公布日：2023.06.27
申请日：2023.03.27
分类号：C02F3/00(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I
摘要
本发明涉及水处理领域，公开了一种基于电化学强化好氧微生物处理DMSO工业废水的方法，包括：（1）亲电好氧微生物驯化：将好氧微生物投至废水电解装置的水环境中，投入微生物培养液，通电和通氧，进行预驯化，然后连续通入DMSO工业废水进行二次驯化；（2）DMSO废水降解：在通电以及通氧条件下向废水电解装置中连续通入DMSO工业废水进行降解处理，期间调节盐度和pH后。本发明采用负载有好氧微生物的废水电解装置来处理DMSO工业废水，相对于厌氧微生物，好氧微生物对废水中有机物的降解更快、更完全，并且不会产生臭气，此外电解的电流和电压极限更高。
权利要求书
1.一种基于电化学强化好氧微生物处理DMSO工业废水的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）亲电好氧微生物驯化：将好氧微生物投至废水电解装置的水环境中，向水环境中投入微生物培养液，通电和通氧，进行预驯化，然后连续通入DMSO工业废水进行二次驯化，当废水COD达到目标值后，驯化结束；（2）DMSO废水降解：在通电以及通氧条件下向废水电解装置中连续通入DMSO工业废水进行废水降解处理，期间调节盐度和pH，直至废水COD低于目标值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述好氧微生物为短芽孢杆菌。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述短芽孢杆菌命名为JSCW-2022-A1324，已于2022年05月12日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，其微生物保藏编号为CGMCCNo.24887，微生物分类命名为短芽孢杆菌Brevibacillus.sp.。
4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于：步骤（1）和（2）中，所述通电的电压为1-4V，电流为10-70mA。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述预驯化的时间为2-4h。
6.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，以体系容量1000L计，所述DMSO工业废水先以1-3L/h的进水速度保持4-6h；后以4-6L/h的进水速度保持10-15h。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述DMSO工业废水的原水COD为110000-140000mg/L，二次驯化后的COD数值为3000-6000mg/L。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，调节盐度为0-8wt%，pH为7-12。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述DMSO工业废水的进水速度为15-25L/h；直至废水COD低于目标值30000mg/L后结束处理。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述废水电解装置为无隔膜废水电解装置，包括：电解池单元，包括：外层支撑壳体；外层支撑壳体上设有进水管路和出水管路；作为阴极的阴极壳体，设于外层支撑壳体内；作为阳极的阳极柱，设于外层支撑壳体内且不与阴极壳体接触；阳极柱用于负载好氧微生物；曝气单元，通过管路与外层支撑壳体的底部连通；电化学供电单元，分别与阳极和阴极电连接。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于电化学强化好氧微生物处理DMSO工业废水的方法。本发明采用负载有好氧微生物的废水电解装置来处理DMSO工业废水，相对于厌氧微生物，好氧微生物对废水中有机物的降解更快、更完全，并且不会产生臭气，此外电解的电流和电压极限更高。
本发明的具体技术方案为：一种基于电化学强化好氧微生物处理DMSO工业废水的方法，包括以下步骤：(1)亲电好氧微生物驯化：将好氧微生物投至废水电解装置的水环境中，向水环境中投入微生物培养液，通电和通氧，进行预驯化，然后连续通入DMSO工业废水进行二次驯化，当废水COD达到目标值后，直至废水由黑色转变为黄白色，驯化结束。
(2)DMSO废水降解：在通电以及通氧条件下向废水电解装置中连续通入DMSO工业废水进行废水降解处理，期间调节盐度和pH，直至废水COD低于目标值。
本发明采用废水电解装置并配合好氧微生物来处理DMSO工业废水，较于传统的厌氧微生物，好氧微生物在有游离氧(分子氧)存在的条件下降解有机物，其反应速度较快，对有机物降解更为完全，去除率通常高于厌氧微生物；处理过程中散发的臭气较少；对电流和电压的极限较高。
此外，相较于单一的电解处理降解DMSO，电化学强化作用体现在：可以通过直接电子传递和间接电子传递作用，促进好氧微生物的生长繁殖，从而提高水体中的菌种密度。与此同时，在电化学作用下，好氧微生物利用有机污染物碳源进行自身代谢的能力提高，从而显著降低DMSO废水的COD指标。
作为优选，步骤(1)中，所述好氧微生物为短芽孢杆菌。
作为优选，步骤(1)中，所述短芽孢杆菌命名为JSCW-2022-A1324，已于2022年05月12日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，其微生物保藏编号为CGMCCNo.24887，微生物分类命名为短芽孢杆菌Brevibacillus.sp.。
本发明选用的好氧微生物为短芽孢杆菌，其与现有的其他短芽孢杆菌相比，具有更强的耐盐、耐碱和耐电流能力，因此能完美适配本发明电解高盐高碱废水应用场景。具体地，本发明短芽孢杆菌可耐受8％盐度、pH＝12的DMSO工业废水，并且在80mA电流下仍可存活7天以上，且仍具有降解有机物能力。故本发明电流最大载荷为70mA，电压最大载荷4V，远远高于普通微生物电解池的电压电流(0.5-1V，10mA)。
作为优选，步骤(1)和(2)中，所述通电的电压为1-4V，电流为10-70mA。
作为优选，步骤(1)中，所述预驯化的时间为2-4h。
作为优选，步骤(1)中，加入所述微生物培养液后，体系中各成分浓度如下：葡萄糖0.5-1.5g/L，甲醇0.5-1.5g/L，磷酸氢二钾0.2-0.3g/L，硫酸铵1.5-2.5g/L，微量元素液0.5-1.5mL/L(每升微量元素液含硫酸亚铁0.4g，硫酸镍0.2g，硫酸铜0.04g，硫酸锰0.4g，硫酸钴0.05g，钼酸铵0.05g，硫酸锌0.05g)，酵母膏0.15-0.25g/L，胰蛋白胨0.15-0.25g/L。
作为优选，步骤(1)中，以体系容量1000L计，所述DMSO工业废水先以1-3L/h的进水速度保持4-6h；后以4-6L/h的进水速度保持10-15h。
本发明将废水进水速度分为两阶段，在前期进水速度相对较慢，原因在于整个体系的有机负荷控制在低位，缓慢进水可防止有机负荷过高导致好氧微生物死亡。当好氧微生物逐渐适应环境后，提高进水速度以促进好氧微生物的降解能力。
作为优选，步骤(1)中，所述DMSO工业废水的原水COD为110000-140000mg/L，二次驯化后的COD数值为3000-6000mg/L。
作为优选，步的(2)中，调节盐度为0-8wt％，pH为7-12。
作为优选，步骤(2)中，所述DMSO工业废水的进水速度为15-25L/h；直至废水COD低于目标值30000mg/L后结束处理。
作为优选，所述废水电解装置为无隔膜废水电解装置，包括：电解池单元、曝气单元和电化学供电单元。其中，所述电解池单元包括：外层支撑壳体；所述外层支撑壳体上设有进水管路和出水管路；作为阴极的阴极壳体，设于所述外层支撑壳体内；作为阳极的阳极柱，设于所述外层支撑壳体内且不与阴极壳体接触；所述阳极柱用于负载好氧微生物。所述曝气单元通过管路与所述外层支撑壳体的底部连通；所述电化学供电单元分别与所述阳极和阴极电连接。
本发明废水电解装置的工作原理为：DMSO工业废水和气体由外层支撑壳体底部的进水管路进入，在上升过程中，在电化学以及好氧微生物的双重作用下，DMSO工业废水中的有机物高效地发生降解，逐级降解为二氧化碳、水和简单无机物等，降解后的废水通过外层支撑壳体顶部的出水管路排出。
相较于常规的含隔膜的双室结构微生物电解池装置，本发明取消了隔膜的设计，为单室结构，能够显著降低内阻，从而增大有机污染物处理量。此外，针对好氧微生物的特点，本发明还设置曝气单元用于供氧，可进一步有利于好氧微生物的代谢和繁殖。在运行状态下，好氧微生物扩散至水中以悬浮状态分布，不会发生分层和沉降。其原因在于：(1)在曝气单元的曝气下，水体自身可快速流动传质，使得细小微生物可悬浮于水中；(2)溶解氧含量充足，微生物活性好，不会出现死亡沉降的现象。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：(1)本发明采用废水电解装置并配合好氧微生物来处理DMSO工业废水，相较于单一的电解处理降解DMSO，电化学强化可以通过直接电子传递和间接电子传递作用，促进好氧微生物的生长繁殖，从而提高水体中的菌种密度。与此同时，在电化学作用下，好氧微生物利用有机污染物碳源进行自身代谢的能力提高，从而显著降低DMSO废水的COD指标。相较于传统的厌氧微生物，好氧微生物在有游离氧(分子氧)存在的条件下降解有机物，其反应速度较快，对有机物降解更为完全，去除率通常高于厌氧微生物；处理过程中散发的臭气较少；对电流和电压的极限较高。
(2)本发明好氧微生物优选为短芽孢杆菌JSCW-2022-A1324，该菌株与现有的其他短芽孢杆菌相比，具有更强的耐盐、耐碱和耐电流能力，因此能完美适配本发明的应用场景。因此，本发明方法可应用于高浓度DMSO废水的处理。TDS盐分为0-8％，可应用于高盐度DMSO废水的处理，pH酸碱性范围7-12，可应用于强碱性DMSO废水的处理。即本发明方法可应用于高COD，高盐分，高碱度的极难降解DMSO废水的处理。
(3)本发明废水电解装置为单室结构的无隔膜废水电解装置，可有效降低内阻，从而增大有机污染物处理量。本发明在阳极柱上设有阳极填料，可以提高微生物菌落和电极的接触面积，更好地进行直接电子传递和间接电子传递，促进电化学强化微生物的效果，进而增加废水处理能力。此外，本发明废水电解装置设有曝气单元，可有利于好氧微生物的代谢和繁殖，并且可维持好氧微生物在水中以悬浮状态分布，不会发生分层和沉降。
（发明人：冯惠;耿聪;宋天佑;刘鹏程;雷育斌;卢艳奇;韩宁;贾刚;秦操;李晓晓;张姗;孟皖萧;梁云）
