菌群，无机盐清洗后制备成菌悬液，称取一定量的改性纳米氧化铜(CuO NPs)-聚乙烯醇(PVA)基海绵载体，121℃灭菌25分钟，灭菌后冷却至室温，向反应容器中加入菌悬液，再加入所述难降解的有机物作为碳源，好氧培养，通过TOC监测有机物降解完全，即完成菌群的固定化过程。
将固定化了菌群的改性纳米氧化铜(CuO NPs)-聚乙烯醇(PVA)基海绵载体取出，用灭菌的MSM缓慢清洗两遍去除表面的自由菌，用于后续的煤化工废水深度处理。
所述难降解的有机物为喹啉、苯酚和萘中的一种或者多种。
所述培养基为LB培养基，所述无机盐为MSM，OD600=1.0±0.1，反应容器中载体与菌悬液的固液比例为12-15g/L，单一难降解的有机物的加入量均为100mg/L，其中萘预先溶于丙酮中。
与现有技术相比，本发明选用新型纳米氧化铜改性后的PVA吸水海绵材料作为载体固定优势菌种，利用混合有机物驯化和筛选了针对难降解有机物处理的高效菌群，固定化后微生物对煤化工废水有较高的耐受性，能够达到较好的降解效果，微生物方法深度处理工艺不存在二次污染，实现了煤化工废水的最终无害化处理。
