一种用于削减纳米氧化锌对污水厌氧生物处理不利影响的方法，它包括驯化培养接种泥、配置分散液，厌氧消化等步骤。通过纳米四氧化三铁能够部分阻碍纳米氧化锌与微生物的有效接触，强化胞外聚合物对纳米氧化锌的抵御能力，铁离子和锌离子之间的同离子效应减弱锌离子的溶出及其生物毒性从而降低纳米氧化锌对污水厌氧生物处理不利影响；进一步控制纳米四氧化三铁作用条件构建产酸菌和产甲烷菌间的种间直接电子传递途径优化甲烷化过程，达到削减纳米氧化锌对污水厌氧生物处理不利影响的目的。
【技术实现步骤摘要】
用于削减纳米氧化锌对污水厌氧生物处理不利影响的方法
本专利技术属于污（废）水的生物处理
，具体涉及一种通过利用纳米四氧化三铁（Fe3O4NPs）在受纳米氧化锌（ZnONPs）胁迫的污水厌氧生物处理系统中大幅度削减ZnONPs对污水厌氧生物处理毒性的新方法。
技术介绍
纳米材料污染物作为一种新兴的污染源逐渐引起全球范围内环境工作者的关注，特别是ZnONPs的广泛应用使其在生产、运输、使用及处置过程中或因污染事故泄露进入水环境，滞留于污水厂的剩余污泥中。厌氧消化技术处理污水/污泥是一种可持续发展的生物处理方式，能够同步实现污染控制和能量回收，但ZnONPs会对厌氧消化过程产生一定影响。专利技术人的前期研究表明ZnONPs通过影响酶活性、微生物活性及胞外聚合物（EPS）毒害厌氧产酸菌和产甲烷菌，抑制甲烷化进程，导致甲烷产量降低。目前，关于削减ZnONPs对生物发酵产甲烷毒性的研究非常有限。仅有的报道来自于美国亚利桑那州大学的JorgeGonzalez-Estrella团队。该报道称利用硫化物与Zn2+结合形成沉淀是削减ZnONPs对甲烷菌毒性的最简单直接方法。但在厌氧发酵系统中，过多的硫酸盐底物会导致硫酸盐还原菌过量繁殖，从而与产甲烷菌竞争底物，产生的H2S对甲烷菌也有毒性。近年来有学者尝试在ZnONPs中掺杂铁降低ZnONPs的溶解速率，减少其溶出的锌离子，部分削减其生物毒性。但是，纳米材料的掺杂可能会改变纳米材料自身的特性，影响其使用范围和效应。这些研究均是从污染源头出发降低ZnONPs生物毒性的方法显然有一定的局限性，因此必须另辟途径寻找削减ZnONPs毒性的新方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是不改变纳米材料自身特性利用基于以废制废的理念大幅度削减ZnONPs对污（废）水厌氧生物处理不利影响的方法。为达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于削减纳米氧化锌对污水厌氧生物处理不利影响的方法，它包括如下步骤：（1）将取自柠檬酸厂的颗粒污泥首先在实验室的升流式厌氧反应器进行驯化培养得到接种泥；（2）利用发酵营养液将颗粒粒径为50-150nm的Fe3O4NPs和颗粒粒径为10-100nm的ZnONPs分别配置成1g/L的储备液，然后各加入十二烷基磺酸钠分散剂，最后用KQ-250DE型数控超声仪在25℃（功率250W，频率40KHz）下进行超声处理0.5h得到分散性较好的纳米分散液；（3）在反应器中，首先利用发酵营养液将1g/L的ZnONPs分散液稀释，然后加入接种泥，再用发酵营养液将Fe3O4NPs分散液稀释后加入反应器中进行厌氧消化。控制ZnONPs浓度为30-200mg/g-TS（g-TS代表每g干物质接种泥），Fe3O4NPs浓度为50-100mg/g-TS，接种泥（颗粒污泥）TS浓度为1000-2000mg/L，温度为35-50℃，厌氧发酵时间为5-10天。本方案的具体特点还有，步骤（1）驯化接种泥的主要过程为：进水起始COD为2000mg/L，有机负荷为2kg-COD/m3·d，运行20天；然后提高进水有机负荷至4kg-COD/m3·d、进水COD提高至3000mg/L，驯化20天；再提高进水有机负荷到8kg-COD/m3·d、进水COD提高至4000mg/L，驯化20天；再提高进水有机负荷到10kg-COD/m3·d、进水COD至5000mg/L，驯化20天。所述驯化营养液由碳源、氮源、磷源和水组成，碳源包括葡萄糖、酒精、乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠，各种碳源COD浓度均等，氮源为NH4Cl，磷源为KH2PO4和K2HPO4；驯化营养液C：N：P=100：5：1，初始pH为6.8-7.6。所述ZnONPs颗粒粒径范围为10-100nm。所述Fe3O4NPs颗粒粒径为50-150nm。所述发酵营养液由碳源、氮源、磷源和水组成，碳源包括葡萄糖和乙酸钠，COD比值为1:1；氮源为NH4Cl，磷源为KH2PO4和K2HPO4；营养液C：N：P=100：5：1；营养液COD为3000-5000mg/L，初始pH为6.8-7.6。ZnONPs浓度为100mg/g-TS，Fe3O4NPs浓度为50mg/g-TS，发酵营养液在COD为3000mg/L、接种泥TS浓度为1500mg/L、初始pH为7.2±0.1、温度为37℃的条件下发酵7天。一种用于削减纳米氧化锌对污水厌氧生物处理不利影响的方法，它包括如下步骤：（1）将取自柠檬酸厂的颗粒污泥首先在实验室的升流式厌氧反应器进行驯化培养得到接种泥。驯化接种泥的主要过程为：进水起始COD为2000mg/L，有机负荷为2kg-COD/m3·d，运行20天；然后逐步提高进水有机负荷至4kg-COD/m3·d、进水COD提高至3000mg/L，驯化20天；到进水有机负荷8kg-COD/m3·d、进水COD提高至4000mg/L，驯化20天；再提高进水有机负荷到10kg-COD/m3·d、进水COD为5000mg/L，驯化20天；所述驯化营养液由碳源（葡萄糖、酒精、乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠，各种碳源COD浓度均等），氮源（NH4Cl），磷源（KH2PO4和K2HPO4）和水组成，营养液C：N：P=100：5：1，初始pH为6.8-7.6。（2）在1g/L的ZnONPs储备液中加入十二烷基磺酸钠分散剂，然后利用KQ-250DE型数控超声仪（功率250W，频率40KHz）再将储备液进行超声处理（25℃，0.5h），得到ZnONPs分散液；所述ZnONPs颗粒粒径范围为10-100nm。（3）在1g/L的Fe3O4NPs储备液中加入十二烷基磺酸钠分散剂，然后用KQ-250DE型数控超声仪（功率250W，频率40KHz）再将储备液进行超声处理（25℃，0.5h），得到Fe3O4NPs分散液；所述Fe3O4NPs颗粒粒径为50-150nm。（4）实验反应器使用体积为500mL的血清瓶，首先用发酵营养液将步骤（2）得到的ZnONPs分散液稀释至反应器中，然后加入接种泥，最后再用发酵营养液将步骤（3）得到Fe3O4NPs分散液稀释至反应器，得到400mL混合相，用氮气排除反应器中氧气后，迅速用橡胶塞密封反应器，置于恒温（30-50℃）摇床中（120rpm）振荡培养，定期测定气体体积和组分、液相的pH、COD和挥发性短链脂肪酸（VFAs）；所述营养液由碳源（葡萄糖和乙酸钠，COD比值为1:1），氮源（NH4Cl），磷源（KH2PO4和K2HPO4）和水组成，营养液C：N：P=100：5：1，初始pH为6.8-7.6；控制ZnONPs浓度为30-200mg/g-TS，Fe3O4NPs浓度为50-100mg/g-TS，接种泥TS浓度为1000-2000mg/L，厌氧发酵时间为5-10天。本专利技术提出的用于削减ZnONPs对甲烷发酵不利影响的方法，推荐的最优参数为：选取分散性较好（十二烷基磺酸钠分散剂和超声辅助分散）的50mg/g-TSFe3O4NPs加入至受100mg/g-TSZnONPs胁迫的污水厌氧生物处理发酵产甲烷系统中，废液（发酵营养液）在COD为3000mg/L、接种泥TS浓度为1500mg/L、初始pH为7.2±0.1、温度为37±2°C的条件下发酵7天，可使ZnONPs对甲烷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于削减纳米氧化锌对污水厌氧生物处理不利影响的方法，其特征是它包括如下步骤：（1）将取自柠檬酸厂的颗粒污泥首先在实验室的升流式厌氧反应器进行驯化培养得到接种泥；（2）利用发酵营养液将颗粒粒径为50‑150 nm 的Fe3O4 NPs和颗粒粒径为10‑100 nm的 ZnO NPs分别配置成1 g/L的储备液，然后各加入十二烷基磺酸钠分散剂，最后用数控超声仪在25 ℃下进行超声处理0.5 h得到分散性较好的纳米分散液；（3）在反应器中，首先利用发酵营养液将1g/L 的ZnO NPs分散液稀释，然后加入接种泥，再用发酵营养液将Fe3O4 NPs分散液稀释后加入反应器中进行厌氧消化；控制ZnO NPs浓度为30‑200 mg/g‑TS，Fe3O4 NPs浓度为50‑100 mg/g‑TS，接种泥TS浓度为1000‑2000 mg/L，温度为35‑50℃，厌氧发酵时间为5‑10 天。
【技术特征摘要】
1.一种用于削减纳米氧化锌对污水厌氧生物处理不利影响的方法，其特征是它包括如下步骤：（1）将取自柠檬酸厂的颗粒污泥首先在实验室的升流式厌氧反应器进行驯化培养得到接种泥；（2）利用发酵营养液将颗粒粒径为50-150nm的Fe3O4NPs和颗粒粒径为10-100nm的ZnONPs分别配置成1g/L的储备液，然后各加入十二烷基磺酸钠分散剂，最后用数控超声仪在25℃下进行超声处理0.5h得到分散性较好的纳米分散液；（3）在反应器中，首先利用发酵营养液将1g/L的ZnONPs分散液稀释，然后加入接种泥，再用发酵营养液将Fe3O4NPs分散液稀释后加入反应器中进行厌氧消化；控制ZnONPs浓度为30-200mg/g-TS，Fe3O4NPs浓度为50-100mg/g-TS，接种泥TS浓度为1000-2000mg/L，温度为35-50℃，厌氧发酵时间为5-10天。2.根据权利要求1所述的用于削减纳米氧化锌对污水厌氧生物处理不利影响的方法，其特征是步骤（1）驯化接种泥的主要过程为：进水起始COD为2000mg/L，有机负荷为2kg-COD/m3·d，运行20天；然后提高进水有机负荷至4kg-COD/m3·d、进水COD提高至3000mg/L，驯化20天；再提高进水有机负荷到8kg-COD/m3·d、进水COD提高至4000mg/L，驯化20天；再提高进水有机负荷到10kg-COD/m3·d、进水COD至5000m...
【专利技术属性】
技术研发人员：牧辉，赵春辉，郭红红，张晓东，华栋梁，赵玉晓，李岩，许海朋，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。