[发明专利]两相分配生物反应器及其在处理高浓度有机废水中的应用

说明书

技术领域

本发明属于化学、材料及环境学科的交叉领域，涉及一种两相分配生物反 应器；同时还涉及两相分配生物反应器在处理高浓度有机废水中的应用。

背景技术

两相分配系统常用于分离科学领域，20世纪70年代兴起的两相分配生物 反应器(TPPB)受到人们的高度重视，80年代，该技术已在抽提发酵生产过 程中得到了广泛应用。1996年，Munro和Daugulis率先开展了两相分配反应 器用于有毒有害有机污染物的降解研究。传统意义上来说，两相分配生物反应 器就是用疏水有机溶剂作为一个储存和传递污染物的载体，把水中的高浓度的 有机污染物提取出来，降低了水中有毒底物的浓度，进而进行生物降解。底物 在有机溶剂和水中的转移是靠热力学平衡自由控制的，在水相中的微生物对有 毒底物的降解破坏了这个平衡，为了保持平衡，有机相中的有毒底物又向水相 中转移。在这种方式下，污染物向两相分配生物反应器中的扩散速度就完全依 赖于微生物的代谢活性，因此污染物的降解由系统内自身微生物的代谢所控 制，进而实现了体系的自控。TPPB系统已经被证明，在对有毒有机物污染的 水体、大气及土壤等环境的治理中，两相分配生物反应器已初步显示出了重要 作用。但是由于萃取有机相有可能被生物降解、抑制微生物生长以及曝气过程 中产生大量泡沫造成微生物损失等问题，因此给此系统的广泛应用带来了限 制。基于上述原因，单一菌种和无菌操作技术就必须被应用到此系统中。但这 样不仅增加了成本，而且还不能彻底解决问题，离实际应用更加遥远。因此， 解决两相分配生物反应器系统的关键性问题就是提高微生物对有机污染物的 耐受性和萃取相的性能。另外，传统的两相生物反应器中的萃取剂为液相，不 能动态处理废水，离实际应用还比较遥远。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效提高微生物对有机污染物的耐受性能和 萃取相性能的两相分配生物反应器。

本发明的另一目的是提供两相分配生物反应器在处理高浓度有机废水中 的应用。

本发明的两相分配生物反应器，包括池体，在池体内设置有滤网，各滤网 间自下而上循环设置有固相萃取剂床层和固定化微生物载体床层；在池体下部 设有曝水系统和曝气系统；在池体上部设有出水管。图1为本发明两相分配生 物反应器的结构示意图。

所述固相萃取剂床层的固相萃取剂为聚砜包埋壬醇或聚砜包埋有机蒙脱 土形成的固相萃取剂。

其中聚砜包埋壬醇形成固相萃取剂的制备方法，是在机械搅拌条件下，将 聚砜以1∶5～1∶10重量体积溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮中，加入聚砜质量3～4倍 的壬醇搅拌均匀后，用带有12#针头的针管滴入0.1～0.3wt.％的斯盘-80水溶 液中形成盘状小球，并在蒸馏水中浸泡24h后，晾干即可。

壬醇/聚砜萃取剂对苯酚的吸附性能测试：称取6g壬醇/聚砜萃取剂，加入 到起始浓度分别为1000、2000、3000、4000和7000mg/L的苯酚溶液中，磁 力搅拌条件下，定时测定溶液中苯酚的浓度，结果如图2。从图2可以看出壬 醇/聚砜萃取剂有很快的吸附速率(60分钟达到吸附平衡)和比较大的吸附量。

聚砜包埋有机蒙脱土形成固相萃取剂的制备方法，是将聚砜以1∶10～1∶15 的重量体积比在机械搅拌下溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮中，加入聚砜质量 0.2～1.5倍的有机蒙脱土，搅拌均匀后在搅拌下，用带有12#针头的针管滴入 质量浓度15～35％的乙醇中，形成球状物，并将球状物在蒸馏水中浸泡24h后 真空干燥即得固体萃取剂。

有机蒙脱土/聚砜萃取剂对苯酚的吸附性能测试：称取6g有机蒙脱土/聚砜 萃取剂，加入到起始浓度为1000、2000、3000和4000mg/L的苯酚溶液中， 磁力搅拌条件下，定时测定溶液中苯酚的浓度，结果如图3。从图3可以看出 有机蒙脱土/聚砜萃取剂有较快的吸附速率(3小时达到吸附平衡)和很大的吸 附量。

所述固定化微生物载体床层为改性纳米SiOx复合聚氨酯泡沫， X＝1.2～1.6。其制备方法是在聚氨酯泡沫发泡过程中添加改性SiOx纳米粒子制 备而成。

改性纳米SiOx复合聚氨酯泡沫具有的亲水性微环境将有利于固定微生物 的代谢增殖，能增大生物负载量而提高生物反应效率；同时，因为纳米粒子的 增强作用及其对交联结构的加强而改善与提高所得泡沫载体的化学与物理稳 定性，赋予其良好的耐冲击性能。