一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應器，屬于微生物固化床反應器技術領域。本發明的技術方案要點為：一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應器，以黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球作為反應器的填充介質，該黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球由大量黃孢原毛平革菌厚垣孢子組成。本發明以黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球為填充介質，具有運行穩定和處理效率高等優點。
【專利說明】
一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應器
技術領域
[0001] 本發明屬于微生物固化床反應器技術領域，具體涉及一種用于處理高濃度苯酚廢 水的微生物固化床反應器。
【背景技術】
[0002] 苯酚是一類重要的工業有機化合物，其可以通過皮膚及黏膜的接觸而吸入或經口 腔浸入生物體內，與細胞原漿中的蛋白質接觸形成不溶性蛋白而使細胞失去活性。長期飲 用被苯酚污染的水源，會出現慢性中毒，產生頭痛、疲勞、失眠和白血球下降等癥狀。大量的 苯酚排入水環境后，會造成好氧微生物大量繁殖，并大量消耗水中的溶解氧，導致魚類等水 生生物因缺氧而死亡。當水中溶解的氧耗盡后，這類污染物則在水中厭氧性微生物作用下 繼續轉化，先發酵成脂肪酸等中間產物，繼而進一步轉化為甲烷、水和二氧化碳等穩定性物 質，同時放出硫化氫、硫醇、糞臭素和氨等具惡臭的氣體，使水變黑、發臭，導致水環境質量 進一步惡化。由于苯酚廣泛應用于肥料、油漆、橡膠、藥品和香水等產品的生產，并在石油、 玩具、造紙、肥皂制造過程中也頻繁使用，因此其存在于很多工業廢水中，目前，在世界范圍 內苯酚都被列入優先處理的污染物。
[0003] 苯酚廢水通常使用活性污泥法來處理，但是傳統的活性污泥法存在著占地面積 大，污泥處理成本高等缺點，同時高濃度寡營養的苯酚廢水對污泥中的微生物有抑制作用， 使得處理效率低、出水不達標(王旭，杜啟云，王韜，等.活性污泥法處理高濃度苯酚廢水 的研究.天津工業大學學報，2007(6):32-35)。近來國內外學者使用固定化細胞(酶)來處 理高濃度苯酚廢水(段青，王曉光，欒興社.固定化微生物細胞降解苯酚的研究進展.山 東科學，2007，20(2):45_49;Chandrakant K, Aravind M, Manjunath N, et al. Phenol degradation by immobilized cells of Arthrobacter citreus. Biodegradation, 2006，17(1) :47-55h固定化處理方法有著耐受濃度高、降解效率高和 處理能力強的特點，然而固定化也存在著技術復雜，使用過程中活性下降，無法長期使用的 缺點。此外，固定化技術本身的成本也較高。
[0004] 黃孢原毛平革菌是一種白腐真菌，能產生胞外 過氧化物酶系，該酶系由木素過氧化物酶和錳過氧化物酶兩類同功酶組成，由于該酶系獨 特的降解機理，其不但能夠降解多環芳烴、氯代芳烴、染料、炸藥和農藥等有機污染物，而且 對人工合成的有機污染物也有很強的降解能力（Cameron MD，Timofeevski S，Aust SD. Enzymology of Phanerochaete chrysosporium with respect to the degradation of recalcitrant compounds and xenobiotics. Applied Microbiology Biotechnology, 2000，54(6): 751-758) 在特定的培養條件下會產生厚垣孢子菌絲球 (chlamydospore mycelium pellet)，其與一般菌絲球的不同在于其由大量細胞壁厚、壽命 長、能抗御不良外界環境的厚垣孢子組成（Chung E，Oh J，Hwang S，et al. Enhanced production of manganese peroxidase from immobilized Phanerochaete chrysosporium due to the increased autolysis of chlamydospore-1 ike cells. Biotechnology Letters, 2005，27(7):477-481)。厚垣抱子菌絲球屬于厚垣抱子的自我 固定化，而厚垣孢子本身又類似于固定化的酶，這是由于細胞壁的增厚，導致 cAiysosporiu?產生的許多胞外酶包括木質素過氧化物酶、猛過氧化物酶都被包裹在孢子 細胞內。所以利用厚垣孢子菌絲球處理工業廢水，省去了固定化酶與固定化細胞的過程。同 時由于八cAiTsosporiω?能降解各種不同的化學物，具有廣譜的底物范圍，所以在實際處 理廢水中具有很大的應用潛力。
[0005] 目前通常使用的固定化反應器包括固定填充床、流化床和攪拌槽式反應器等。其 中固化床反應器因其處理廢水的高效、簡單、實用等特點而具有顯著的優勢。在固化床中， 液體、載體和氣泡在反應器內循環流動，從而提供了巨大的載體表面積，有利于微生物與廢 水的充分接觸，具有良好的傳質效果。因此固定化微生物反應器具有密度高、反應快、抗污 染能力強、可連續使用、產物分離方便等特點。目前已有利用固定化細胞反應器處理苯酚的 石開究（Prieto MB, Aurelio Η, Serra JL, et al . Degradation of phenol by Rhodococcus erythropolis UPV-1 immobilized on Biolite in a packed-bed reactor. Journal of Biotechnology, 2002，97(1):1_11)，但是，利用P. cAiysoSjPori?厚垣孢子菌絲球作為固化床填充物用于苯酸廢水處理的研究尚未見報道。
【發明內容】
[0006] 本發明解決的技術問題是提供了一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床 反應器，該微生物固化床反應器以黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球作為填充介質，不僅能 夠高效處理苯酚廢水，而且處理成本相對低廉。
[0007] 本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種用于處理高濃度苯酚廢水的 微生物固化床反應器，其特征在于：以黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球作為反應器的填充 介質，該黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球由大量黃孢原毛平革菌厚垣孢子組成。
[0008] 所述的黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的具體制備過程為:將活化后的黃孢原毛 平革菌轉接到PDA培養基上，于37°C培養一周，然后取菌體在無菌水中配制成菌旋液，再將 菌旋液接種至液體培養基中，在30°C和130rpm的條件下置于搖床中振蕩培養7天獲得黃孢 原毛平革菌厚垣孢子菌絲球，黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球經收集后，蒸餾水洗滌，抽濾 除去水分后備用，所述的PDA培養基為土豆煮汁1000mL、葡萄糖20g和瓊脂20g，所述的液體 培養基中各組分的濃度分別為葡萄糖10 . 〇g/L、酒石酸銨2.0g/L、苯甲醇0.5mL/L、KH2P〇4 2.0g/L、MgS〇4.7H 20 0.5g/L、吐溫80 0.5mL/L、維生素 B1 0.001g/L、微量元素溶液70mL/L， 調pH至4.5,使用前采用12?Γ、20π?η條件進行滅菌，其中微量元素溶液中各組分的質量濃 度分別為：氨基乙酸0.5 8/1、]\^304.7!120 3.(^/1、他(：11.(^/1、卩6304.7!120 0.18/1、 C〇C12.H2〇 0.1g/L、CaCl2.2H20 0.1g/L、ZnS04.7H20 0.1g/L、CuS〇4.5H20 0.01g/L、KAl (S〇4)2 · I2H2O 0.01g/L、HB03 0.01g/L、Na2Mo〇4 · 2H20 0.01g/L和MnS〇4 · H2O 0.1g/L。
[0009] 所述的反應器為柱狀反應器，其高度為100cm，直徑為20cm，反應器中填充黃孢原 毛平革菌厚垣孢子菌絲球的質量為20-50g，通過恒流栗栗入苯酚廢水的質量濃度低于2g/ L，降解效率達到73.14%-100%。
[0010] 進一步優選，所述的反應器中填充黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的質量為40g， 通過恒流栗栗入苯酚廢水的質量濃度低于lg/L，降解效率達到95%以上。
[0011] 本發明所述的黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球為厚垣孢子的集合，厚垣孢子菌絲 球本身是一種細胞的自固定化形式，同時厚垣孢子類似一種自固定化的酶，由于細胞壁的 增厚，其產生的許多胞外酶包括木質素過氧化物酶、錳過氧化物酶都被包裹在孢子細胞內， 這使得厚垣孢子菌絲球不但能夠耐受高濃度且沒有其他營養的苯酚廢水，而且具有較好的 降解能力。
【具體實施方式】
[0012] 以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本 發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明上述內容實現的技術均屬于本發 明的范圍。
[0013] 實施例1 1、黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的制備 將活化后的八cAiysoSjPori?轉接到PDA培養基上，于37°C培養一周，然后取少量菌體 在無菌水內配置成2X107 cfu/mL的菌懸液，在無菌操作條件下，將lmL菌懸液接種至裝有 200mL液體培養基的500mL三角瓶中，在30°C和130rpm的條件下，搖床振蕩培養7天獲得 P. cAiysosporiu?厚垣孢子菌絲球，厚垣孢子菌絲球經收集后，蒸餾水洗滌、抽濾除去水分 后備用。
[0014] 液體培養基成分:葡萄糖10.0g/L、酒石酸銨2.0g/L、苯甲醇0.5mL/L、KH2P〇4 2.0g/ L、MgS〇4.7H20 0.5g/L、吐溫80 0.5mL/L、維生素 B1 0.001g/L和微量元素溶液70mL/L，調pH 至4.5，使用前采用121<€、2〇111；[11條件進行滅菌。
[0015] 微量元素溶液：氨基乙酸0.5g/L、MgS〇4 · 7H20 3.0g/L、NaCl 1.0g/L、FeS〇4 · 7H20 0.1g/L、CoCl2.H2〇 0.1g/L、CaCl2.2H20 0.1g/L、ZnS04.7H20 0.1g/L、CuS〇4.5H20 0.01g/L、KAl(S〇4)2 · 12H20 0.01g/L、HB03 0.01g/L、Na2Mo〇4 · 2H20 0.01g/L和MnS〇4 · H20 0.lg/L〇
[0016] 2、反應器操作 在高100cm、直徑為20cm的柱狀反應器中填充20-50g厚垣孢子菌絲球，分別配置苯酚濃 度為1. 〇g/L的模擬廢水，反應器采用順流式上部進水，底部出水的方式，于下方取樣，進行 連續進水實驗，水流流速為3mL/min，之后兩小時間隔取樣，測定苯酚濃度，并計算反應器穩 定運行時苯酚降解率。
[0017] 3、苯酚的測定方法 苯酸的測定采用4-氨基安替比林法來測定(Fiamegos Y, Stalikas C, Pilidis G. 4-Aminoantipyrine spectrophotometric method of phenol analysis : Study of the reaction products via liquid chromatography with diode-array and mass spectrometric detection. Analytica Chimica Acta, 2002，467(1-2): 105_114)〇原理 是苯酚與4-氨基安替比林和鐵氰化鉀反應生成黃色染料，在pH=8.0時，在510nm處有最大光 吸收。
[0018] 4、實驗結果 實驗表明，當反應器中填充40g厚垣孢子菌絲球時，廢水中苯酚能夠被有效的去除，降 解率可穩定在95%以上。不同的填充量對苯酚的降解率影響(表1)如下： 表1不同的菌絲球填充量對于苯酚的降解率影響
實施例2 1、黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的制備 將活化后的八cAiysospori?轉接到PDA培養基上，于37°C培養一周，然后取少量菌體 在無菌水內配置成2 X 107cfu/mL的菌懸液，在無菌操作條件下，將lmL菌懸液接種至裝有 200mL液體培養基的500mL三角瓶中，在30°C和130rpm的條件下，搖床振蕩培養7天獲得 P. cAiysosporiu?厚垣孢子菌絲球，厚垣孢子菌絲球經收集后，蒸餾水洗滌、抽濾除去水分 后備用。
[0019] 液體培養基成分：葡萄糖10 . Og/L、酒石酸銨2 . Og/L、苯甲醇0.5mL/L、KH2P〇4 2.0g/L、MgS〇4.7H20 0.5g/L、吐溫80 0.5mL/L、維生素 B1 0.001g/L、微量元素溶液70mL/L， 調口11至4.5，使用前采用121<€、2〇111；[11條件進行滅菌。
[0020] 微量元素溶液：氨基乙酸 0.5g/L、MgS〇4 · 7H20 3.0g/L、NaCl 1.0g/L、FeS〇4 · 7H20 0.1g/L、CoCl2 · H2O 0.1g/L、CaCl2 · 2H20 0.1g/L、ZnS04 · 7H20 0.1g/L、CuS〇4 · 5H20 0.01g/L、KAl(S〇4)2 · 12H2〇 0.01g/L、HB03 0.01g/L、Na2Mo〇4 · 2H20 0.01g/L和MnS〇4 · H2O 0.lg/L〇
[0021] 2、反應器操作 在高100cm、直徑為20cm的柱式反應器中填充40g厚垣孢子菌絲球，分別配置苯酚濃度 為0 . Ig/L、0.5g/L、lg/L、1.5g/L、2g/L的模擬廢水。反應器采用順流式上部進水，底部出水 的方式，于下方取樣，進行連續進水實驗，水流流速為3mL/min，每2h間隔取樣，測定苯酚濃 度，計算反應器穩定運行時苯酚的降解率。
[0022] 3、苯酚的測定方法 苯酸的測定采用4-氨基安替比林法來測定(Fiamegos Y, Stalikas C, Pilidis G. 4-Aminoantipyrine spectrophotometric method of phenol analysis : Study of the reaction products via liquid chromatography with diode-array and mass spectrometric detection[J]. Analytica Chimica Acta, 2002， 467(1-2):105_114)〇 原理是苯酚與4-氨基安替比林和鐵氰化鉀反應生成黃色染料，在pH=8.0時，在510nm處有最 大光吸收。
[0023] 4、實驗結果 實驗結果顯示(表2)，反應器運行過程中，在苯酚濃度小于1.5g/L時，廢水中苯酚能夠 被反應器有效的降解，降解效率在87%以上，當苯酚濃度為2.0g/L時，降解率略有下降。不同 初始濃度對苯酚降解效率的影響如下表。
[0024]表2不同苯酚初始濃度對降解率的影響
針對苯酚廢水處理過程中存在的問題，本專利發明了一種能夠連續處理高濃度苯酚廢 水的固化床反應器，該反應器以厚垣孢子菌絲球為填充介質，具有運行穩定，處理效率高等 優點，此外，與其它固定化細胞(酶)反應器相比，因不需要專門的細胞或酶固定化操作，因 此廢水處理成本大大降低。黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球相較于一般的固定化細胞(酶） 有著制備簡單、成本低和易儲藏等優點。
[0025]以上實施例描述了本發明的基本原理、主要特征及優點，本行業的技術人員應該 了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原 理，在不脫離本發明原理的范圍下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入 本發明保護的范圍內。
【主權項】
1. 一種用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應器，其特征在于：以黃孢原毛平 革菌厚垣孢子菌絲球作為反應器的填充介質，該黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球由大量黃 孢原毛平革菌厚垣孢子組成。2. 根據權利要求1所述的用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應器，其特征在 于:所述的反應器為柱狀反應器，其高度為l〇〇cm，直徑為20cm，反應器中填充黃孢原毛平革 菌厚垣孢子菌絲球的質量為20-50g，通過恒流栗栗入苯酚廢水的質量濃度低于2g/L，降解 效率達到73.14%-100%。3. 根據權利要求2所述的用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反應器，其特征在 于:所述的反應器中填充黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的質量為40g，通過恒流栗栗入苯 酚廢水的質量濃度低于lg/L，降解效率達到95%以上。4. 根據權利要求1-3中任意一項所述的用于處理高濃度苯酚廢水的微生物固化床反 應器，其特征在于所述的黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球的具體制備過程為:將活化后的 黃孢原毛平革菌轉接到PDA培養基上，于37°C培養一周，然后取菌體在無菌水中配制成菌旋 液，再將菌旋液接種至液體培養基中，在30°C和130rpm的條件下置于搖床中振蕩培養7天獲 得黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球，該黃孢原毛平革菌厚垣孢子菌絲球經收集后，蒸餾水 洗滌，抽濾除去水分后備用，所述的PDA培養基組分為土豆煮汁lOOOmL、葡萄糖20g和瓊脂 20g，所述的液體培養基中各組分的濃度分別為葡萄糖10.0g/L、酒石酸銨2.0g/L、苯甲醇 0.5mL/L、KH2P〇4 2.0g/L、MgS〇4.7H20 0.5g/L、吐溫80 0.5mL/L、維生素 BI 0.001g/L、微量 元素溶液70mL/L，調pH至4.5，使用前采用121°(：、2〇1^11條件進行滅菌，其中微量元素溶液中 各組分的質量濃度分別為：氨基乙酸〇.5g/L、MgS〇4· 7H20 3.0g/L、NaCl 1.0g/L、FeS〇4· 7H20 0.1g/L、CoCl2 · H2O 0.1g/L、CaCl2 · 2H20 0.1g/L、ZnS04 · 7H20 0.1g/L、CuS〇4 · 5H20 0.01g/L、KAl(S〇4)2 · 12H20 0.01g/L、HB03 0.01g/L、Na2Mo〇4 · 2H20 0.01g/L和MnS〇4 · H2O 0.lg/L〇
【文檔編號】C12N1/14GK105884039SQ201610306550
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】王海磊, 秦雨, 李祎, 李平
【申請人】河南師范大學