含苯甲酸废水的处理方法以及苯甲酸厌氧生物降解方法与流程

本发明属于有机废水处理技术领域，尤其涉及一种含苯甲酸废水的处理方法以及苯甲酸厌氧生物降解方法。

背景技术：

芳香族化合物是地球上最丰富的化合物之一，它以酚醛树脂、植物中的木质素单体以及芳香类的碳氢化合物等多种形式存在于自然界。随着工农业的迅猛发展，芳香族化合物被广泛应用于塑料、食品、染料、制革、合成橡胶和有机合成行业等，导致进入环境中的芳香族化合物越来越多，对动植物和人类的生存都构成了极大的危害，尤其是具有致畸、致癌、致突变的小分子如苯酚、苯胺等有机污染物。

另一方面，利用化学方法来处理高浓度的芳香族化合物废水时，往往存在着处理不完全，易带来二次污染等问题，例如高级氧化技术(aop)对有机污染物具有很好的降解效果，矿化率能达到约80％，却对矿化产物乳酸类或胺类物质小分子无能为力，使溶液中的矿化产物多为乙二胺、苯胺或苯甲酸等一些小分子等。且苯甲酸类废水本身是一类常见的有机废水，许多苯甲酸类化合物被直接用于化工、食品、染料和医药工业，使其在一些工厂的排放废水中达到可观的浓度。此外，经研究发现，苯甲酸钠会对斑马鱼幼体具有神经毒性和肾毒性，这使得斑马鱼幼体在发育过程中出现肾畸形等发育不良情形等。

在自然条件下，在某些微生物的作用下，这类化合物的降解、变化及归宿，一直是人们关注的问题。有研究证明，苯甲酸是扁桃酸、甲苯等很多种芳香族化合物生物降解的中间产物，同时还是苯的厌氧降解的中间产物。许多不同结构的芳香族化合物可通过一系列反应被转化为苯甲酸或是苯甲酰-辅酶a(coa)，并以此作为厌氧降解过程的中间体，如苯甲基脂肪酸、甲苯、酚等。因此开展苯甲酸的微生物降解途径及机理的研究，对于阐明很多环境污染物的降解，治理环境污染将起到很重要的指导作用。

在自然界中，苯甲酸存在几种不同的代谢途径，根据对氧的需求可分为有氧降解和厌氧降解。有氧降解以分子氧作为最终电子受体，而厌氧降解则以硝酸盐、硫酸盐、co2或铁等作为最终电子受体。很多细菌具有厌氧降解苯甲酸的能力，如光合细菌、反硝化细菌、和硫铁还原细菌等，其降解步骤分为以下四步：1)coa硫酯的形成；2)环还原；3)引入羟基集团；4)环开裂。然而在自然体系中，由于环境影响因素太复杂，苯甲酸厌氧生物降解速率很低，因而寻求一种显著提高厌氧体系下苯甲酸厌氧生物降解速率的方法是非常具有实用价值的。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含苯甲酸废水的处理方法以及苯甲酸的厌氧生物降解方法，本发明提供的厌氧生物降解方法对苯甲酸的降解速率较快。

本发明提供了一种苯甲酸的厌氧生物降解方法，包括：

在导电碳材料的存在下，苯甲酸降解菌对苯甲酸进行厌氧生物降解。

本发明以苯甲酸为反应底物，在厌氧降解体系中添加导电碳材料，能够提高苯甲酸降解菌对苯甲酸的降解速度。

在本发明中，所述导电碳材料选自活性炭、多壁碳纳米管或石墨烯。

在本发明的一个实施例中，所述活性炭的质量与苯甲酸初始摩尔数的比例为1～20g：7～10mmol；

所述多壁碳纳米管的质量与苯甲酸初始摩尔数的比例为0.1～5g：7～10mmol；

所述石墨烯的质量与苯甲酸初始摩尔数的比例为50～200mg：7～10mmol。

在本发明中，所述苯甲酸降解菌按照以下方法获得：

以苯甲酸作为底物对污水处理厂的厌氧消化池污泥进行驯化，驯化至1～10g原始底泥两周内将20～100ml10mm的苯甲酸完全。

具体而言，所述苯甲酸降解菌的驯化按照以下方法操作：

1)利用苯甲酸培养基，取污水处理厂的厌氧消化池中污泥悬浮液进行离心分离，清洗多次，每次去掉上清液，保留底泥；

2)取3个血清瓶，在120血清瓶中，加入50ml的培养基，加入5g离心后的底泥(10％w/v)，底物只加10mm苯甲酸，顶空只含有n2和co2，其比例为4:1；

3)定期检测苯甲酸消耗情况，待苯甲酸降解完全，在厌氧手套箱中再对培养基进行离心分离，保留底泥和加入新的培养基50ml，添加苯甲酸继续驯化，方法同上；

4)重复以上驯化实验，直至最终的苯甲酸能够在2周以内能完全降解为止，然后将各个小瓶中离心后的底泥放入800ml血清瓶，加入400ml培养基，和保证苯甲酸浓度为10mm，每隔2周更换一次培养基，并添加底物苯甲酸，作为苯甲酸降解菌群的母液。

本发明对所述苯甲酸厌氧降解的具体方法没有特殊限制，可以按照以下方法进行：

将苯甲酸降解菌接种于含导电碳材料的培养基中，对苯甲酸进行厌氧生物降解。

其中，培养基为适于苯甲酸降解菌生长、繁殖的培养基，本发明对其成分及含量并无特殊限制。该培养基中添加有导电碳材料，能够加速对苯甲酸的厌氧生物降解。

本发明还提供了一种含苯甲酸废水的处理方法，包括：

在导电碳材料的存在下，苯甲酸降解菌对含苯甲酸废水进行厌氧生物降解。

本发明中，所述导电碳材料选自活性炭、多壁碳纳米管或石墨烯。

在一个实施例中，所述活性炭的质量与废水中苯甲酸初始摩尔数的比例为1～20g：7～10mmol；

所述多壁碳纳米管的质量与废水中苯甲酸初始摩尔数的比例为0.1～5g：7～10mmol；

所述石墨烯的质量与废水中苯甲酸初始摩尔数的比例为50～200mg：7～10mmol。

本发明中，所述苯甲酸降解菌按照以下方法获得：

以苯甲酸作为底物对污水处理厂的厌氧消化池污泥进行驯化，驯化至1～10g原始底泥两周内将20～100ml10mm的苯甲酸完全。

具体而言，所述苯甲酸降解菌的驯化按照以下方法操作：

1)利用苯甲酸培养基，取污水处理厂的厌氧消化池中污泥悬浮液进行离心分离，清洗多次，每次去掉上清液，保留底泥；

2)取3个血清瓶，在120血清瓶中，加入50ml的培养基，加入5g离心后的底泥(10％w/v)，底物只加10mm苯甲酸，顶空只含有n2和co2，其比例为4:1；

3)定期检测苯甲酸消耗情况，待苯甲酸降解完全，在厌氧手套箱中再对培养基进行离心分离，保留底泥和加入新的培养基50ml，添加苯甲酸继续驯化，方法同上；

4)重复以上驯化实验，直至最终的苯甲酸能够在2周以内能完全降解为止，然后将各个小瓶中离心后的底泥放入800ml血清瓶，加入400ml培养基，和保证苯甲酸浓度为10mm，每隔2周更换一次培养基，并添加底物苯甲酸，作为苯甲酸降解菌群的母液。

本发明对所述含苯甲酸废水进行处理的具体方法没有特殊限制，可以按照以下方法进行：

将苯甲酸降解菌接种于含导电碳材料的培养基中，对含苯甲酸废水进行厌氧生物降解。

其中，培养基为适于苯甲酸降解菌生长、繁殖的培养基，本发明对其成分及含量并无特殊限制，可以根据含苯甲酸废水中的成分进行调整。该培养基中添加有导电碳材料，能够加速对苯甲酸的厌氧生物降解。

本发明也可以按照以下方法对含苯甲酸的废水进行处理：

在含苯甲酸废水中添加导电碳材料，然后采用苯甲酸降解菌进行厌氧生物降解。

本发明在苯甲酸厌氧降解过程中添加导电碳材料，能够提高苯甲酸厌氧降解的速率，其可以用于对含苯甲酸废水的处理，也可以用于对含苯甲酸固体废物的处理，加快处理速度，提高处理能力。实验结果表明，添加导电碳材料可以促进苯甲酸的厌氧降解，且导电碳材料的浓度越高，苯甲酸的生物降解速率越快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的不同导电碳材料对苯甲酸厌氧降解的影响；

图2为本发明实施例2提供的不同浓度活性炭对苯甲酸厌氧生物降解的影响。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

配置500ml的培养基浓缩液：称取5gkh2po4,50gnh4cl,40gnacl,10gmgso4·7h2o,2gcacl2·2h2o溶于盛有500ml去离子水的烧杯中，待溶解完全后，全部转移到500ml的蓝口瓶中，备用，其他成分如表2所示。

配置1000倍的微量元素和维生素浓缩液，如表3、表4所示。

配置20g/l的多壁碳纳米管：先将2g的多壁碳纳米管溶解到盛有100ml去离子水的蓝口瓶中，超声30min后混合均匀，备用。

配置1m的苯甲酸钠储备液：称取14.4g的苯甲酸钠溶于盛有100ml的去离子水的烧杯中，然后转移到120ml血清瓶中，采用n2：co2＝4:1的混合气曝气15min后，封装备用。

取12个120ml的结净血清瓶，在120ml的血清瓶中分别加入0.25g活性炭，2ml多壁碳纳米管和5mg石墨烯，除了多壁碳纳米管一组加入42.5ml培养基，其他组都加入45ml的培养基。

按照以下方法获得含苯甲酸降解菌群的母液：

1)利用苯甲酸培养基，取污水处理厂的厌氧消化池中污泥悬浮液进行离心分离，清洗多次，每次去掉上清液，保留底泥；

2)取3个血清瓶，在120血清瓶中，加入50ml的培养基，加入5g离心后的底泥(10％w/v)，底物只加10mm苯甲酸，顶空只含有n2和co2，其比例为4:1；

3)定期检测苯甲酸消耗情况，待苯甲酸降解完全，在厌氧手套箱中再对培养基进行离心分离，保留底泥和加入新的培养基50ml，添加苯甲酸继续驯化，方法同上；

4)重复以上驯化实验，直至最终的苯甲酸能够在2周以内能完全降解为止，然后将各个小瓶中离心后的底泥放入800ml血清瓶，加入400ml培养基，和保证苯甲酸浓度为10mm，每隔2周更换一次培养基，并添加底物苯甲酸，作为苯甲酸降解菌群的母液。

在厌氧手套箱中，将含苯甲酸降解菌群的母液，取出100ml，在8000g下离心后，去掉上清液，再放入手套箱中用100ml新的培养基溶解底部的泥，倒入250ml烧杯中，在磁力搅拌器下混匀，再用5ml移液枪分别转移4.5ml到12个小瓶中，分别加入120ml的血清瓶中(保证接种量相同)，封装。

然后，分别向12个血清瓶中加入0.5ml1m的苯甲酸钠储备液，再对12个封装的血清瓶进行抽真空后，顶空中鼓入等量的n2：co2＝4:1混合气即可。具体实验分组情况如下表1所示，每组三个平行样，置于阴暗通风处，静置37℃下培养即可。

表1不同导电碳材料的实验分组

其中培养基配方如下表2～4所示：

表2常量元素培养基配方

表3微量元素浓缩液配方

表4维生素浓缩液配方

第一个周期内，考虑到微生物的适应能力，约每2天取一次样，每次取样0.6ml过0.45μm的滤膜，储存于-20℃冰箱，用于检测苯甲酸浓度；待第一个周期结束后，再往各个小瓶中添加0.5ml的苯甲酸储备液，并补充培养基至50ml，由于菌群的富集和成长，第二个周期内每天都需要取样，每次取样0.6ml过膜。

苯甲酸的检测方法如下：取样品0.2ml于hplc进样小瓶，用去离子水稀释至1.0ml，再用高效液相色谱法(hplc)测定，每次进样10μl，检测波长为280nm，流动相为等比例的甲醇和3‰醋酸溶液，流速为0.8ml/min。洗脱液为5％去离子水和95％甲醇。

结果如图1所示，图1为本发明实施例1提供的不同导电碳材料对苯甲酸厌氧降解的影响。由图1可知，在第一个周期内，效果不是非常明显，但是还是可以看出未加碳材料的对照组其苯甲酸厌氧降解速率是最慢的，在第14天所有的组苯甲酸均被消耗尽，且苯甲酸的降解速率为：gac组>mwcnts组>graphite组>对照组，这在第二个周期有更加明显的体现，基本在7天内，加入导电性碳材料的组苯甲酸均被消耗完，且降解速率快慢和第一个周期相同，这些都说明所用的导电碳材料可以促进苯甲酸的厌氧降解。

实施例2

以活性炭为例，探究不同浓度活性炭对苯甲酸厌氧降解速率的影响。

取12个洁净且容积为120ml的血清瓶，添加不同浓度的活性炭后，转移至厌氧手套箱中，分别加入45ml培养基溶液。

然后，将含苯甲酸降解菌群的母液取出100ml，在8000g下离心后，去掉上清液，再放入手套箱中用100ml新的培养基溶解底部的泥，倒入250ml烧杯中，在磁力搅拌器下混匀，再用5ml移液枪分别转移4.5ml到12个小瓶中，分别加入120ml的血清瓶中(保证接种量相同)，封装。

给每个小瓶加入0.5ml苯甲酸储备液，然后用n2:co2＝4:1的混合气置换顶空气体后置于阴暗通风处，37℃下培养。

培养基配方，含苯甲酸降解菌群的母液制备方法，苯甲酸检测方法，取样方法同上。

实验具体情况如下表5所示。

表5不同浓度活性炭的实验组

结果如图2所示，图2为本发明实施例2提供的不同浓度活性炭对苯甲酸厌氧生物降解的影响。结果表明，添加活性炭的实验组苯甲酸厌氧降解速率明显高于对照组，而且活性炭浓度越高，苯甲酸的生物降解速率越快。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。