一种去除水中内分泌干扰物的固定化微生物反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境保护领域的一种去除水中内分泌干扰物的固定化微生物反应器。具体涉及应用固定化微生物颗粒的生物降解作用，通过调节反应器中固定化微生物颗粒的填充比例、反应器进水流速等条件达到水中目标内分泌干扰物的连续、高效去除。
【背景技术】
[0002]内分泌干扰物(Endocrine Disrupting Chemicals，EDCs)又称为环境激素，作为新兴有机污染物中一类主要污染物质，由于其在低浓度条件下造成水生生物生殖系统异常等现象近年来引起了广泛关注(Jobling, Nolan et al.1998 Environmental scienceand technology 32(17): 2498-2506)。污水处理设施中未被有效去除的内分泌干扰物残留物质随出水排放至环境，这一过程被认为是水环境中内分泌干扰物的主要污染来源。相关研宄表明部分饮用水源也受到不同程度的内分泌干扰物的污染。所以提高污水处理设施的内分泌干扰物的去除效率成为了控制环境中内分泌干扰物污染的关键。污水处理设施中常见的内分泌干扰物处理技术主要包括:物理吸附、生物降解、膜过滤以及高级氧化(高乃云，2010，水中内分泌干扰物处理技术与原理’中国建筑工业出版社)。在这其中生物降解被认为是污水处理过程中内分泌干扰物去除的主要机制(Yu, Deeb et al.2013，_ChemosphereQI (9): 1225-1235)，活性污泥中的部分特异性菌株可以利用内分泌干扰物合成自身生长所需的物质。然而这一类菌群通常具有生长缓慢，生物量低和易随着污泥回流与排出过程而流失的特点，从而限制了污水处理设施的内分泌干扰物的去除效率。
[0003]固定化微生物技术作为生物强化的一种有效手段，能够将微生物尤其是具有特殊功能的微生物高密度的聚集在固定化载体上，在适宜培养条件下能够达到快速、大量扩增生物量的效果。近年来固定化微生物技术应用于废水处理，尤其在难降解物质和高难度工业废水的处理中表现良好。固定化微生物的制备方法包括:吸附法、交联法和包埋法，其中以包埋法最为常见。常见的包埋载体可分为天然载体和人工合成载体两大类，其中海藻酸钠、聚乙烯醇等载体被广泛应用。然而包埋载体的机械强度、传质效率依然制约着固定化微生物的重复使用时间和生物效率。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种去除水中内分泌干扰物的固定化微生物反应器。
[0005]本发明提供的去除水中内分泌干扰物的固定化微生物反应器，由进水池1、进水泵2、曝气池3、进水口 4、曝气石5、填充室6、多孔隔板7、多孔顶盖8、固定化微生物颗粒9、空气泵10、气体流量计11、出水口 12和出水池13组成；其特征在于进水池I通过进水泵2和曝气池3右侧下方进水口 4连接，曝气池3底部设有曝气石5，曝气池3内部设有填充室6，填充室6底部为多孔隔板7，多孔隔板7与曝气室3内壁焊接固定，填充室6上部为多孔顶盖8通过橡胶塞与曝气池顶端相连，填充室7内部由固定化微生物颗粒9填充，空气泵10通过气体流量计11连接曝气石5，填充室7上部左侧方出水口 12由管道连接出水池13进行溢流式出水。
[0006]上述去除水中内分泌干扰物的反应器中，所述曝气池3为圆柱形，其材质与所述多孔隔板7和多孔顶盖8材质相同，为单层玻璃、不锈钢和聚氯乙烯中的至少一种，其体积为 500 ?2000 mL ；
所述填充室6的体积为曝气池3体积的50%?80%;
所述填充室6，其特征在于:填充过程通过移除多孔顶盖8，填充固定化微生物颗粒9后再次加载多孔顶盖完成，其大小通过多孔顶盖的放置位置高低来调节。
[0007]所述反应器进水方式为连续、恒流速进流，进水流速为12?38 mL/h。
[0008]所述的固定化微生物颗粒9，其制作过程包括:
(1)生长培养基R2A富集培养内分泌干扰物降解菌14，浓缩后制成降解菌菌液；
(2)降解菌菌液与三乙酸纤维素混合均匀制成固定化微生物混合液；
(3)固定化微生物混合液在玻璃培养皿中风干硬化后制备成粒径为2?1mm的固定化微生物颗粒9 ;
其特征为:所述固定化微生物颗粒用以固定化的载体为三乙酸纤维素，三乙酸纤维素作为固定化微生物的载体具有较高机械强度和较大孔隙率，有利于延长固定化微生物颗粒的使用时间和提高有机物与微生物之间的传质效率；
所述固定化微生物颗粒包埋的活性物质为内分泌干扰物降解菌14。
[0009]所述的内分泌干扰物降解菌14，其特征为:可以利用目标内分泌干扰物作为唯一碳源进行生长的纯菌体系和混菌体系中的至少一种，这一特征有利于菌株在进水中含有较低有机碳源的情况下仍然可以保持内分泌干扰物的高效去除。
[0010]本发明的运行流程为:含有内分泌干扰物的水从进水池在进水泵的推动下通过进水口进入曝气池，曝气池底部设有曝气石，进行曝气，溶解氧浓度控制在3?5 mg/L,水流逐渐上升进入填充室，与填充室内的固定化微生物颗粒充分接触，通过固定化微生物颗粒中被固定的菌株对内分泌干扰物的生物同化作用，实现水中内分泌干扰物的去除，净水透过填充室上端多孔顶盖上升至出水口出溢流进出水池。
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]图1本发明提供的一种去除水中内分泌干扰物的固定化微生物反应器示意图。
[0013]图2所述固定化微生物颗粒的场发射扫描电子显微镜观察图。
[0014]图中I进水池、2进水泵、3曝气池、4进水口、5曝气石、6填充室、7多孔隔板、8多孔顶盖、9固定化微生物颗粒、10空气泵、11气体流量计、12出水口、13出水池、14内分泌干扰物降解菌。
【具体实施方式】
[0015]在图1所示实例中，模拟人工内分泌干扰物废水含有I yg/L内分泌干扰物和微量元素:5.88 mM (NH4)2SO4, 0.15 mM MgSO4.7H20, 0.07 mM CaSO4.2H20, 0.08 mMFeSO4.7H20 , 3.9 mM KH2PO4, 6.1 mM Na2HPO4, 0.1 mM H2SO4, 0.001 mM ΚΙ, 0.002 mMZnS04.7H20, 0.002 mM MnSO4.H2O, 0.002 mM H3BO3, 0.004 mM CoMoO4.H20。模拟人工废水以恒流速进水，蠕动泵控制进水流速为12.5 ml/h，进水由进水口进入曝气池，经多孔玻璃隔板进入填充室，进水在蠕动泵的推动下形成推流，与填充室中的固定化微生物颗粒充分接触，模拟人工废水中的内分泌干扰物在这一接触过程中被固定化微生物颗粒中的内分泌干扰物降解菌作为生长必须的碳源进行吸收利用，从而实现了去除水中内分泌干扰物的过程。净化后的模拟人工废水在连续进水的推流作用下继续上升透过填充室上部多孔顶盖，经由上端出水口溢流进入出水池，同时固定化微生物在重力作用以及多孔顶盖的格栅作用下实现了与净水的分离。反应器的水力停留时间为3 d，实施例共运行360 h，出水经固相萃取后由气相质谱检测，内分泌干扰物及其一级代谢产物均无检出，内分泌干扰物去除率达100%。
[0016]在图2所示实施例中，应用场发射扫描电子显微镜，分别在500倍(图2，左上)，5000倍(图2，右上)，20000倍(图2，左下)和50000倍(图2，右下)放大倍数下观察固定化微生物表面形态以及被固定化的特异性内分泌干扰物降解菌的菌体形态，放大500倍(图2，左上)和5000倍(图2，右上)扫描电镜观察图说明固定化微生物表面形成多孔和大孔径形貌，放大20000倍(图2，左下)和50000倍(图2，右下)扫描电镜观察图说明被固定的微生物与固定化材料紧密相连，通过多孔材料形成的孔径通道与外界联通。
【主权项】
1.一种去除水中内分泌干扰物的固定化微生物反应器，由进水池(1)、进水泵(2)、曝气池(3)、进水口(4)、曝气石(5)、填充室(6)、多孔隔板(7)、多孔顶盖(8)、固定化微生物颗粒(9 )、空气泵(10 )、气体流量计(11)、出水口( 12 )和出水池(13)组成；其特征在于进水池(I)通过进水泵(2 )和曝气室(3 )右侧下方进水口( 4)连接，曝气池(3 )底部设有曝气石(5)，曝气池(3)内部设有填充室(6)，填充室(6)底部为多孔隔板(7)，多孔隔板(7)与曝气室(3)内壁焊接固定，填充室(7)上部为多孔顶盖(8)通过橡胶塞与曝气池顶端相连，填充室(7)内部由固定化微生物颗粒(9)填充，空气泵(10)通过气体流量计(11)连接曝气石(5 )，填充室(7 )上部左侧方出水口( 12 )由管道连接出水池(13)进行溢流式出水。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于:所述曝气池(3)为圆柱形，其材质与所述多孔隔板(7)和多孔顶盖(8)材质相同，为单层玻璃、不锈钢和聚氯乙烯中的至少一种，其体积为500?2000 mL。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于:所述填充室(7)的体积为曝气池(3)体积的50%?80%。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于:所述填充室(6)的填充过程为移除多孔顶盖(8)，填充固定化微生物颗粒(9)后再次加载多孔顶盖完成；填充室(6)的体积通过多孔顶盖放置的位置来调节。
5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于:反应器的进水方式为连续、恒流速进流，进水流速为12?38 mL/h。
6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于:固定化微生物颗粒(9)的制作过程包括: 生长培养基R2A富集培养内分泌干扰物降解菌(14)，浓缩后制成降解菌菌液； 降解菌菌液与三乙酸纤维素混合均匀制成固定化微生物混合液； 固定化微生物混合液在玻璃培养皿中风干硬化后制备成粒径为2?10_的固定化微生物颗粒(9)。
7.根据权利要求6所述的固定化微生物颗粒(9)，其特征为:所述固定化微生物颗粒的载体为三乙酸纤维素；所述固定化微生物颗粒包埋的活性物质为内分泌干扰物降解菌(14)。
8.根据权利要求7所述的内分泌干扰物降解菌(14)，其特征为:可以利用目标内分泌干扰物作为唯一碳源进行生长的纯菌体系和混菌体系中的至少一种。
【专利摘要】本发明公开了一种去除水中内分泌干扰物的固定化微生物反应器。本反应器主要由曝气池、固定化微生物颗粒和其他附属装置组成。其中固定化微生物颗粒填充于曝气池的填充室内，曝气池通过管道与反应器其他附属装置连接。本发明应用微生物固定化技术，有效提高反应器内微生物浓度，利用微生物对内分泌干扰物的生物同化作用从而达到对水中内分泌干扰物的去除。本发明的反应器表现出高效内分泌干扰物的去除率，尤其对于低浓度内分泌干扰物的进水有良好的处理效果，可作为水和废水处理设施中的处理单元，起到强化去除水中内分泌干扰物的效果。
【IPC分类】C02F3-02, C02F3-34
【公开号】CN104817159
【申请号】CN201510068999
【发明人】于昌平, 马聪, 孙倩, 胡安谊
【申请人】中国科学院城市环境研究所
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年2月11日