申请日2017.02.28
公开(公告)日2017.07.28
IPC分类号C02F3/34; C12N1/20; C12N1/02; C02F101/38
摘要
本发明公开了一种采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N‑二甲基甲酰胺的方法，包括以下步骤：(1)微生物菌群的富集培养：选取微生物菌群接种至培养液中，经富集培养得富集培养液;(2)微生物菌群的驯化：选取富集培养液，接种入含有N,N‑二甲基甲酰胺的初始驯化培养液中，通过不断调整生物反应装置中的N,N‑二甲基甲酰胺的含量，对微生物菌群进行驯化，得驯化完成的培养液;(3)微生物降解三氯蔗糖废水中N,N‑二甲基甲酰胺：将含有N,N‑二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水不断通入驯化完成的培养液中，通过微生物降解三氯蔗糖废水中的N,N‑二甲基甲酰胺。该方法能实现三氯蔗糖废水中N,N‑二甲基甲酰胺的高效率、低成本处理。
权利要求书
1.一种采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，其特征是包括以下步骤：
(1)微生物菌群的富集培养：选取微生物菌群，接种至培养液中，经富集培养，得富集培养液;
(2)微生物菌群的驯化：选取富集培养液，接种入含有N,N-二甲基甲酰胺的初始驯化培养液的生物反应装置中，通过不断调整生物反应装置中的N,N-二甲基甲酰胺的含量，对微生物菌群进行驯化，得驯化完成的培养液;
(3)微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺：将含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水不断通入驯化完成的培养液中，通过驯化完成的培养液中的微生物降解三氯蔗糖废水中的N,N-二甲基甲酰胺。
2.根据权利要求1所述的采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，其特征是步骤(2)中的微生物菌群的驯化具体包括以下步骤：
选取富集培养液，接种入含有N,N-二甲基甲酰胺的初始驯化培养液的生物反应装置中;
测试生物反应装置中N,N-二甲基甲酰胺的含量，待N,N-二甲基甲酰胺的质量百分含量降至0.1%以下时，向生物反应装置中补充初始驯化培养液，并从反应装置中排出等量的溶液;
重复向生物反应装置中补充初始驯化培养液，并从生物反应装置中排出等量溶液步骤，至生物反应装置中N,N-二甲基甲酰胺的质量百分含量由1.8～2.2%降低至0.1%以下时，驯化完成，得驯化完成的培养液。
3.根据权利要求1或2所述的采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，其特征是步骤(3)中的微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺具体包括以下步骤：
将含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水通入驯化完成的培养液中;
测试生物反应装置中N,N-二甲基甲酰胺的含量，待N,N-二甲基甲酰胺的质量百分含量降至0.1%以下时，向生物反应装置中补充含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水，并从生物反应装置中排出等量的溶液，实现三氯蔗糖生产废水中的N,N-二甲基甲酰胺的连续处理。
4.根据权利要求3所述的采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，其特征是：步骤(1)中所述的微生物菌群为市售的假单胞菌和/或副球菌，或所述的微生物菌群是采用常规方法从三氯蔗糖生产污水厂污泥中筛选获得的假单胞菌属微生物和副球菌属微生物。
5.根据权利要求3所述的采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，其特征是：步骤(1)中所述的培养液的组成为1L培养液中包括胰蛋白胨8～12g、酵母提取物4.5～5.5g、氯化钠8～12g，富集培养的温度为25～35℃，溶解氧为1～3mg/L，pH为7.0～8.0，培养时间为18～24h。
6.根据权利要求3所述的采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，其特征是：步骤(2)中所述富集培养液以0.5～1%的质量百分含量接种入含有N,N-二甲基甲酰胺的初始驯化培养液的生物反应装置中。
7.根据权利要求3所述的采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，其特征是：步骤(2)中所述含有N,N-二甲基甲酰胺的初始驯化培养液的组成为1L溶液中含有氯化铵3～6g、磷酸氢二钠5～7g、磷酸二氢钾2～4g、氯化钠0.1～0.5g、硫酸镁0.2～0.6g、氯化钙0.01～0.03g、N,N-二甲基甲酰胺1～5g，对微生物菌群进行驯化时，温度为25～35℃，溶解氧为1～3mg/L，pH为7.0～8.0。
8.根据权利要求3所述的采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，其特征是：步骤(2)中待N,N-二甲基甲酰胺的质量百分含量降至0.1%以下时，向生物反应装置中补充占生物反应装置中反应溶液总体积10～40%的初始驯化培养液。
9.根据权利要求3所述的采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，其特征是：步骤(3)中待N,N-二甲基甲酰胺的质量百分含量降至0.1%以下时，向生物反应装置中补充占生物反应装置中反应溶液总体积10～40%的含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水。
10.根据权利要求3所述的采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，其特征是：步骤(3)中含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水的COD值为15000mg/L～20000mg/L，其中N,N-二甲基甲酰胺对三氯蔗糖生产废水的COD值贡献率高于70%。
说明书
一种采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法
技术领域
本发明属于三氯蔗糖废水处理技术领域，具体涉及一种采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法。
背景技术
N,N-二甲基甲酰胺(N,N-dimethylformamide,DMF)是一种无色有机溶剂，广泛用于各种化工行业的生产中，有“万能溶剂”之称。DMF可以通过呼吸与皮肤接触进入人体，对人体造成各种程度的伤害。据调查，长期接触或吸入DMF容易导致肝功能异常、食欲减退及腹胀等症状。由于DMF仅作为溶剂存在于化工生产的过程中，基本没有被消耗就和生产废水一并排出，因此，如何有效地处理DMF废水是许多化工生产面临的难题。
目前工业上使用的DMF废水处理方法有物化法、化学法和生物法。常用的物化法有萃取、吸附和蒸馏法，物化法处理DMF废水具有快速简单的优点，但同时又面临萃取液处理困难，吸附剂重复使用成本高，蒸馏法用于低浓度DMF废水运行成本高等问题。工业上常用的化学法包括芬顿氧化法、碱性水解法等，工艺简单，DMF处理较为彻底，但成本较高。随着生物法在废水处理的应用上日渐成熟，生物法已成为低浓度DMF废水最为经济有效的处理方法之一。但由于DMF对大多数微生物具有一定的毒性，即使在低浓度下也会抑制微生物生长，因此，并非是所有的微生物都对降解DMF有效，筛选出能有效处理DMF的微生物菌类并验证该微生物降解DMF的效率是实现生物法处理DMF废水的关键突破口。
在三氯蔗糖生产过程中，DMF作为溶剂使用在多个步骤中，而三氯蔗糖生产废水中的有机物中，也以DMF为主。在工业生产中，高浓度DMF废水一般采用蒸馏回收，但低浓度DMF废水尚未找到一种最佳的处理方式。因此，若是能开发一种高效低成本的生物法处理三氯蔗糖中的含DMF废水，将可大大降低DMF废水处理成本，减轻三氯蔗糖废水处理压力，实现DMF废水的无害化处理。
发明内容
为解决现有技术中三氯蔗糖工业生产中低浓度DMF废水处理成本高，处理难度大的问题，本发明提供了一种采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，该方法能实现三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的高效率、低成本处理。
本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法，包括以下步骤：
(1)微生物菌群的富集培养：选取微生物菌群，接种至培养液中，经富集培养，得富集培养液;
(2)微生物菌群的驯化：选取富集培养液，接种入含有N,N-二甲基甲酰胺的初始驯化培养液的生物反应装置中，通过不断调整生物反应装置中的N,N-二甲基甲酰胺的含量，对微生物菌群进行驯化，得驯化完成的培养液;
(3)微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺：将含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水不断通入驯化完成的培养液中，通过驯化完成的培养液中的微生物降解三氯蔗糖废水中的N,N-二甲基甲酰胺。
进一步的，本发明步骤(2)中的微生物菌群的驯化具体包括以下步骤：
选取富集培养液，接种入含有N,N-二甲基甲酰胺的初始驯化培养液的生物反应装置中;
测试生物反应装置中N,N-二甲基甲酰胺的含量，待N,N-二甲基甲酰胺的质量百分含量降至0.1%以下时，向生物反应装置中补充初始驯化培养液，并从反应装置中排出等量(指等体积)的溶液;
重复向生物反应装置中补充初始驯化培养液，并从生物反应装置中排出等量溶液步骤，至生物反应装置中N,N-二甲基甲酰胺的质量百分含量由1.8～2.2%(更佳为2.0%)降低至0.1%以下时，驯化完成，得驯化完成的培养液。
步骤(2)中对微生物菌群的驯化的目的是为了通过逐步提高生物反应装置中DMF的浓度，对微生物菌群进行驯化，驯化得到的微生物菌群可在DMF浓度为1.8～2.2%(更佳为2.0%)的废水中生长并快速降解DMF。
更进一步的，本发明步骤(3)中的微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺具体包括以下步骤：
将含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水通入驯化完成的培养液中;
测试生物反应装置中N,N-二甲基甲酰胺的含量，待N,N-二甲基甲酰胺的质量百分含量降至0.1%以下时，向生物反应装置中补充含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水，并从生物反应装置中排出等量(指等体积)的溶液，实现三氯蔗糖生产废水中的N,N-二甲基甲酰胺的连续处理。
在上述采用微生物降解三氯蔗糖废水中N,N-二甲基甲酰胺的方法中：
步骤(1)中所述的微生物菌群为假单胞菌和/或副球菌，为市售菌种，或所述的微生物菌群是采用常规方法从三氯蔗糖生产污水厂污泥中筛选获得的假单胞菌和/或副球菌。
采用常规方法从三氯蔗糖生产污水厂污泥中筛选获得的假单胞菌或副球菌的筛选方法为：
(a)以筛选培养液体积1～5%的比例接种污泥至筛选培养液，1L筛选培养液包括：磷酸氢二钠5～7g、磷酸二氢钾2～4g，氯化钠0.1～1g，培养的温度为25～35℃，溶解氧为1～3mg/L，pH为7.0～8.0，培养时间为4～7天;
(b)以筛选培养液体积5～10%的比例将上述培养液转至新鲜筛选培养液中，继续培养4～7天，如此重复操作5～10次，得到能以DMF作为唯一碳源和氮源生长的微生物菌群，经常规生理生化鉴定及基因序列特征鉴定所述微生物菌群为假单胞菌和/或副球菌。
步骤(1)中所述的培养液的组成为1L培养液中包括胰蛋白胨8～12g、酵母提取物4.5～5.5g、氯化钠8～12g，富集培养的温度为25～35℃，溶解氧为1～3mg/L，pH为7.0～8.0，培养时间为18～24h。
更佳的，步骤(1)中所述的培养液的组成为1L培养液中包括胰蛋白胨10g、酵母提取物5g、氯化钠10g，富集培养的温度为25～35℃，溶解氧为1～3mg/L，pH为7.0～8.0，培养时间为24h。
步骤(2)中所述富集培养液以0.5～1%的质量百分含量接种入含有N,N-二甲基甲酰胺的初始驯化培养液的生物反应装置中。
步骤(2)中所述含有N,N-二甲基甲酰胺的初始驯化培养液的组成为1L溶液中含有氯化铵3～6g、磷酸氢二钠5～7g、磷酸二氢钾2～4g、氯化钠0.1～0.5g、硫酸镁0.2～0.6g、氯化钙0.01～0.03g、N,N-二甲基甲酰胺1～5g，对微生物菌群进行驯化时，温度为25～35℃，溶解氧为1～3mg/L，pH为7.0～8.0。
更佳的，步骤(2)中所述含有N,N-二甲基甲酰胺的初始驯化培养液的组成为1L溶液中含有氯化铵5g、磷酸氢二钠6g、磷酸二氢钾3g、氯化钠0.5g、硫酸镁0.5g、氯化钙0.01g、N,N-二甲基甲酰胺5g，对微生物菌群进行驯化时，温度为30℃，溶解氧为3mg/L，pH为7.0～8.0。
步骤(2)中待N,N-二甲基甲酰胺的质量百分含量降至0.1%以下时，向生物反应装置中补充占生物反应装置中反应溶液总体积10～40%的初始驯化培养液。
步骤(3)中待N,N-二甲基甲酰胺的质量百分含量降至0.1%以下时，向生物反应装置中补充占生物反应装置中反应溶液总体积10～40%的含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水(是指含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水原水)。
步骤(3)中含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水的COD值为15000mg/L～20000mg/L，其中N,N-二甲基甲酰胺对三氯蔗糖生产废水的COD值贡献率高于70%。
本发明步骤(3)中的含有N,N-二甲基甲酰胺的三氯蔗糖生产废水，通常来说，包括以下组分：DMF、二甲胺、氯化单糖、二糖、三糖、多糖或寡糖、氯化钠，亚硫酸钠及多种小分子硫化物，其中三氯蔗糖生产废水中DMF对COD值贡献率大于70%。
在上述各步骤的微生物菌群培养及生物反应装置的反应条件需控制为：温度25～35℃、pH=7.0～8.0、DO=1～3mg/L。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)降解效率高，本发明中采用的微生物菌群可在较高DMF浓度中生长，并可快速降解废水中DMF，且可几乎将废水中DMF完全降解，去除率较纯物理或纯化学法高，可大大减轻三氯蔗糖废水后续处理压力;
(2)处理成本低，利用微生物的代谢活动降解废水中的DMF，无需高温、高压等条件，设备需求度低，生物反应器一经建立，可连续使用，处理水量大，可大大降低DMF废水处理成本;
(3)操作简单，易于维护，生物反应装置经启动驯化并进入稳定运行阶段后，日常维护与操作简单，仅需定时对生物反应装置中的温度、溶解氧DO以及pH等进行调控即可保持生物反应装置稳定运行。