申請(qǐng)日2017.10.10
公開(kāi)(公告)日2017.12.22
IPC分類號(hào)C02F3/28; C02F3/34; C12N1/36; C02F101/34
摘要
本發(fā)明提供了一種苯甲酸的厭氧生物降解方法，包括：在導(dǎo)電碳材料的存在下，苯甲酸降解菌對(duì)苯甲酸進(jìn)行厭氧生物降解。本發(fā)明在苯甲酸厭氧降解過(guò)程中添加導(dǎo)電碳材料，能夠提高苯甲酸厭氧降解的速率，其可以用于對(duì)含苯甲酸廢水的處理，也可以用于對(duì)含苯甲酸固體廢物的處理，加快處理速度，提高處理能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加導(dǎo)電碳材料可以促進(jìn)苯甲酸的厭氧降解，且導(dǎo)電碳材料的濃度越高，苯甲酸的生物降解速率越快。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種苯甲酸的厭氧生物降解方法，包括：
在導(dǎo)電碳材料的存在下，苯甲酸降解菌對(duì)苯甲酸進(jìn)行厭氧生物降解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物降解方法，其特征在于，所述導(dǎo)電碳材料選自活性炭、多壁碳納米管或石墨烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物降解方法，其特征在于，所述活性炭的質(zhì)量與苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為1～20g：7～10mmol;
所述多壁碳納米管的質(zhì)量與苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為0.1～5g：7～10mmol;
所述石墨烯的質(zhì)量與苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為50～200mg：7～10mmol。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的厭氧生物降解方法，其特征在于，所述苯甲酸降解菌按照以下方法獲得：
以苯甲酸作為底物對(duì)污水處理廠的厭氧消化池污泥進(jìn)行馴化，馴化至1～10g原始底泥兩周內(nèi)將20～100mL10mM的苯甲酸完全。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厭氧生物降解方法，其特征在于，具體為：
將苯甲酸降解菌接種于含導(dǎo)電碳材料的培養(yǎng)基中，對(duì)苯甲酸進(jìn)行厭氧生物降解。
6.一種含苯甲酸廢水的處理方法，包括：
在導(dǎo)電碳材料的存在下，苯甲酸降解菌對(duì)含苯甲酸廢水進(jìn)行厭氧生物降解。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理方法，其特征在于，所述導(dǎo)電碳材料選自活性炭、多壁碳納米管或石墨烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理方法，其特征在于，所述活性炭的質(zhì)量與廢水中苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為1～20g：7～10mmol;
所述多壁碳納米管的質(zhì)量與廢水中苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為0.1～5g：7～10mmol;
所述石墨烯的質(zhì)量與廢水中苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為50～200mg：7～10mmol。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理方法，其特征在于，所述苯甲酸降解菌按照以下方法獲得：
以苯甲酸作為底物對(duì)污水處理廠的厭氧消化池污泥進(jìn)行馴化，馴化至1～10g原始底泥兩周內(nèi)將20～100mL10mM的苯甲酸完全。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理方法，其特征在于，具體為：
將苯甲酸降解菌接種于含導(dǎo)電碳材料的培養(yǎng)基中，對(duì)含苯甲酸廢水進(jìn)行厭氧生物降解。
說(shuō)明書(shū)
含苯甲酸廢水的處理方法以及苯甲酸厭氧生物降解方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于有機(jī)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含苯甲酸廢水的處理方法以及苯甲酸厭氧生物降解方法。
背景技術(shù)
芳香族化合物是地球上最豐富的化合物之一，它以酚醛樹(shù)脂、植物中的木質(zhì)素單體以及芳香類的碳?xì)浠衔锏榷喾N形式存在于自然界。隨著工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，芳香族化合物被廣泛應(yīng)用于塑料、食品、染料、制革、合成橡膠和有機(jī)合成行業(yè)等，導(dǎo)致進(jìn)入環(huán)境中的芳香族化合物越來(lái)越多，對(duì)動(dòng)植物和人類的生存都構(gòu)成了極大的危害，尤其是具有致畸、致癌、致突變的小分子如苯酚、苯胺等有機(jī)污染物。
另一方面，利用化學(xué)方法來(lái)處理高濃度的芳香族化合物廢水時(shí)，往往存在著處理不完全，易帶來(lái)二次污染等問(wèn)題，例如高級(jí)氧化技術(shù)(AOP)對(duì)有機(jī)污染物具有很好的降解效果，礦化率能達(dá)到約80%，卻對(duì)礦化產(chǎn)物乳酸類或胺類物質(zhì)小分子無(wú)能為力，使溶液中的礦化產(chǎn)物多為乙二胺、苯胺或苯甲酸等一些小分子等。且苯甲酸類廢水本身是一類常見(jiàn)的有機(jī)廢水，許多苯甲酸類化合物被直接用于化工、食品、染料和醫(yī)藥工業(yè)，使其在一些工廠的排放廢水中達(dá)到可觀的濃度。此外，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，苯甲酸鈉會(huì)對(duì)斑馬魚(yú)幼體具有神經(jīng)毒性和腎毒性，這使得斑馬魚(yú)幼體在發(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)腎畸形等發(fā)育不良情形等。
在自然條件下，在某些微生物的作用下，這類化合物的降解、變化及歸宿，一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。有研究證明，苯甲酸是扁桃酸、甲苯等很多種芳香族化合物生物降解的中間產(chǎn)物，同時(shí)還是苯的厭氧降解的中間產(chǎn)物。許多不同結(jié)構(gòu)的芳香族化合物可通過(guò)一系列反應(yīng)被轉(zhuǎn)化為苯甲酸或是苯甲酰-輔酶A(CoA)，并以此作為厭氧降解過(guò)程的中間體，如苯甲基脂肪酸、甲苯、酚等。因此開(kāi)展苯甲酸的微生物降解途徑及機(jī)理的研究，對(duì)于闡明很多環(huán)境污染物的降解，治理環(huán)境污染將起到很重要的指導(dǎo)作用。
在自然界中，苯甲酸存在幾種不同的代謝途徑，根據(jù)對(duì)氧的需求可分為有氧降解和厭氧降解。有氧降解以分子氧作為最終電子受體，而厭氧降解則以硝酸鹽、硫酸鹽、CO2或鐵等作為最終電子受體。很多細(xì)菌具有厭氧降解苯甲酸的能力，如光合細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、和硫鐵還原細(xì)菌等，其降解步驟分為以下四步：1)CoA硫酯的形成;2)環(huán)還原;3)引入羥基集團(tuán);4)環(huán)開(kāi)裂。然而在自然體系中，由于環(huán)境影響因素太復(fù)雜，苯甲酸厭氧生物降解速率很低，因而尋求一種顯著提高厭氧體系下苯甲酸厭氧生物降解速率的方法是非常具有實(shí)用價(jià)值的。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種含苯甲酸廢水的處理方法以及苯甲酸的厭氧生物降解方法，本發(fā)明提供的厭氧生物降解方法對(duì)苯甲酸的降解速率較快。
本發(fā)明提供了一種苯甲酸的厭氧生物降解方法，包括：
在導(dǎo)電碳材料的存在下，苯甲酸降解菌對(duì)苯甲酸進(jìn)行厭氧生物降解。
本發(fā)明以苯甲酸為反應(yīng)底物，在厭氧降解體系中添加導(dǎo)電碳材料，能夠提高苯甲酸降解菌對(duì)苯甲酸的降解速度。
在本發(fā)明中，所述導(dǎo)電碳材料選自活性炭、多壁碳納米管或石墨烯。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述活性炭的質(zhì)量與苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為1～20g：7～10mmol;
所述多壁碳納米管的質(zhì)量與苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為0.1～5g：7～10mmol;
所述石墨烯的質(zhì)量與苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為50～200mg：7～10mmol。
在本發(fā)明中，所述苯甲酸降解菌按照以下方法獲得：
以苯甲酸作為底物對(duì)污水處理廠的厭氧消化池污泥進(jìn)行馴化，馴化至1～10g原始底泥兩周內(nèi)將20～100mL10mM的苯甲酸完全。
具體而言，所述苯甲酸降解菌的馴化按照以下方法操作：
1)利用苯甲酸培養(yǎng)基，取污水處理廠的厭氧消化池中污泥懸浮液進(jìn)行離心分離，清洗多次，每次去掉上清液，保留底泥;
2)取3個(gè)血清瓶，在120血清瓶中，加入50mL的培養(yǎng)基，加入5g離心后的底泥(10%w/v)，底物只加10mM苯甲酸，頂空只含有N2和CO2，其比例為4:1;
3)定期檢測(cè)苯甲酸消耗情況，待苯甲酸降解完全，在厭氧手套箱中再對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行離心分離，保留底泥和加入新的培養(yǎng)基50mL，添加苯甲酸繼續(xù)馴化，方法同上;
4)重復(fù)以上馴化實(shí)驗(yàn)，直至最終的苯甲酸能夠在2周以內(nèi)能完全降解為止，然后將各個(gè)小瓶中離心后的底泥放入800ml血清瓶，加入400mL培養(yǎng)基，和保證苯甲酸濃度為10mM，每隔2周更換一次培養(yǎng)基，并添加底物苯甲酸，作為苯甲酸降解菌群的母液。
本發(fā)明對(duì)所述苯甲酸厭氧降解的具體方法沒(méi)有特殊限制，可以按照以下方法進(jìn)行：
將苯甲酸降解菌接種于含導(dǎo)電碳材料的培養(yǎng)基中，對(duì)苯甲酸進(jìn)行厭氧生物降解。
其中，培養(yǎng)基為適于苯甲酸降解菌生長(zhǎng)、繁殖的培養(yǎng)基，本發(fā)明對(duì)其成分及含量并無(wú)特殊限制。該培養(yǎng)基中添加有導(dǎo)電碳材料，能夠加速對(duì)苯甲酸的厭氧生物降解。
本發(fā)明還提供了一種含苯甲酸廢水的處理方法，包括：
在導(dǎo)電碳材料的存在下，苯甲酸降解菌對(duì)含苯甲酸廢水進(jìn)行厭氧生物降解。
本發(fā)明中，所述導(dǎo)電碳材料選自活性炭、多壁碳納米管或石墨烯。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述活性炭的質(zhì)量與廢水中苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為1～20g：7～10mmol;
所述多壁碳納米管的質(zhì)量與廢水中苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為0.1～5g：7～10mmol;
所述石墨烯的質(zhì)量與廢水中苯甲酸初始摩爾數(shù)的比例為50～200mg：7～10mmol。
本發(fā)明中，所述苯甲酸降解菌按照以下方法獲得：
以苯甲酸作為底物對(duì)污水處理廠的厭氧消化池污泥進(jìn)行馴化，馴化至1～10g原始底泥兩周內(nèi)將20～100mL10mM的苯甲酸完全。
具體而言，所述苯甲酸降解菌的馴化按照以下方法操作：
1)利用苯甲酸培養(yǎng)基，取污水處理廠的厭氧消化池中污泥懸浮液進(jìn)行離心分離，清洗多次，每次去掉上清液，保留底泥;
2)取3個(gè)血清瓶，在120血清瓶中，加入50mL的培養(yǎng)基，加入5g離心后的底泥(10%w/v)，底物只加10mM苯甲酸，頂空只含有N2和CO2，其比例為4:1;
3)定期檢測(cè)苯甲酸消耗情況，待苯甲酸降解完全，在厭氧手套箱中再對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行離心分離，保留底泥和加入新的培養(yǎng)基50mL，添加苯甲酸繼續(xù)馴化，方法同上;
4)重復(fù)以上馴化實(shí)驗(yàn)，直至最終的苯甲酸能夠在2周以內(nèi)能完全降解為止，然后將各個(gè)小瓶中離心后的底泥放入800ml血清瓶，加入400mL培養(yǎng)基，和保證苯甲酸濃度為10mM，每隔2周更換一次培養(yǎng)基，并添加底物苯甲酸，作為苯甲酸降解菌群的母液。
本發(fā)明對(duì)所述含苯甲酸廢水進(jìn)行處理的具體方法沒(méi)有特殊限制，可以按照以下方法進(jìn)行：
將苯甲酸降解菌接種于含導(dǎo)電碳材料的培養(yǎng)基中，對(duì)含苯甲酸廢水進(jìn)行厭氧生物降解。
其中，培養(yǎng)基為適于苯甲酸降解菌生長(zhǎng)、繁殖的培養(yǎng)基，本發(fā)明對(duì)其成分及含量并無(wú)特殊限制，可以根據(jù)含苯甲酸廢水中的成分進(jìn)行調(diào)整。該培養(yǎng)基中添加有導(dǎo)電碳材料，能夠加速對(duì)苯甲酸的厭氧生物降解。
本發(fā)明也可以按照以下方法對(duì)含苯甲酸的廢水進(jìn)行處理：
在含苯甲酸廢水中添加導(dǎo)電碳材料，然后采用苯甲酸降解菌進(jìn)行厭氧生物降解。
本發(fā)明在苯甲酸厭氧降解過(guò)程中添加導(dǎo)電碳材料，能夠提高苯甲酸厭氧降解的速率，其可以用于對(duì)含苯甲酸廢水的處理，也可以用于對(duì)含苯甲酸固體廢物的處理，加快處理速度，提高處理能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加導(dǎo)電碳材料可以促進(jìn)苯甲酸的厭氧降解，且導(dǎo)電碳材料的濃度越高，苯甲酸的生物降解速率越快。
