利用石墨烯量子点资源化利用废水的方法技术

本发明专利技术提出一种利用石墨烯量子点资源化利用废水的方法，包括步骤：1)向废水中加入氮源和磷源调节废水中的碳氮磷比，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，3)用紫外光为激发光连续照射石墨烯量子点溶液，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。本发明专利技术提出的废水资源化处理方法，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，提高生物量的积累，增强操作的灵活性。

Utilization of Wastewater by Graphene Quantum Dots

【技术实现步骤摘要】
利用石墨烯量子点资源化利用废水的方法
本专利技术属于废水资源化
，具体涉及一种利用量子点处理废水的方法及设备。
技术介绍
据统计，我国有机废水排放量达3亿m3，目前常用SBR、CASS、UASB等工艺进行处理，流程长，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。光合细菌处理能够有效处理有机废水中的污染物，并且可以将其中的有用物质转化为菌体，回收高价值营养物，是资源化利用有机废水的有效途径。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被用于处理废水。此外，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。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。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，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜。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。同时，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，使得它成为量子点纳米材料领域的焦点。而其在微生物
的应用尚需进一步开发。
技术实现思路
针对本领域存在的问题，本专利技术的目的是提出一种利用石墨烯量子点资源化利用废水的方法。实现本专利技术目的的技术方案为：一种利用石墨烯量子点资源化利用废水的方法，包括步骤：1)向废水中加入氮源和磷源调节废水中的碳氮磷比为(20-500)：(4-6)：1；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)用紫外光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荧光作为光合细菌生长的光源，所述石墨烯量子点的粒径为7-9nm；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菌体蛋白。其中，所述废水的来源为啤酒废水、大豆加工废水、糖蜜废水中的一种或多种，通过加水调节废水的COD为8000-10000mg/L。进一步地，步骤1)中，所述氮源为NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4NO3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＝(80-200)：(4-6)：1。优选地，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、胶状红长命菌、深红红螺菌、类球红细菌、沼泽红假单胞菌中的一种或多种。更优选地，所述光合细菌为荚膜红细菌、胶状红长命菌、深红红螺菌、类球红细菌和沼泽红假单胞菌按体积比1：(1-2)：(1-2)：(2-3)：(3-4)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1-20mg/L；其中，步骤3)中，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，所述步骤4)中连续培养45-60h后，利用超滤膜进行菌水分离。本专利技术的一种优选技术方案为，所述方法包括步骤：1)向啤酒废水中加入氮源和磷源调节废水中的碳氮磷比为(80-120)：(4-6)：1；2)以接种量为350-400mg/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)用紫外光为激发光连续照射浓度为6-8mg/L的石墨烯量子点溶液，使流动的石墨烯量子点溶液在石英管内流过，照射接种了光合细菌的废水；4)培养45-50h后，待光合细菌生长到达平台期，利用超滤膜进行菌水分离，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菌体蛋白。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的废水资源化处理方法，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，提高生物量的积累，增强操作的灵活性。石墨烯量子点光致发光特性能够弥补白炽灯能耗高等缺点，为光合细菌生长提供更稳定、更均一的光源。本方法基于石墨烯量子点光致发光系统，针对性地为光合细菌提供更稳定、更均一的波长为600-780nm的光，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。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种污水资源化处理的设备结构简图。图中，编号和部件名称对应关系为:1光合细菌浓缩液储存罐2膜滤清液储存罐3滤液出水阀门4内压式中空纤维膜组件5循环液体流量计6隔膜泵7出水阀门8出水口9废水储存罐10进水阀门11压力表12进水口13光合细菌光生物反应器14石英管15搅拌器16遮光布17蠕动泵18紫外灯管19反应液流量计20流量控制阀门21循环液缓冲室22硅胶管图2为不同菌种/体积比处理下的菌体生物量及污染物变化图；图3为不同C/N/P处理下的菌体生物量及污染物变化图；图4为不同量子点浓度处理下的菌体生物量及污染物变化图；图5为不同流量处理下的菌体生物量及污染物变化图。具体实施方式现以以下实施例来说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例中使用的手段，如无特别说明，均使用本领域常规的手段。本专利技术使用的光合细菌为混合菌种，包括荚膜红细菌Rhodobactercapsulate、胶状红长命菌Rubrivivaxgelatinosus、深红红螺菌Rhodospirillumrubrum、类球红细菌RhodobacterSphaeroides、沼泽红假单胞菌Rhodopseudomonaspalustris，菌种编号分别为：1.3366、1.2179、1.5005、1.8929、1.5028，购自中国普通微生物保藏管理中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所)。实施例1：参见图1，一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13、石英管14、硅胶管22、紫外灯管18；光合细菌光生物反应器13为有机玻璃制成的长方体容器，石英管14竖直设置在光合细菌光生物反应器13中央，石英管的下端为石墨烯量子点溶液的进口，上端为石墨烯量子点溶液的出口，所述进口和出口连接硅胶管22，构成石墨烯量子点溶液的循环回路；循环回路上设置有蠕动泵17、循环液体流量计19、压力表、流量控制阀门20和循环液缓冲室21；在硅胶管连接进口的管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用石墨烯量子点资源化利用废水的方法，其特征在于，包括步骤：1)向废水中加入氮源和磷源调节废水中的碳氮磷比为(20‑500)：(4‑6)：1；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)用紫外光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荧光作为光合细菌生长的光源，所述石墨烯量子点的粒径为7‑9nm；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菌体蛋白。

【技术特征摘要】
1.一种利用石墨烯量子点资源化利用废水的方法，其特征在于，包括步骤：1)向废水中加入氮源和磷源调节废水中的碳氮磷比为(20-500)：(4-6)：1；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)用紫外光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荧光作为光合细菌生长的光源，所述石墨烯量子点的粒径为7-9nm；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菌体蛋白。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废水的来源为啤酒废水、大豆加工废水、糖蜜废水中的一种或多种，通过加水调节废水的COD为8000-10000mg/L。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述氮源为NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4NO3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＝(80-200)：(4-6)：1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，以接种量为350-400mg/L干重接种光合细菌于废水中，用氢氧化钠或盐酸调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢海凤，徐虹，何仕超，韩挺，张源辉，李保明，王常洁，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11