公布日：2023.06.27
申請日：2023.03.27
分類號：C02F3/00(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I
摘要
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，公開了一種基于電化學(xué)強(qiáng)化好氧微生物處理DMSO工業(yè)廢水的方法，包括：（1）親電好氧微生物馴化：將好氧微生物投至廢水電解裝置的水環(huán)境中，投入微生物培養(yǎng)液，通電和通氧，進(jìn)行預(yù)馴化，然后連續(xù)通入DMSO工業(yè)廢水進(jìn)行二次馴化；（2）DMSO廢水降解：在通電以及通氧條件下向廢水電解裝置中連續(xù)通入DMSO工業(yè)廢水進(jìn)行降解處理，期間調(diào)節(jié)鹽度和pH后。本發(fā)明采用負(fù)載有好氧微生物的廢水電解裝置來處理DMSO工業(yè)廢水，相對于厭氧微生物，好氧微生物對廢水中有機(jī)物的降解更快、更完全，并且不會產(chǎn)生臭氣，此外電解的電流和電壓極限更高。
權(quán)利要求書
1.一種基于電化學(xué)強(qiáng)化好氧微生物處理DMSO工業(yè)廢水的方法，其特征在于包括以下步驟：（1）親電好氧微生物馴化：將好氧微生物投至廢水電解裝置的水環(huán)境中，向水環(huán)境中投入微生物培養(yǎng)液，通電和通氧，進(jìn)行預(yù)馴化，然后連續(xù)通入DMSO工業(yè)廢水進(jìn)行二次馴化，當(dāng)廢水COD達(dá)到目標(biāo)值后，馴化結(jié)束；（2）DMSO廢水降解：在通電以及通氧條件下向廢水電解裝置中連續(xù)通入DMSO工業(yè)廢水進(jìn)行廢水降解處理，期間調(diào)節(jié)鹽度和pH，直至廢水COD低于目標(biāo)值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（1）中，所述好氧微生物為短芽孢桿菌。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：步驟（1）中，所述短芽孢桿菌命名為JSCW-2022-A1324，已于2022年05月12日在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，其微生物保藏編號為CGMCCNo.24887，微生物分類命名為短芽孢桿菌Brevibacillus.sp.。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于：步驟（1）和（2）中，所述通電的電壓為1-4V，電流為10-70mA。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：步驟（1）中，所述預(yù)馴化的時間為2-4h。
6.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于：步驟（1）中，以體系容量1000L計，所述DMSO工業(yè)廢水先以1-3L/h的進(jìn)水速度保持4-6h；后以4-6L/h的進(jìn)水速度保持10-15h。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：步驟（1）中，所述DMSO工業(yè)廢水的原水COD為110000-140000mg/L，二次馴化后的COD數(shù)值為3000-6000mg/L。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟（2）中，調(diào)節(jié)鹽度為0-8wt%，pH為7-12。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：步驟（2）中，所述DMSO工業(yè)廢水的進(jìn)水速度為15-25L/h；直至廢水COD低于目標(biāo)值30000mg/L后結(jié)束處理。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述廢水電解裝置為無隔膜廢水電解裝置，包括：電解池單元，包括：外層支撐殼體；外層支撐殼體上設(shè)有進(jìn)水管路和出水管路；作為陰極的陰極殼體，設(shè)于外層支撐殼體內(nèi)；作為陽極的陽極柱，設(shè)于外層支撐殼體內(nèi)且不與陰極殼體接觸；陽極柱用于負(fù)載好氧微生物；曝氣單元，通過管路與外層支撐殼體的底部連通；電化學(xué)供電單元，分別與陽極和陰極電連接。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于電化學(xué)強(qiáng)化好氧微生物處理DMSO工業(yè)廢水的方法。本發(fā)明采用負(fù)載有好氧微生物的廢水電解裝置來處理DMSO工業(yè)廢水，相對于厭氧微生物，好氧微生物對廢水中有機(jī)物的降解更快、更完全，并且不會產(chǎn)生臭氣，此外電解的電流和電壓極限更高。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種基于電化學(xué)強(qiáng)化好氧微生物處理DMSO工業(yè)廢水的方法，包括以下步驟：(1)親電好氧微生物馴化：將好氧微生物投至廢水電解裝置的水環(huán)境中，向水環(huán)境中投入微生物培養(yǎng)液，通電和通氧，進(jìn)行預(yù)馴化，然后連續(xù)通入DMSO工業(yè)廢水進(jìn)行二次馴化，當(dāng)廢水COD達(dá)到目標(biāo)值后，直至廢水由黑色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S白色，馴化結(jié)束。
(2)DMSO廢水降解：在通電以及通氧條件下向廢水電解裝置中連續(xù)通入DMSO工業(yè)廢水進(jìn)行廢水降解處理，期間調(diào)節(jié)鹽度和pH，直至廢水COD低于目標(biāo)值。
本發(fā)明采用廢水電解裝置并配合好氧微生物來處理DMSO工業(yè)廢水，較于傳統(tǒng)的厭氧微生物，好氧微生物在有游離氧(分子氧)存在的條件下降解有機(jī)物，其反應(yīng)速度較快，對有機(jī)物降解更為完全，去除率通常高于厭氧微生物；處理過程中散發(fā)的臭氣較少；對電流和電壓的極限較高。
此外，相較于單一的電解處理降解DMSO，電化學(xué)強(qiáng)化作用體現(xiàn)在：可以通過直接電子傳遞和間接電子傳遞作用，促進(jìn)好氧微生物的生長繁殖，從而提高水體中的菌種密度。與此同時，在電化學(xué)作用下，好氧微生物利用有機(jī)污染物碳源進(jìn)行自身代謝的能力提高，從而顯著降低DMSO廢水的COD指標(biāo)。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述好氧微生物為短芽孢桿菌。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述短芽孢桿菌命名為JSCW-2022-A1324，已于2022年05月12日在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心保藏，其微生物保藏編號為CGMCCNo.24887，微生物分類命名為短芽孢桿菌Brevibacillus.sp.。
本發(fā)明選用的好氧微生物為短芽孢桿菌，其與現(xiàn)有的其他短芽孢桿菌相比，具有更強(qiáng)的耐鹽、耐堿和耐電流能力，因此能完美適配本發(fā)明電解高鹽高堿廢水應(yīng)用場景。具體地，本發(fā)明短芽孢桿菌可耐受8％鹽度、pH＝12的DMSO工業(yè)廢水，并且在80mA電流下仍可存活7天以上，且仍具有降解有機(jī)物能力。故本發(fā)明電流最大載荷為70mA，電壓最大載荷4V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通微生物電解池的電壓電流(0.5-1V，10mA)。
作為優(yōu)選，步驟(1)和(2)中，所述通電的電壓為1-4V，電流為10-70mA。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述預(yù)馴化的時間為2-4h。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，加入所述微生物培養(yǎng)液后，體系中各成分濃度如下：葡萄糖0.5-1.5g/L，甲醇0.5-1.5g/L，磷酸氫二鉀0.2-0.3g/L，硫酸銨1.5-2.5g/L，微量元素液0.5-1.5mL/L(每升微量元素液含硫酸亞鐵0.4g，硫酸鎳0.2g，硫酸銅0.04g，硫酸錳0.4g，硫酸鈷0.05g，鉬酸銨0.05g，硫酸鋅0.05g)，酵母膏0.15-0.25g/L，胰蛋白胨0.15-0.25g/L。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，以體系容量1000L計，所述DMSO工業(yè)廢水先以1-3L/h的進(jìn)水速度保持4-6h；后以4-6L/h的進(jìn)水速度保持10-15h。
本發(fā)明將廢水進(jìn)水速度分為兩階段，在前期進(jìn)水速度相對較慢，原因在于整個體系的有機(jī)負(fù)荷控制在低位，緩慢進(jìn)水可防止有機(jī)負(fù)荷過高導(dǎo)致好氧微生物死亡。當(dāng)好氧微生物逐漸適應(yīng)環(huán)境后，提高進(jìn)水速度以促進(jìn)好氧微生物的降解能力。
作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述DMSO工業(yè)廢水的原水COD為110000-140000mg/L，二次馴化后的COD數(shù)值為3000-6000mg/L。
作為優(yōu)選，步的(2)中，調(diào)節(jié)鹽度為0-8wt％，pH為7-12。
作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述DMSO工業(yè)廢水的進(jìn)水速度為15-25L/h；直至廢水COD低于目標(biāo)值30000mg/L后結(jié)束處理。
作為優(yōu)選，所述廢水電解裝置為無隔膜廢水電解裝置，包括：電解池單元、曝氣單元和電化學(xué)供電單元。其中，所述電解池單元包括：外層支撐殼體；所述外層支撐殼體上設(shè)有進(jìn)水管路和出水管路；作為陰極的陰極殼體，設(shè)于所述外層支撐殼體內(nèi)；作為陽極的陽極柱，設(shè)于所述外層支撐殼體內(nèi)且不與陰極殼體接觸；所述陽極柱用于負(fù)載好氧微生物。所述曝氣單元通過管路與所述外層支撐殼體的底部連通；所述電化學(xué)供電單元分別與所述陽極和陰極電連接。
本發(fā)明廢水電解裝置的工作原理為：DMSO工業(yè)廢水和氣體由外層支撐殼體底部的進(jìn)水管路進(jìn)入，在上升過程中，在電化學(xué)以及好氧微生物的雙重作用下，DMSO工業(yè)廢水中的有機(jī)物高效地發(fā)生降解，逐級降解為二氧化碳、水和簡單無機(jī)物等，降解后的廢水通過外層支撐殼體頂部的出水管路排出。
相較于常規(guī)的含隔膜的雙室結(jié)構(gòu)微生物電解池裝置，本發(fā)明取消了隔膜的設(shè)計，為單室結(jié)構(gòu)，能夠顯著降低內(nèi)阻，從而增大有機(jī)污染物處理量。此外，針對好氧微生物的特點，本發(fā)明還設(shè)置曝氣單元用于供氧，可進(jìn)一步有利于好氧微生物的代謝和繁殖。在運(yùn)行狀態(tài)下，好氧微生物擴(kuò)散至水中以懸浮狀態(tài)分布，不會發(fā)生分層和沉降。其原因在于：(1)在曝氣單元的曝氣下，水體自身可快速流動傳質(zhì)，使得細(xì)小微生物可懸浮于水中；(2)溶解氧含量充足，微生物活性好，不會出現(xiàn)死亡沉降的現(xiàn)象。
與現(xiàn)有技術(shù)對比，本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明采用廢水電解裝置并配合好氧微生物來處理DMSO工業(yè)廢水，相較于單一的電解處理降解DMSO，電化學(xué)強(qiáng)化可以通過直接電子傳遞和間接電子傳遞作用，促進(jìn)好氧微生物的生長繁殖，從而提高水體中的菌種密度。與此同時，在電化學(xué)作用下，好氧微生物利用有機(jī)污染物碳源進(jìn)行自身代謝的能力提高，從而顯著降低DMSO廢水的COD指標(biāo)。相較于傳統(tǒng)的厭氧微生物，好氧微生物在有游離氧(分子氧)存在的條件下降解有機(jī)物，其反應(yīng)速度較快，對有機(jī)物降解更為完全，去除率通常高于厭氧微生物；處理過程中散發(fā)的臭氣較少；對電流和電壓的極限較高。
(2)本發(fā)明好氧微生物優(yōu)選為短芽孢桿菌JSCW-2022-A1324，該菌株與現(xiàn)有的其他短芽孢桿菌相比，具有更強(qiáng)的耐鹽、耐堿和耐電流能力，因此能完美適配本發(fā)明的應(yīng)用場景。因此，本發(fā)明方法可應(yīng)用于高濃度DMSO廢水的處理。TDS鹽分為0-8％，可應(yīng)用于高鹽度DMSO廢水的處理，pH酸堿性范圍7-12，可應(yīng)用于強(qiáng)堿性DMSO廢水的處理。即本發(fā)明方法可應(yīng)用于高COD，高鹽分，高堿度的極難降解DMSO廢水的處理。
(3)本發(fā)明廢水電解裝置為單室結(jié)構(gòu)的無隔膜廢水電解裝置，可有效降低內(nèi)阻，從而增大有機(jī)污染物處理量。本發(fā)明在陽極柱上設(shè)有陽極填料，可以提高微生物菌落和電極的接觸面積，更好地進(jìn)行直接電子傳遞和間接電子傳遞，促進(jìn)電化學(xué)強(qiáng)化微生物的效果，進(jìn)而增加廢水處理能力。此外，本發(fā)明廢水電解裝置設(shè)有曝氣單元，可有利于好氧微生物的代謝和繁殖，并且可維持好氧微生物在水中以懸浮狀態(tài)分布，不會發(fā)生分層和沉降。
（發(fā)明人：馮惠;耿聰;宋天佑;劉鵬程;雷育斌;盧艷奇;韓寧;賈剛;秦操;李曉曉;張姍;孟皖蕭;梁云）
