一种基于微藻的光助芬顿体系处理水体有机污染物的方法技术

本发明专利技术属于环境生物系统工程领域，涉及一种基于微藻的光助芬顿体系处理水体有机污染物的方法；其中光助芬顿体系包括微藻生物培养过程中产生的羟氧自由基、亚铁离子、pH为3~5.5的酸性条件、光源和有机污染物；具体步骤如下：将微藻接种于废水中，调节pH，放于气候培养箱中，设置一定的温度、光照强度和光照时间，并通入一定量混有CO2的空气，进行培养；培养9d后，再次调节pH，然后加入亚铁离子，进行芬顿反应，反应结束对废水中有机物质的降解率进行检测；本发明专利技术的体系操作简单，为废水中有机物的降解提供一种新的方法；同时节约了传统芬顿试剂过氧化氢的投入、提高了体系中铁的使用效率。

A Photo-assisted Fenton System Based on Microalgae for Treatment of Organic Pollutants in Water

The invention belongs to the field of environmental biological system engineering, and relates to a method for treating organic pollutants in water based on the photoassisted Fenton system of microalgae, in which the photoassisted Fenton system includes hydroxyl radicals, ferrous ions, acidic conditions with pH of 3-5.5, light sources and organic pollutants generated in the process of microalgae bio-culture; the specific steps are as follows: inoculating microalgae into wastewater, adjusting pH; Put it in the climate incubator, set a certain temperature, light intensity and light time, and pass in a certain amount of air mixed with CO2 for culture; after 9 days of cultivation, adjust the pH again, then add ferrous ions, carry out Fenton reaction, and detect the degradation rate of organic substances in wastewater at the end of reaction; The system of the invention is simple to operate and provides one for the degradation of organic substances in wastewater. It also saves the input of traditional Fenton reagent hydrogen peroxide and improves the utilization efficiency of iron in the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于微藻的光助芬顿体系处理水体有机污染物的方法
本专利技术属于环境生物系统工程领域，具体涉及一种基于微藻的光助芬顿体系处理水体有机污染物的方法。
技术介绍
近年来，有关污水、污物、废气的排放标准和法规不仅在数量上不断增加，标准也更为严格和苛刻，因此需要不断开发新的高效低耗、安全无害的净化处理方法。高浓度难降解有机废水是水处理技术的难点问题。此类废水主要是染料，农药，医药，化工，食品等生产过程中所产生的废水，难降解有机物的治理研究是目前水污染防治研究的热点与难点。传统技术，包括生物、物理和化学处理，通常用于去除水污染物。尽管普遍存在使用生物方法处理残余废水，这种方法不适用于去除不可生物降解或有毒化合物。这个限制已经鼓励发展更有效率和废水处理的环保系统。工业废水净化的一种可能性是生物和化学处理的结合办法，首先去除高度可生物降解的部分，然后采用降解顽固污染物高级氧化工艺传统技术，包括生物、物理和化学处理，通常用于去除水污染物。尽管普遍存在使用生物方法处理残余废水，这种方法不适用于去除不可生物降解或有毒化合物。这个限制已经鼓励发展更有效率和废水处理的环保系统。工业废水净化的一种可能性是生物和化学处理的结合方法，首先除去高度可生物降解的部分，然后采用降解顽固污染物高级氧化工艺(Advancedoxidationprocesses，AOPs)。相对传统技术的化学稳定性或低生物降解性，高级氧化工艺被认为是去除有机污染物的极具竞争力的水处理工艺。高级氧化对污染物不具选择性，均可氧化分解，该项技术在处理难降解废水领域具有非常明显的优势。芬顿反应(Fentonprocess)是一种典型的高级氧化方法：即利用过氧化氢与亚铁离子反应产生羟基自由基，可以快速去除传统技术无法去除的难降解有机物。微藻废水耦合是目前废水处理以及开发新能源的热点方向，然而微藻培养对于废水的处理仍然存在污水中有机物质难降解的难题。某些微藻培养过程中在环境胁迫的作用下产生H2O2等活性氧物质；高浓度的活性氧能抑制微藻细胞的生长，使细胞的脂质过氧化程度过量增高，抑制细胞的SOD活性。
技术实现思路
针对微藻培养过程中产生高浓度的活性氧抑制微藻细胞的生长和细胞的SOD活性，以及微藻对废水中有机物降解存在的不足，本专利技术旨在解决所述问题之一；本专利技术提供一种光芬顿反应的废水辅助处理方法，实现操作简单化，成本低廉化，高效化的废水处理。微藻在环境胁迫作用下产生H2O2等活性氧，在废水微藻体系一次性补充Fe2+作为羟自由基诱生系统产生芬顿反应。太阳光等辐射条件实现体系中的亚铁再循环利用，有效提高微藻对废水中有机污染物的降解能力。为了实现上述目的，本专利技术的具体步骤如下：本专利技术首先提供一种光助芬顿体系，包括微藻生物培养过程中产生的羟氧自由基、亚铁离子、pH为3～5.5的酸性条件、光源和有机污染物；本专利技术基于生物微藻驱动下的光助芬顿体系降解污染物的方法，步骤如下：首先选取微藻接种于废水中，调节pH，放于气候培养箱中，设置一定的温度、光照强度和光照时间，并通入一定量混有CO2的空气，进行培养；培养9d后，测定废水中双氧水的浓度，再次调节pH，然后加入亚铁盐，进行芬顿反应，反应结束利用气相-质谱或高效液相色谱对废水中有机污染物的降解效果进行检测分析。优选的，所述微藻包括二形栅藻和小球藻。优选的，所述接种量为废水体积的5％～20％。优选的，所述废水包括医药废水-诺氟沙星废水和有机磷农药废水。优选的，所述微藻培养的pH值为6～8。优选的，所述的温度为20～30℃。优选的，所述的光照强度为200～1000μmolphotonsm-2。优选的，所述的光照时间为24h连续光照或12h/12h光暗周期。优选的，所述的CO2的用量为空气体积的1％～10％。优选的，所述的通气量为0.2～0.5vvm。优选的，所述再次调节pH的值为3～5.5。优选的，所述亚铁盐中亚铁离子与双氧水的摩尔比为1:4～1:15。优选的，所述芬顿反应的时间为30～240min。可对微藻培养过程中施加环境胁迫，环境胁迫的条件为(高温30～40℃、高盐浓度5％～10％、高污染物浓度如苯环类污染物(COD200～1000)，以及重金属离子Cd2+、Zn2+、Cu2+污染的胁迫)。所述光源为太阳光或者人造光源(氙气灯、紫外灯、高压钠灯或高压汞灯)，在光照强度范围为200～1000μmolm-2有效诱发Fe3+还原为Fe2+，促进光助芬顿体系中污染物洁净化过程持续循环运行。基于光芬顿反应的处理方法，微藻自身产生H2O2在废水中加入亚铁离子形成芬顿试剂，过氧化氢与水中的亚铁离子反应产生羟氧自由基，在光的照射下，可以使过程更有效光还原Fe3+到Fe2+，并产生额外的羟基自由基使光芬顿反应顺利进行。微藻在环境胁迫下产生H2O2的摩尔摩尔浓度为2～10mmoL/L；微藻废水的酸性液体环境可通过调节微藻光合作用生长所需的二氧化碳浓度为5％～20％，亦可通过添加生理酸性盐(5mM的硫酸铵或硫酸钾溶液)，以及低浓度稀盐酸、硫酸溶液(1M)来维持酸性环境。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术通过调整微藻水体理化环境与亚铁浓度，从而建立一种基于微藻洁净化处理水体中污染物的光助芬顿体系，难降解污染物被羟基自由基(开环)氧化，同时也消耗了H2O2，从而有效解除了对微藻生长毒性。(2)本专利技术公开的体系操作简单，为废水中有机物的降解提供一种新的方法；同时，节约了传统芬顿试剂过氧化氢的投入、提高了体系中铁的使用效率，还获得了可进一步资源化利用的藻类生物质。附图说明图1为本专利技术基于微藻的光助芬顿体系反应的示意图。具体实施方式下面结合实施例对专利技术做进一步的详细介绍。实施例1：(1)选用二形栅藻作为研究对象，接种于医药废水-诺氟沙星废水中培养，接种量为废水体积的10％，该废水含有高浓度难降解苯环类有机物质；置于气候培养箱中，培养条件设定如下：光照强度为300μmolphotonsm-2，光照时间为24h，pH值为7.5，温度25℃，通入混有CO2的空气，CO2体积为空气体积的1.5％，通气量为0.5vvm；(2)微藻培养9天后，测定微藻中双氧水的浓度为4mmoL/L，用稀盐酸调节藻液pH至4.5，加入FeSO4浓度为1mmoL/L，芬顿反应进行120min，然后加入质量分数浓度为30％的NaOH溶液调节pH为8，芬顿反应终止；(3)取步骤(2)中的藻液进行气相-质谱分析，对苯环类有机物质的降解率为89.0％。实施例2：(1)选用二形栅藻作为研究对象，接种于医药废水-诺氟沙星废水中培养，接种量为废水体积的5％，该废水含有高浓度难降解苯环类有机物质；置于气候培养箱中，培养条件设定如下：光照强度为200μmolphotonsm-2，光照时间为12h/12h光暗周期，pH值为6，温度20℃，通入混有CO2的空气，CO2体积为空气体积的1％，通气量为0.2vvm；(2)微藻培养9天后，测定微藻中双氧水的浓度为5mmoL/L，用稀盐酸调节藻液pH至3，加入FeSO4浓度为0.3mmoL/L，芬顿反应进行30min，然后加入质量分数浓度为30％的NaOH溶液调节pH为8，芬顿反应终止；(3)取步骤(2)中的藻液进行气相-质谱分析，对苯环类有机物质的降解率为81.4％。实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微藻的光助芬顿体系处理水体有机污染物的方法，其特征在于，具体步骤如下：首先选取微藻接种于废水中，调节pH，放于气候培养箱中，设置一定的温度、光照强度和光照时间，并通入一定量混有CO2的空气，进行培养；培养9d后，测定废水中双氧水的浓度，再次调节pH，然后加入亚铁盐，进行芬顿反应，反应结束对废水中有机污染物的降解效果进行检测分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于微藻的光助芬顿体系处理水体有机污染物的方法，其特征在于，具体步骤如下：首先选取微藻接种于废水中，调节pH，放于气候培养箱中，设置一定的温度、光照强度和光照时间，并通入一定量混有CO2的空气，进行培养；培养9d后，测定废水中双氧水的浓度，再次调节pH，然后加入亚铁盐，进行芬顿反应，反应结束对废水中有机污染物的降解效果进行检测分析。2.根据权利要求1所述的一种基于微藻的光助芬顿体系处理水体有机污染物的方法，其特征在于，所述微藻包括二形栅藻和小球藻；所述的接种量为废水体积的5%~20%。3.根据权利要求1所述的一种基于微藻的光助芬顿体系处理水体有机污染物的方法，其特征在于，所述废水包括医药废水-诺氟沙星废水和有机磷农药废水。4.根据权利要求1所述的一种基于微藻的光助芬顿体系处理水体有机污染物的方法，其特征在于，所述微藻培养时调节pH值为6~8；所述的温度为20~30℃。5.根据权利要求1所述的一种基于微藻的光助芬顿体系处理水...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍书豪，陈秀，肖翔，邹彬，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32