本發(fā)明申請涉及工業(yè)廢水處理，具體涉及一種基于導(dǎo)電材料的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置及乳制品廢水處理方法。

背景技術(shù)：

1、乳制品廢水是一種典型的食品加工廢水，乳制品廢水中主要含有的污染物是乳蛋白、乳脂、乳糖以及含于原乳當(dāng)中的礦物質(zhì)，用于清洗生產(chǎn)設(shè)備、管道、容器和車間地面的酸性和堿性的洗滌劑等。乳制品廢水的化學(xué)需氧量codcr濃度約為1500～2500mg/l、生物需氧量bod5濃度約為800～1500mg/l、懸浮物ss濃度約為200～400mg/l、油濃度約為150～300mg/l、總氮tn濃度約為30～50mg/l、總磷tp濃度約為5～15mg/l、ph值約為5～7。一般來說，生產(chǎn)1t乳制品所產(chǎn)生的廢水可達(dá)到30～35m3，管理水平較好的乳制品企業(yè)，廢水排放量也為乳制品加工量的1～3倍。

2、由于乳制品廢水中的bod值和cod值均較高，且生化性較好（bod/cod一般在0.5以上），一般采用生化處理作為乳制品廢水處理的核心單元。傳統(tǒng)乳制品廢水分為預(yù)處理（粗細(xì)格柵、混凝沉淀、氣浮等）、厭氧生化處理（水解酸化、uasb、abr等）以及好氧生化處理（活性污泥法、sbr、生物膜法等）三段處理。預(yù)處理對廢水中的油和懸浮物等細(xì)小顆粒及乳化狀態(tài)物去除，其次厭氧生化處理將廢水中的大分子有機物降解為小分子有機物，最后好氧生物處理將廢水中的大部分有機物降解為co2和h2o，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

3、發(fā)明人知曉一種利用不產(chǎn)氧光合細(xì)菌的乳制品廢水處理方法，不產(chǎn)氧光合細(xì)菌可在光照厭氧條件下處理乳制品廢水，不僅能高效處理有機污染物，并能將廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)同化合成自身細(xì)胞物質(zhì)。光合細(xì)菌富含單細(xì)胞蛋白、輔酶q10、聚羥基脂肪酸酯、5-氨基乙酰丙酸以及類胡蘿卜素等高價值物質(zhì)，可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、醫(yī)療保健和作物生產(chǎn)等諸多行業(yè)領(lǐng)域。由于不產(chǎn)氧光合細(xì)菌菌體細(xì)胞自然沉降困難，其所處的懸浮生長狀態(tài)造成了菌體易流失以及固液分離困難的問題。

4、公開于該背景技術(shù)部分的信息僅用于加深對本公開的背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)：光合細(xì)菌能有效去除廢水中的有機物以及氮、磷和硫化物，但光合細(xì)菌廢水處理過程中存在降解大分子物質(zhì)困難、菌體易流失以及固液分離困難等問題。

2、鑒于以上技術(shù)問題中的至少一項，本公開提供了一種基于導(dǎo)電材料的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置及乳制品廢水處理方法，可以通過電場的作用提高光合細(xì)菌去除污染物能力的同時，很大程度上減緩膜污染，實現(xiàn)廢水處理減污降碳協(xié)同增效。

3、根據(jù)本公開的一個方面，提供一種基于導(dǎo)電材料的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置，包括與廢水儲存容器相連通的反應(yīng)容器、設(shè)于所述反應(yīng)容器內(nèi)用于出水和攔截光合細(xì)菌的陰極導(dǎo)電膜組件、設(shè)于所述反應(yīng)容器內(nèi)用于構(gòu)建電場的陽極鈦網(wǎng)、設(shè)置于反應(yīng)容器外部的用于向所述陰極導(dǎo)電膜組件和陽極鈦網(wǎng)提供電壓的直流穩(wěn)壓電源、用于向所述反應(yīng)容器提供光照的光源。

4、在本公開的一些實施例中，所述陰極導(dǎo)電膜組件包括經(jīng)如下化學(xué)表面改性處理的中空纖維超濾膜：中空纖維超濾膜經(jīng)堿處理后在飽和亞硫酸氫鈉溶液中浸泡10~14h，再在0.5g/l的go分散液中浸泡2~4h，得go/pvdf中空纖維超濾膜。

5、在本公開的一些實施例中，所述反應(yīng)容器為無色透明有機玻璃材質(zhì)件；所述光源（如白熾燈）布設(shè)在所述反應(yīng)容器器壁外側(cè)四周。

6、在本公開的一些實施例中，所述反應(yīng)容器中接種有沼澤紅假單胞菌、膠質(zhì)紅假單胞菌、莢膜紅假單胞菌等，且在初始條件下的接種量為800~1200mg/l。

7、在本公開的一些實施例中，所述光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置還包括用以對所述陰極導(dǎo)電膜組件實現(xiàn)反沖洗的反沖洗裝置，該反沖洗裝置包括對應(yīng)連通的反沖洗管路及對應(yīng)的反沖洗泵。

8、在本公開的一些實施例中，所述光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置還包括用于監(jiān)測反應(yīng)容器中水位的液位傳感器以及控制進(jìn)水閥進(jìn)水確保裝置正常運行的信號線；所述白熾燈、直流穩(wěn)壓電源、液位傳感器以及進(jìn)水閥均通過各自適配的電路連接方式與對應(yīng)的電路系統(tǒng)電連接。

9、在本公開的一些實施例中，在所述反應(yīng)容器的器壁由上至下設(shè)有不同液位的取樣口，在所述反應(yīng)容器的頂部設(shè)有溢流口，底部設(shè)有對應(yīng)的進(jìn)水口和排空口。

10、根據(jù)本公開的另一個方面，提供一種乳制品廢水處理方法，基于上述光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置而實施，包括如下步驟：

11、（1）對待處理乳制品廢水進(jìn)行預(yù)處理；

12、（2）開啟所述光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置，將經(jīng)上步預(yù)處理的乳制品廢水從底部引入所述反應(yīng)容器，并通過位于所述反應(yīng)容器上部的陰極導(dǎo)電膜組件流出反應(yīng)容器；

13、（3）檢測出水水質(zhì)以及所述反應(yīng)容器內(nèi)的生物量，確保達(dá)標(biāo)排放。

14、在本公開的一些實施例中，在所述步驟（2）中，控制所述反應(yīng)容器中生物量濃度為2000～3000mg/l、光照強度為2000～4000lux、光暗周期為16h光照/8h黑暗或24h光照/0h黑暗、運行水溫為15～25℃、ph值為6.5~7.5、溶解氧濃度為0～0.5mg/l、水力停留時間為48～72h、原始pvdf膜的通量為10～15l/(m2·h)、運行壓力為10～40kpa。

15、在本公開的一些實施例中，施加于所述陰極導(dǎo)電膜組件的電場強度為0.4v/cm～1.2v/cm。

16、本申請實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下任一技術(shù)效果或優(yōu)點：

17、1.?本申請通過將陰極導(dǎo)電膜組件引入反應(yīng)容器中，有效解決了不產(chǎn)氧光合細(xì)菌在反應(yīng)容器中菌體易流失和資源化困難等技術(shù)問題，進(jìn)而實現(xiàn)了光合細(xì)菌和廢水的高效分離；且本申請陰極導(dǎo)電膜組件經(jīng)過化學(xué)表面改性后，膜通量、親水性和抗污染性能得到增強，能夠聯(lián)合電場對污染物進(jìn)行有效的降解作用。

18、2.?本申請與傳統(tǒng)工藝相比，裝置電耗相對較低，同時從反應(yīng)容器中能夠分離出生物質(zhì)以便實現(xiàn)高價值物質(zhì)的回收提取，進(jìn)而實現(xiàn)“節(jié)能、降耗、減污、增效”的目標(biāo)。

19、3.?本申請中的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置以鈦網(wǎng)作為陽極，以改性導(dǎo)電膜作為陰極在光合細(xì)菌膜反應(yīng)容器中組建電場。首先，通過陽極電化學(xué)氧化作用，將復(fù)雜難降解有機物分解為小分子易降解有機物，提高光合細(xì)菌降解有機物的效率；其次，改性導(dǎo)電膜相比于原始未改性膜，具有更高的水通量、更好的親水性以及更強的抗污染性能；最后，對改性導(dǎo)電膜施加負(fù)電位，由于污染物和微生物通常帶有負(fù)電荷，它們會被導(dǎo)電膜表面的負(fù)電荷所排斥，在靜電斥力的作用下減少了污染物向膜表面的黏附和沉積。

20、4.?光合細(xì)菌膜反應(yīng)容器中引入占主導(dǎo)地位的不產(chǎn)氧光合細(xì)菌（如沼澤紅假單胞菌、膠質(zhì)紅假單胞菌、莢膜紅假單胞菌等）為代表的厭氧微生物，能利用光合細(xì)菌將乳制品廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)同化合成自身細(xì)胞物質(zhì)，有效降解污染物的同時實現(xiàn)菌體自身增殖，以達(dá)到污染物去除和高價值物質(zhì)生產(chǎn)的目的。

技術(shù)特征：

1.一種基于導(dǎo)電材料的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置，包括與廢水儲存容器相連通的反應(yīng)容器，其特征在于，還包括設(shè)于所述反應(yīng)容器內(nèi)用于出水和攔截光合細(xì)菌的陰極導(dǎo)電膜組件、設(shè)于所述反應(yīng)容器內(nèi)用于構(gòu)建電場的陽極鈦網(wǎng)、設(shè)置于反應(yīng)容器外部的用于向所述陰極導(dǎo)電膜組件和陽極鈦網(wǎng)提供電壓的直流穩(wěn)壓電源、用于向所述反應(yīng)容器提供光照的光源。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置，其特征在于，所述陰極導(dǎo)電膜組件包括經(jīng)如下化學(xué)表面改性處理的中空纖維超濾膜：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)容器為無色透明有機玻璃材質(zhì)件；所述光源布設(shè)在所述反應(yīng)容器器壁外側(cè)四周。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)容器中接種有沼澤紅假單胞菌、膠質(zhì)紅假單胞菌、莢膜紅假單胞菌等，且在初始條件下的接種量為800~1200mg/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置，其特征在于，還包括用以對所述陰極導(dǎo)電膜組件實現(xiàn)反沖洗的反沖洗裝置，該反沖洗裝置包括對應(yīng)連通的反沖洗管路及對應(yīng)的反沖洗泵。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置，其特征在于，還包括用于監(jiān)測反應(yīng)容器中水位的液位傳感器以及控制進(jìn)水閥進(jìn)水確保裝置正常運行的信號線；所述光源、直流穩(wěn)壓電源、液位傳感器以及進(jìn)水閥均通過各自適配的電路連接方式與對應(yīng)的電路系統(tǒng)電連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置，其特征在于，在所述反應(yīng)容器的器壁由上至下設(shè)有不同液位的取樣口，在所述反應(yīng)容器的頂部設(shè)有溢流口，底部設(shè)有對應(yīng)的進(jìn)水口和排空口。

8.一種乳制品廢水處理方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1所述光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置而實施，包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的乳制品廢水處理方法，其特征在于，在所述步驟（2）中，控制所述反應(yīng)容器中生物量濃度為2000～3000mg/l、光照強度為2000～4000lux、光暗周期為16h光照/8h黑暗或24h光照/0h黑暗、運行水溫為15～25℃、ph值為6.5~7.5、溶解氧濃度為0～0.5mg/l、水力停留時間為48～72h、原始pvdf膜的通量為10～15l/(m2·h)、運行壓力為10～40kpa。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的乳制品廢水處理方法，其特征在于，施加于所述陰極導(dǎo)電膜組件的電場強度為0.4v/cm～1.2v/cm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明申請公開了基于導(dǎo)電材料的光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置及乳制品廢水處理方法，旨在解決乳制品廢水處理效果差、光合細(xì)菌資源化利用困難以及膜污染嚴(yán)重等技術(shù)問題。所述光合細(xì)菌膜電生物反應(yīng)裝置包括與廢水儲存容器相連通的反應(yīng)容器、設(shè)于反應(yīng)容器內(nèi)用于出水和攔截光合細(xì)菌的陰極導(dǎo)電膜組件、設(shè)于反應(yīng)容器內(nèi)用于構(gòu)建電場的陽極鈦網(wǎng)、設(shè)置于反應(yīng)容器外部的用于向陰極導(dǎo)電膜組件和陽極鈦網(wǎng)提供電壓的直流穩(wěn)壓電源、用于向反應(yīng)容器提供光照的白熾燈。本申請通過電場的作用提高光合細(xì)菌去除污染物能力的同時，很大程度上減緩了膜污染，應(yīng)用于乳制品廢水處理，能夠?qū)崿F(xiàn)廢水處理的減污降碳的協(xié)同增效目標(biāo)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉淑麗,高亞彤,張榆汯,何建玲,韓曉紅,康佳,葉兆勇,宋剛福
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北水利水電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23