光发酵强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法与应用技术

光发酵强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法与应用，该方法为在TA的厌氧生物处理体系中加入半导体材料，如石墨相氮化碳(g

【技术实现步骤摘要】
光发酵强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法与应用


[0001]本专利技术涉及对苯二甲酸生物处理
，尤其涉及一种半导体+可见光催化构成的光发酵体系强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法及其应用。

技术介绍

[0002]精对苯二甲酸(PTA)是制造合成产品最重要的原始原料，是全球产量最高的50种化学品之一，被广泛用于制造聚对苯二甲酸乙二醇酯瓶，其他应用包括纺织纤维和聚酯薄膜等。由于全球对精对苯二甲酸衍生产品的高需求导致PTA需求量大，而在PTA合成过程中会产生大量高浓度有机物废水，据报道，每生产一吨PTA所产生的废水为3～10m3，导致PTA废水大量产生。该类废水水质复杂，其中发现的芳香族化合物主要有对苯二甲酸(TA)、苯甲酸、邻苯二甲酸、4
‑
羧基苯甲醛和对甲苯甲酸，这5种芳香族化合物占废水COD的75％。其中TA的含量最高，占PTA废水总COD的25％左右，同时对人体产生较大的危害，可导致睾丸功能受损、膀胱结石和膀胱癌。由于TA的高浓度，高危害以及本身的难生物降解性，许多研究致力于通过各种生物和物理化学过程去除PTA废水中的TA从而达到降解PTA废水的目的。
[0003]虽然目前对于PTA废水的处理发展出了多种技术，但是物理化学法的成本较高且有可能发生其他副反应，因此工业上PTA废水处理大部分集中在好氧和厌氧生物处理工艺上。好氧生物技术主要为二级好氧法，其COD去除率高，处理效率快，但是同时具有能耗高、占地面积大、污泥产量大的缺点，在工业化应用中多为了提高废水降解速率而作为后段补充工艺。相比于好氧技术，厌氧生物技术则具有能耗低，剩余污泥少，副产物沼气可作为燃料回用的优点，但是厌氧生物降解期长，速率慢。
[0004]常规PTA废水采用厌氧+好氧的处理方法，但是在厌氧阶段有机物降解速率慢，反应周期长，因此作为PTA废水中含量最高的难降解有机物，加强对TA专一性的快速降解有助于加速PTA废水的厌氧生物降解，有利于PTA废水厌氧处理技术的工业发展。生物添加的方法，即加入对苯二甲酸的高效降解菌，如中国专利CN1702046A利用TA特效降解菌株NJU
‑
Fhhh1提升TA降解能力，但是不能加快其生物降解速率。还有通过制备微生物
‑
光催化偶联降解材料对废水进行处理，如专利CN114988651A，然而材料制备过程较为复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供光发酵强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法与应用，在对苯二甲酸的厌氧生物处理体系中加入半导体材料，如石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)耦合可见光照条件构成光发酵体系，g
‑
C3N4可作为介导进行厌氧生物如互营菌和产甲烷菌的直接种间电子传递(DIET)，同时作为光催化剂催化TA的厌氧降解，最终实现TA在厌氧生物作用下降解产生甲烷的增速效果，综上，本专利技术将光催化过程与厌氧降解过程耦合，不但材料易于获取，操作条件简单，还将能够进一步高效强化TA产甲烷过程。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]光发酵强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法，在对苯二甲酸的厌氧生物处理体系
中加入半导体材料，耦合光照条件构成光发酵体系，半导体材料作为介导进行互营菌和产甲烷菌的直接种间电子传递，同时作为光催化剂催化对苯二甲酸的厌氧降解，最终实现对苯二甲酸在厌氧生物作用下降解产生甲烷的增速。
[0008]光发酵强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法，包括如下步骤：
[0009](1)在光发酵反应器中加入活性污泥和半导体材料，其中半导体材料和废水的比例为0.1～5g:1L；接种污泥的比例为5％～20％；
[0010](2)以对苯二甲酸与苯甲酸混合为模拟废水，并加入酸或碱物质，调节废水的pH至7.0～8.0；
[0011](3)将步骤(2)所得的废水通过蠕动泵通入光发酵反应器中，控制进水流量14～16L/d，水力停留时间9～10h；控制光发酵反应器的温度为35～37℃；
[0012](4)放置模拟太阳光的灯或者灯带，在半导体材料和光照条件下完成光发酵反应，连续反应时间为100～200天。
[0013]步骤(1)中，半导体材料为石墨相氮化碳、纳米TiO2或者纳米SiC中的至少一种。
[0014]步骤(1)中，半导体材料为石墨相氮化碳。
[0015]步骤(2)中，所述模拟废水的TOC浓度为1500～2000mg/L。
[0016]步骤(2)中，对苯二甲酸与苯甲酸的碳摩尔比为1:2。
[0017]步骤(2)中，调节pH所采用的酸为盐酸或硫酸，所采用的碱为氢氧化钠或氢氧化钙。
[0018]步骤(4)中，模拟太阳光的装置为405
±
5nm的30～60W LED灯或395～400nm的紫外灯带。
[0019]光发酵强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法在石油化工废液处理中的应用。尤其用于对二甲苯生产精对苯二甲酸过程中的废液处理。
[0020]相对于现有技术，本专利技术技术方案取得的有益效果是：
[0021]本专利技术一方面利用光催化耦合厌氧降解，促进TA降解效率，另一方面利用互营菌和产甲烷菌建立直接种间电子传递强化产甲烷过程，因此克服了厌氧法本身的缺陷，达到提高对苯二甲酸厌氧生物降解的效果，缓解了目前对苯二甲酸厌氧生物降解速率缓慢，周期过长的难题，在石油化工行业的废水处理中具有良好应用前景。
附图说明
[0022]图1为本专利技术反应器的结构示意图。
[0023]图2为R1、R2和R3进出水的对苯二甲酸浓度及其降解率图。
[0024]图3为R1、R2和R3的甲烷产量图。
[0025]图4为g
‑
C3N4材料的扫描电镜图(a)以及R1(b)、R2(c)和R3(d)中厌氧污泥的扫描电镜图。
[0026]图5为R1、R2和R3污泥属水平群落分析柱状图。
[0027]图6为光发酵体系对TA代谢路径的促进示意图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结
合附图和实施例，对本专利技术做进一步详细说明。
[0029]实施例1
[0030]本实施例所采用的反应器为上流式厌氧污泥床改造而成的光发酵反应器，如图1所示，包括反应器本体、厌氧耦合光催化反应(光发酵)区、污泥床4、三相分离器7、蠕动泵1、进水管2、布水装置3、出水管10、气体输送管8和集气罐9、模拟太阳光灯11；
[0031]所述反应器本体采用透光材料制成，如有机玻璃材料；
[0032]所述污泥床4设于反应器本体的底部，蠕动泵1通过进水管2连接布水装置3，所述布水装置3设于污泥床4的底部；光发酵区设于污泥床4的上部，光发酵区内装有混合的厌氧污泥5和石墨相氮化碳材料6；所述三相分离器7设于光发酵区的上部；所述气体输送管8设于三相分离器7的上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.光发酵强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法，其特征在于：在对苯二甲酸的厌氧生物处理体系中加入半导体材料，耦合光照条件构成光发酵体系，半导体材料作为介导进行互营菌和产甲烷菌的直接种间电子传递，同时作为光催化剂催化对苯二甲酸的厌氧降解，最终实现对苯二甲酸在厌氧生物作用下降解产生甲烷的增速。2.如权利要求1所述的光发酵强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在光发酵反应器中加入活性污泥和半导体材料，其中半导体材料和废水的比例为0.1～5g:1L；(2)以对苯二甲酸与苯甲酸混合为模拟废水，并加入酸或碱物质，调节废水的pH至7.0～8.0；(3)将步骤(2)所得的废水通过蠕动泵通入光发酵反应器中，控制进水流量14～16L/d，水力停留时间9～10h；控制光发酵反应器的温度为35～37℃；(4)放置模拟太阳光的灯或者灯带，在半导体材料和光照条件下完成光发酵反应，连续反应时间为100～200天。3.如权利要求2所述的光发酵强化对苯二甲酸厌氧生物降解的方法，其特征在于：步骤(1)中，半导体材料为石墨相氮化碳、纳米TiO2或者纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恒，叶玲芬，林安迪，
申请(专利权)人：厦门大学嘉庚学院，
类型：发明
国别省市：