一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法制造技术

本发明专利技术涉及酶学或微生物学装置技术领域，公开了一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法，用于处理存在生物抑制性、无法直接用微生物进行降解的有毒污水中的有机污染物。通过在膜渗透萃取的萃取剂中以有机污染物为唯一碳源培养降解菌来降解有机污染物，使萃取剂中的有机污染物不会积累，萃取剂能够长期使用而无需大量消耗，能够低成本处理有机污染物。通过在萃取膜表面覆盖一层纳米银，并采用悬浮培养的方式培养降解菌，无需盖满整个选择层，对传质效率影响小，且只能在选择层表面附近维持较高的银离子浓度，在避免选择层上形成影响传质效率的生物膜的同时，不会对其余位置的微生物生长造成明显的干扰。对其余位置的微生物生长造成明显的干扰。对其余位置的微生物生长造成明显的干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法


[0001]本专利技术涉及酶学或微生物学装置
，特别是涉及一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法。

技术介绍

[0002]有机污染物是污水中最主要的污染物，不处理而直接排放的话，会迅速耗竭天然水体中溶解的氧气，造成水生生物大规模死亡。污水中有机污染物的含量也是根据处理污染物所需消耗的氧的量来定义的，一般用化学需氧量（COD）或生物需氧量（BOD）这两个量化指标中的一个来衡量。
[0003]绝大部分污水采用曝气池来进行处理，通过曝气池中大量的活性污泥（曝气池中活性污泥的量通常比污水的量还多）中的微生物，在高强度的好氧发酵下降解污水中的有机污染物。而如果污水中有机污染物的浓度过高，导致曝气池无法处理（溶氧的速率跟不上氧消耗的速率，会把好氧微生物憋死）时，则需要先借助厌氧发酵对有机污染物进行预处理，将其中大部分有机污染物转变为甲烷排出后，再交由曝气池进行处理。而无论是好氧发酵还是厌氧发酵，均只需要维持微生物的生长即可，因此成本均不高。
[0004]但还有一些污水，由于具有生物抑制性，因此无论是好氧发酵还是厌氧发酵均不能进行。而必须借助较为昂贵的化学方法（化学方法是借助强氧化剂来氧化污水中的有机污染物，需消耗大量的化学药剂，比如臭氧）来处理这种污水中的有机污染物。这类污水的来源甚多，化工厂、炼油厂、制药厂等诸多上游厂商均会产生这种污水，从而使得整条产业链都要承受昂贵的污水处理成本。
[0005]微生物对有机污染物的适应性很强，即使很多有机污染物本身是有毒性或难降解的，也总是能有特定的微生物能够降解这些有机污染物。但那些难以借助生物方法处理的污水，不仅仅是因为有机污染物本身难以处理，往往还存在高盐度、极端pH值等有机物之外的生物抑制因素。几种生物抑制因素相互叠加，能够同时适应所有生物抑制因素的微生物便非常难以筛选出来，即使花很大精力筛选出来，其代谢速率也通常极低（因为微生物自我保护机制往往影响物质交换），不能满足污水处理的需求。
[0006]膜渗透萃取是一种新型的污水处理方法，其借助萃取膜隔开污水与萃取剂，萃取膜具备一层选择层，污水中的有机物从一侧溶解到选择层内后在另一侧（另一侧为萃取剂）扩散出来，能够选择性把污水中的有机污染物提取到另一侧，而其他无机物和水保留在污水中。这种方法不再需要大量消耗化学药剂，但需要大量消耗萃取剂（比如水）。
[0007]专利技术人在研究中发现，在膜渗透萃取的萃取剂中，由于最多只存在有机污染物这一个生物抑制因素（如果有机污染物本身无生物抑制性的话，那么就一个生物抑制因素也没有了），因此在萃取剂中可以顺利进行微生物的培养，利用微生物降解有机污染物，从而无需更换萃取剂。但在实际使用中存在另一方面的问题，微生物的生长会在萃取膜的选择层上覆盖一层生物膜，导致选择层的传质效率大大下降，膜渗透萃取过程无法顺利进行。且由于跨膜传质的有机污染物是微生物的唯一碳源，所以微生物更倾向于在萃取膜表面及附
近聚集生长以获取更充足的碳源，生物膜往往几天就能形成。而在萃取膜上涂生物抑制剂亦不可行，其不仅直接影响选择层的传质过程，还会影响所有位置的微生物生长（因为存在强制对流）。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器及其用法。
[0009]解决的技术问题是：膜渗透萃取来处理有毒污水需要消耗大量的萃取剂。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，用于处理存在生物抑制性、无法直接用微生物进行降解的有毒污水中的有机污染物，包括悬浮培养基，以及用于隔开悬浮培养基和有毒污水的萃取膜；待处理的有机污染物记作有机毒污，所述悬浮培养基为无碳培养基，悬浮培养基中培养有以有机毒污为碳源的微生物，并记作降解菌；所述萃取膜包括用于让有机毒污选择性透过的选择层，以及用于供选择层附着的支撑层；所述选择层为朝向悬浮培养基的无孔膜，所述悬浮培养基中存在贴着选择层流动的壁流；所述支撑层为朝向有毒污水的有孔膜，所述悬浮培养基中存在贴着支撑层流动的壁流；所述选择层与悬浮培养基相接触的一侧表面上设置有用于避免降解菌在选择层上形成阻碍有机毒污穿过的生物膜的纳米银颗粒，所述纳米银颗粒在选择层上均匀排布。
[0011]进一步，所述纳米银颗粒以金属
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有机骨架材料的形式存在，所述金属
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有机骨架材料为AgNPs@ZIF
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8。
[0012]进一步，所述纳米银颗粒包埋在纳米胶囊中，所述纳米胶囊借助交联剂固定在选择层表面；所述纳米胶囊的囊壳允许银离子和有机毒污透过。
[0013]进一步，所述纳米胶囊的囊壳为聚乙烯醇，所述交联剂为戊二醛。
[0014]进一步，所述萃取膜竖直设置在流道或容器中；所述萃取膜设置在流道中时，萃取膜平行于流道长度方向设置在流道中央，萃取膜左右两侧的流道分支内的流体流动方向相反；所述萃取膜设置在容器中时，萃取膜左右两侧分别设置有用于产生壁流的流体输送设备；所述流体输送设备为靠近萃取膜的搅拌器或出水口平行于萃取膜设置在萃取膜附件的泵；且所述降解菌为好氧菌时，所述悬浮培养基中的流体输送设备为桨轴水平设置且一半桨叶位于液面上方的搅拌器，所述污水中的流体输送设备为搅拌器且转动方向与悬浮培养基中的搅拌器相反。
[0015]进一步，所述选择层为聚二甲基硅氧烷膜，所述支撑层为热压成一体的聚偏二氟乙烯纳米纤维膜与无纺布，所述聚偏二氟乙烯纳米纤维膜设置在聚二甲基硅氧烷膜与无纺布之间，并与聚偏二氟乙烯纳米纤维膜热交联连接。
[0016]一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器的使用方法，用于采用如权利要求5所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器来处理有毒污水，并包括以下步骤：步骤一：制备萃取膜；
步骤二：将萃取膜设置在流道或容器中，将流道或容器隔成两部分；步骤三：筛选降解菌；步骤四：在萃取膜一侧注入悬浮培养基并接种降解菌，另一侧注入有毒污水，然后使萃取膜两侧分别产生壁流；步骤五：保持悬浮培养基的温度及成分稳定，并定期清理悬浮培养基一侧的沉积物。
[0017]进一步，步骤一具体如下：步骤1.1：将无纺布贴到静电纺丝的阳极上，然后在无纺布上通过静电纺丝的方式贴一层聚偏二氟乙烯纳米纤维膜，所述聚偏二氟乙烯纳米纤维膜含电解质；步骤1.2：通过热压使无纺布与聚偏二氟乙烯纳米纤维膜紧密结合，形成萃取膜的支撑层；步骤1.3：使支撑层的孔隙内充满甘油水溶液，且聚偏二氟乙烯纳米纤维膜中的纤维表面的电解质溶于甘油水溶液；步骤1.4：将支撑层贴到静电喷涂的阳极上，通过静电喷涂的方式在聚偏二氟乙烯纳米纤维膜上喷一层聚二甲基硅氧烷膜，静电喷涂过程中，喷出的雾滴在甘油水溶液上放电并流平，使聚二甲基硅氧烷膜为连续的无孔膜；步骤1.5：通过热交联使聚偏二氟乙烯纳米纤维膜与聚二甲基硅氧烷膜紧密结合，形成萃取膜；步骤1.6：在聚二甲基硅氧烷膜表面喷涂纳米银颗粒悬浊液，所述纳米银本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，用于处理存在生物抑制性、无法直接用微生物进行降解的有毒污水（2）中的有机污染物，其特征在于：包括悬浮培养基（1），以及用于隔开悬浮培养基（1）和有毒污水（2）的萃取膜（3）；待处理的有机污染物记作有机毒污，所述悬浮培养基（1）为无碳培养基，悬浮培养基（1）中培养有以有机毒污为碳源的微生物，并记作降解菌；所述萃取膜（3）包括用于让有机毒污选择性透过的选择层（31），以及用于供选择层（31）附着的支撑层（32）；所述选择层（31）为朝向悬浮培养基（1）的无孔膜，所述悬浮培养基（1）中存在贴着选择层（31）流动的壁流；所述支撑层（32）为朝向有毒污水（2）的有孔膜，所述悬浮培养基（1）中存在贴着支撑层（32）流动的壁流；所述选择层（31）与悬浮培养基（1）相接触的一侧表面上设置有用于避免降解菌在选择层（31）上形成阻碍有机毒污穿过的生物膜的纳米银颗粒（33），所述纳米银颗粒（33）在选择层（31）上均匀排布。2.根据权利要求1所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，其特征在于：所述纳米银颗粒（33）以金属
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有机骨架材料的形式存在，所述金属
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有机骨架材料为AgNPs@ZIF
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8。3.根据权利要求1所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，其特征在于：所述纳米银颗粒（33）包埋在纳米胶囊中，所述纳米胶囊借助交联剂固定在选择层（31）表面；所述纳米胶囊的囊壳允许银离子和有机毒污透过。4.根据权利要求3所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，其特征在于：所述纳米胶囊的囊壳为聚乙烯醇，所述交联剂为戊二醛。5.根据权利要求1所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，其特征在于：所述萃取膜（3）竖直设置在流道或容器中；所述萃取膜（3）设置在流道中时，萃取膜（3）平行于流道长度方向设置在流道中央，萃取膜（3）左右两侧的流道分支内的流体流动方向相反；所述萃取膜（3）设置在容器中时，萃取膜（3）左右两侧分别设置有用于产生壁流的流体输送设备；所述流体输送设备为靠近萃取膜（3）的搅拌器或出水口平行于萃取膜（3）设置在萃取膜（3）附件的泵；且所述降解菌为好氧菌时，所述悬浮培养基（1）中的流体输送设备为桨轴水平设置且一半桨叶位于液面上方的搅拌器，所述污水中的流体输送设备为搅拌器且转动方向与悬浮培养基（1）中的搅拌器相反。6.根据权利要求1所述的一种处理有毒污水中的有机污染物的生物反应器，其特征在于：所述选择层（31）为聚二甲基硅氧烷膜，所述支撑层（32）为热压成一体的聚偏二氟乙烯纳米纤维膜与无纺布，所述聚偏二氟乙烯纳米纤维膜设置在聚二甲基硅氧烷膜与无纺布之间，并与聚偏二氟乙烯纳米纤维膜热交联连接。7.一种处理有毒污水中...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖园，王秉鑫，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：