申请日2016.05.11
公开(公告)日2016.08.24
IPC分类号C02F3/34; C12N1/14; C12R1/645
摘要
本发明公开了一种用于处理高浓度苯酚废水的微生物固化床反应器，属于微生物固化床反应器技术领域。本发明的技术方案要点为：一种用于处理高浓度苯酚废水的微生物固化床反应器，以黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球作为反应器的填充介质，该黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球由大量黄孢原毛平革菌厚垣孢子组成。本发明以黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球为填充介质，具有运行稳定和处理效率高等优点。
权利要求书
1.一种用于处理高浓度苯酚废水的微生物固化床反应器，其特征在于：以黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球作为反应器的填充介质，该黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球由大量黄孢原毛平革菌厚垣孢子组成。
2.根据权利要求1所述的用于处理高浓度苯酚废水的微生物固化床反应器，其特征在于：所述的反应器为柱状反应器，其高度为100cm，直径为20cm，反应器中填充黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球的质量为20-50g，通过恒流泵泵入苯酚废水的质量浓度低于2g/L，降解效率达到73.14%-100%。
3. 根据权利要求2所述的用于处理高浓度苯酚废水的微生物固化床反应器，其特征在于：所述的反应器中填充黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球的质量为40g，通过恒流泵泵入苯酚废水的质量浓度低于1g/L，降解效率达到95%以上。
4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的用于处理高浓度苯酚废水的微生物固化床反应器，其特征在于所述的黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球的具体制备过程为：将活化后的黄孢原毛平革菌转接到PDA培养基上，于37℃培养一周，然后取菌体在无菌水中配制成菌旋液，再将菌旋液接种至液体培养基中，在30℃和130rpm的条件下置于摇床中振荡培养7天获得黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球，该黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球经收集后，蒸馏水洗涤，抽滤除去水分后备用，所述的PDA培养基组分为土豆煮汁1000mL、葡萄糖20g和琼脂20g，所述的液体培养基中各组分的浓度分别为葡萄糖10.0g/L、酒石酸铵2.0g/L、苯甲醇0.5mL/L、KH2PO4 2.0g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、吐温80 0.5mL/L、维生素B1 0.001g/L、微量元素溶液70mL/L，调pH至4.5，使用前采用121℃、20min条件进行灭菌，其中微量元素溶液中各组分的质量浓度分别为：氨基乙酸0.5g/L、MgSO4·7H2O 3.0g/L、NaCl 1.0g/L、FeSO4·7H2O 0.1g/L、CoCl2·H2O 0.1g/L、CaCl2·2H2O 0.1g/L、ZnSO4·7H2O 0.1g/L、CuSO4·5H2O 0.01g/L、KAl(SO4)2·12H2O 0.01g/L、HBO3 0.01g/L、Na2MoO4·2H2O 0.01g/L和MnSO4·H2O 0.1g/L。
说明书
一种用于处理高浓度苯酚废水的微生物固化床反应器
技术领域
本发明属于微生物固化床反应器技术领域，具体涉及一种用于处理高浓度苯酚废水的微生物固化床反应器。
背景技术
苯酚是一类重要的工业有机化合物，其可以通过皮肤及黏膜的接触而吸入或经口腔浸入生物体内，与细胞原浆中的蛋白质接触形成不溶性蛋白而使细胞失去活性。长期饮用被苯酚污染的水源，会出现慢性中毒，产生头痛、疲劳、失眠和白血球下降等症状。大量的苯酚排入水环境后，会造成好氧微生物大量繁殖，并大量消耗水中的溶解氧，导致鱼类等水生生物因缺氧而死亡。当水中溶解的氧耗尽后，这类污染物则在水中厌氧性微生物作用下继续转化，先发酵成脂肪酸等中间产物，继而进一步转化为甲烷、水和二氧化碳等稳定性物质，同时放出硫化氢、硫醇、粪臭素和氨等具恶臭的气体，使水变黑、发臭，导致水环境质量进一步恶化。由于苯酚广泛应用于肥料、油漆、橡胶、药品和香水等产品的生产，并在石油、玩具、造纸、肥皂制造过程中也频繁使用，因此其存在于很多工业废水中，目前，在世界范围内苯酚都被列入优先处理的污染物。
苯酚废水通常使用活性污泥法来处理，但是传统的活性污泥法存在着占地面积大，污泥处理成本高等缺点，同时高浓度寡营养的苯酚废水对污泥中的微生物有抑制作用，使得处理效率低、出水不达标(王旭, 杜启云, 王韬,等. 活性污泥法处理高浓度苯酚废水的研究. 天津工业大学学报, 2007(6):32-35)。近来国内外学者使用固定化细胞(酶)来处理高浓度苯酚废水(段青, 王晓光, 栾兴社. 固定化微生物细胞降解苯酚的研究进展. 山东科学, 2007, 20(2):45-49;Chandrakant K, Aravind M, Manjunath N, et al. Phenol degradation by immobilized cells ofArthrobacter citreus. Biodegradation, 2006, 17(1):47-55)。固定化处理方法有着耐受浓度高、降解效率高和处理能力强的特点，然而固定化也存在着技术复杂，使用过程中活性下降，无法长期使用的缺点。此外，固定化技术本身的成本也较高。
黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)是一种白腐真菌，能产生胞外过氧化物酶系，该酶系由木素过氧化物酶和锰过氧化物酶两类同功酶组成，由于该酶系独特的降解机理，其不但能够降解多环芳烃、氯代芳烃、染料、炸药和农药等有机污染物，而且对人工合成的有机污染物也有很强的降解能力(Cameron MD, Timofeevski S, Aust SD. Enzymology ofPhanerochaete chrysosporium with respect to the degradation of recalcitrant compounds and xenobiotics. Applied Microbiology Biotechnology, 2000, 54(6):751-758)。P. chrysosporium在特定的培养条件下会产生厚垣孢子菌丝球(chlamydospore mycelium pellet)，其与一般菌丝球的不同在于其由大量细胞壁厚、寿命长、能抗御不良外界环境的厚垣孢子组成(Chung E, Oh J, Hwang S, et al. Enhanced production of manganese peroxidase from immobilizedPhanerochaete chrysosporium due to the increased autolysis of chlamydospore-like cells. Biotechnology Letters, 2005, 27(7):477-481)。厚垣孢子菌丝球属于厚垣孢子的自我固定化，而厚垣孢子本身又类似于固定化的酶，这是由于细胞壁的增厚，导致P. chrysosporium产生的许多胞外酶包括木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶都被包裹在孢子细胞内。所以利用厚垣孢子菌丝球处理工业废水，省去了固定化酶与固定化细胞的过程。同时由于P. chrysosporium能降解各种不同的化学物，具有广谱的底物范围，所以在实际处理废水中具有很大的应用潜力。
目前通常使用的固定化反应器包括固定填充床、流化床和搅拌槽式反应器等。其中固化床反应器因其处理废水的高效、简单、实用等特点而具有显著的优势。在固化床中，液体、载体和气泡在反应器内循环流动，从而提供了巨大的载体表面积，有利于微生物与废水的充分接触，具有良好的传质效果。因此固定化微生物反应器具有密度高、反应快、抗污染能力强、可连续使用、产物分离方便等特点。目前已有利用固定化细胞反应器处理苯酚的研究(Prieto MB, Aurelio H, Serra JL, et al. Degradation of phenol byRhodococcus erythropolis UPV-1 immobilized on Biolite in a packed-bed reactor. Journal of Biotechnology, 2002, 97(1):1-11)，但是，利用P. chrysosporium厚垣孢子菌丝球作为固化床填充物用于苯酚废水处理的研究尚未见报道。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种用于处理高浓度苯酚废水的微生物固化床反应器，该微生物固化床反应器以黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球作为填充介质，不仅能够高效处理苯酚废水，而且处理成本相对低廉。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种用于处理高浓度苯酚废水的微生物固化床反应器，其特征在于：以黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球作为反应器的填充介质，该黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球由大量黄孢原毛平革菌厚垣孢子组成。
所述的黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球的具体制备过程为：将活化后的黄孢原毛平革菌转接到PDA培养基上，于37℃培养一周，然后取菌体在无菌水中配制成菌旋液，再将菌旋液接种至液体培养基中，在30℃和130rpm的条件下置于摇床中振荡培养7天获得黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球，黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球经收集后，蒸馏水洗涤，抽滤除去水分后备用，所述的PDA培养基为土豆煮汁1000mL、葡萄糖20g和琼脂20g，所述的液体培养基中各组分的浓度分别为葡萄糖10.0g/L、酒石酸铵2.0g/L、苯甲醇0.5mL/L、KH2PO4 2.0g/L、MgSO4·7H2O 0.5g/L、吐温80 0.5mL/L、维生素B1 0.001g/L、微量元素溶液70mL/L，调pH至4.5，使用前采用121℃、20min条件进行灭菌，其中微量元素溶液中各组分的质量浓度分别为：氨基乙酸0.5g/L、MgSO4·7H2O 3.0g/L、NaCl 1.0g/L、FeSO4·7H2O 0.1g/L、CoCl2·H2O 0.1g/L、CaCl2·2H2O 0.1g/L、ZnSO4·7H2O 0.1g/L、CuSO4·5H2O 0.01g/L、KAl(SO4)2·12H2O 0.01g/L、HBO3 0.01g/L、Na2MoO4·2H2O 0.01g/L和MnSO4·H2O 0.1g/L。
所述的反应器为柱状反应器，其高度为100cm，直径为20cm，反应器中填充黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球的质量为20-50g，通过恒流泵泵入苯酚废水的质量浓度低于2g/L，降解效率达到73.14%-100%。
进一步优选，所述的反应器中填充黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球的质量为40g，通过恒流泵泵入苯酚废水的质量浓度低于1g/L，降解效率达到95%以上。
本发明所述的黄孢原毛平革菌厚垣孢子菌丝球为厚垣孢子的集合，厚垣孢子菌丝球本身是一种细胞的自固定化形式，同时厚垣孢子类似一种自固定化的酶，由于细胞壁的增厚，其产生的许多胞外酶包括木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶都被包裹在孢子细胞内，这使得厚垣孢子菌丝球不但能够耐受高浓度且没有其他营养的苯酚废水，而且具有较好的降解能力。