一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的装置及方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域，特别是指一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的装置及方法。

背景技术：

深海微生物在深海极端环境下生存，具有适应高压、高盐、寡营养环境的特点。深海水体中有机质极为稀少，深海微生物能将这些有机质氧化分解，产生能量维持自身的生理机能，同时以mn⁴⁺、fe³⁺将作为电子受体，接受氧化反应产生的电子，实现mn⁴⁺、fe³⁺的还原，将其富集。相对于非厌氧微生物，厌氧微生物应用于降解高盐有机重金属废水具有不需额外补加碳源、能耗低、解毒能力强、产生污泥量少等优点，但由于厌氧微生物不容易形成活性污泥聚团，且在溶解氧含量高的环境中生长会受到抑制，降解或解毒的效率较低。

厌氧微生物在废水处理方面具有广阔的应用前景，中国专利cn208022778u“厌氧膜生物反应器”关注了厌氧膜生物反应器的实际应用中，影响其膜分离效果和设备稳定高效运行的主要因素是膜污染问题，厌氧微生物不能采用与好氧膜生物反应器相同的曝气吹扫方式进行膜清洗和污物清理，因此设计了用反冲洗水高效清洗膜组件的机构。但冲洗水的加入会改变微生物的生存环境，对生物膜的稳定性会产生较强干扰。中国专利cn206970301u“一种厌氧膜生物反应器”认为厌氧生物膜膜污染的原因是多方面的，不仅仅是膜的问题，更多的是整体系统的问题，包含原水均匀供应，反应器中泥水的搅拌，膜的清洗等要素，因此设计了配有控制系统的配水器以确保废水均匀进入厌氧反应池，将厌氧反应产生的沼气循环利用，通过曝气的方式清洗平板膜。但沼气是厌氧微生物的代谢废物，会抑制厌氧微生物的生长。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的装置及方法，本发明基于深海厌氧微生物设计，具有微生物活性高、适用于处理高盐有机重金属废水等特点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的装置，所述装置包括进水阀1、主体2、螺旋提升动力机构3、排气管4、真空泵5、排水阀6；

主体2下部设有进水口21和出水口22，底端设有排污口23，上部设有排气口24，顶端设有圆孔25，在圆孔正上方设有支撑底座26，主体2内部靠下方的位置设有支架27；

所述的螺旋提升动力机构3包括减速电机31、联轴器32、轴33、螺旋叶片34、微生物载体35、上端限位轴承36、下端限位轴承37；轴33的上端通过上端限位轴承36固定在圆孔25中，轴33的下端通过下端限位轴承37固定在支架27上；减速电机31固定在支撑底座26上，并通过联轴器32与轴33的上端联接；螺旋叶片34固定在轴33上，微生物载体35固定在螺旋叶片34的表面上；

所述排气口24通过排气管4与真空泵5连通，进水口21连接进水阀1，出水口22连接排水阀6。

一种基于上述装置的深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的方法，所述方法包括以下步骤：

1)：将排水阀6关闭，进水阀1打开，从进水管注入接种深海厌氧微生物培养液，液位没过螺旋叶片34后，关闭进水阀1，启动真空泵5将主体2内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间；然后启动减速电机31，螺旋叶片34的微扰动促使深海厌氧微生物均匀分散并附着于微生物载体35上，同时负压环境使得废水中的溶解氧以及微生物代谢产生的气体逐渐析出，创建低溶解氧、低代谢废物的环境，促进深海厌氧微生物的生长，促进生物膜的形成；若干天后，关闭真空泵5和减速电机31，打开排水阀6将培养液排出，完成微生物挂膜过程；

2)：将该装置的排水阀6关闭，进水阀1打开，从进水管注入高盐有机重金属废水，液位没过螺旋叶片34后，关闭进水阀1，启动真空泵5将装置内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，然后启动减速电机31，螺旋叶片34推动装置内的废水形成微弱的上升流；3～14天后，关闭真空泵5和减速电机31，打开排水阀6将废水排出，完成高盐有机重金属废水的降解过程。

优选地，步骤2)重复3～7次，打开排污口23，将主体2内累积的污泥排除后，封闭排污口。

具体地，一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的装置，包括进水阀、主体、螺旋提升动力机构、排气管、真空泵、排水阀，进水阀、螺旋提升动力机构和排水阀安装在主体上，真空泵通过排气管与主体连接。

所述的主体为一个竖直方向摆放的罐型容器，容器下部断面为u型，设有进水口和出水口，便于连接管道和阀门件，最底端设有排污口，排污口配套有螺纹盖，容器上部设有排气口，便于连接排气管道，顶端预留圆孔，用于安装限位轴承，在圆孔正上方设有支撑底座，用于固定减速电机，承受轴向载荷，容器内部靠下方的位置设有支架，用于限位轴承轴向固定。

所述的螺旋提升动力机构包括减速电机、联轴器、轴、螺旋叶片、微生物载体、上端限位轴承、下端限位轴承，减速电机转速为10～30转/分，联轴器和轴采用不锈钢材质，螺旋叶片为不锈钢材质，螺距为100～200mm，外径为罐型容器直径的70～85％，以焊接的方式固定到轴上，微生物载体的材质为石墨毡，厚度为20～30mm，以粘贴的方式固定在螺旋叶片的表面，上端限位轴承为气密性好的密封轴承，下端限位轴承为耐腐蚀轴承。

所述的真空泵为油封型旋片式真空泵，包含泵体和交流电机两部分，可使主体内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，且能够长时间连续工作。

一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的方法，包括以下步骤：

1)：将该装置的排水阀关闭，进水阀打开，从进水管注入接种厌氧深海厌氧微生物培养液，液位没过螺旋叶片后，关闭进水阀，启动真空泵将主体内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间。然后启动减速电机，螺旋叶片的微扰动促使微生物均匀分散并附着于微生物载体上，同时负压环境使得废水中的溶解氧以及微生物代谢产生的气体逐渐析出，创建低溶解氧、低代谢废物的环境，促进深海厌氧微生物的生长，促进生物膜的形成。30天后，关闭真空泵和减速电机，打开排水阀将培养液排出，完成微生物挂膜过程；

2)：将该装置的排水阀关闭，进水阀打开，从进水管注入高盐有机重金属废水，液位没过螺旋叶片后，关闭进水阀，启动真空泵将装置内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，然后启动减速电机，螺旋叶片推动装置内的废水形成微弱的上升流，提高了液相中溶解氧以及微生物代谢产生的气体向气相的扩散速率，有利于提高深海厌氧微生物的代谢速率；3～14天后，关闭真空泵和减速电机，打开排水阀将废水排出，完成高盐有机重金属废水的降解过程；

3)：重复2)步骤3～7次；

4)：打开排污口，将装置内累积的污泥排除后，封闭排污口；

5)：重复3)和4)步骤。

步骤1)所述深海厌氧微生物培养液包含：深海厌氧微生物菌体5-15g/l，所述深海厌氧微生物培养液还包含：乙酸钠0.3～0.5g/l，氯化钠50～100g/l，氯化钾50～100g/l，氯化铵3～5g/l，氯化亚铁10～20mg/l，氯化汞10～20mg/l，氯化铜10～20mg/l，氯化铅10～20mg/l，重铬酸钾10～20mg/l。

所述深海厌氧微生物菌体富集自西太平洋深度为5812米热液喷口沉积物，富集过程如下：取少量深海沉积物接种至液体增殖培养基中厌氧培养14天，增殖后的菌液进行离心，离心转速为3000转/分，离心得到的沉淀物为深海厌氧微生物菌体。

增殖培养基主要成分及含量：硫酸铵2g/l，氯化钠35g/l，磷酸氢二钾2g/l，酵母粉5g/l，葡萄糖10g/l，蛋白胨5g/l。

步骤2)中所述的高盐有机重金属废水含有有机物以及cu²⁺、hg²⁺、pb²⁺、cr⁶⁺等毒性重金属离子。

本发明中，高盐有机重金属废水中的有机物在深海厌氧微生物的催化下有机物被氧化的同时，cu²⁺、hg²⁺、pb²⁺、cr⁶⁺等被还原，形成沉淀和络合物沉积到污泥中，随装置内累积的污泥一些排出，再进行收集。微生物在废水环境中繁殖生长会消耗水中部分无机盐构成自身细胞结构，水中的盐浓度会有一定程度的下降。

本发明将耐盐的深海厌氧微生物应用到高盐有机重金属废水中，降解有机物的同时将cu²⁺、hg²⁺、pb²⁺、cr⁶⁺等毒性重金属离子还原，降低废水毒性；废水处理过程中装置内始终保持一定负压，螺旋提升动力机构上安装有微生物载体，在减速电机的带动下缓慢旋转，推动液相形成上升流，加速微生物载体表面微生物代谢产物及反应生成物的扩散，废水中溶解氧以及细菌代谢产生的气体得以不断析出，由真空泵排出，创建低溶解氧、低代谢废物环境，促进深海厌氧微生物的生长，加速有机物的氧化和金属离子的还原；同时提高微生物载体表面物质的扩散速率，降低浓度梯度，利于反应的进程。

本发明提出了一种螺旋提升动力机构，推动液相形成上升流，加速微生物载体表面微生物代谢产物及反应生成物的扩散，对其表面附着的生物膜干扰小。另外，本发明提出了在负压环境下进行微生物挂膜及降解废水的方案，能有效促进微生物的生长及废水降解反应的进程，具有先进性和创新性。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

附图标记：

1、进水阀；2、主体；21、进水口；22、出水口；23、排污口；24、排气口；25、圆孔；26、支撑底座；27、支架；3、螺旋提升动力机构；31、减速电机、32、联轴器；33、轴；34、旋转叶片；35、微生物载体；36、上端限位轴承；37、下端限位轴承；4、排气管；5、真空泵；6、排水阀。

具体实施方式

本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

如图1所示，一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的装置，包括进水阀、主体、螺旋提升动力机构、排气管、真空泵、排水阀，进水阀、螺旋提升动力机构和排水阀安装在主体上，真空泵通过排气管与主体连接。主体2下部设有进水口21和出水口22，底端设有排污口23，上部设有排气口24，顶端设有圆孔25，在圆孔正上方设有支撑底座26，主体2内部靠下方的位置设有支架27；所述排气口24通过排气管4与真空泵5连通，进水口21连接进水阀1，出水口22连接排水阀6。

所述的主体为一个竖直方向摆放的罐型容器，容器下部断面为u型，设有进水口和出水口，便于连接管道和阀门件，最底端设有排污口，排污口配套有螺纹盖，容器上部设有排气口，便于连接排气管道，顶端预留圆孔，用于安装限位轴承，在圆孔正上方设有支撑底座，用于固定减速电机，承受轴向载荷，容器内部靠下方的位置设有支架，用于限位轴承轴向固定。

所述的螺旋提升动力机构包括减速电机、联轴器、轴、螺旋叶片、微生物载体、上端限位轴承、下端限位轴承，轴33的上端通过上端限位轴承36固定在圆孔25中，轴33的下端通过下端限位轴承37固定在支架27上；减速电机31固定在支撑底座26上，并通过联轴器32与轴33的上端联接；螺旋叶片34固定在轴33上，微生物载体35固定在螺旋叶片34的表面上；减速电机转速为10转/分，联轴器和轴采用不锈钢材质，螺旋叶片为不锈钢材质，螺距为200mm，外径为罐型容器直径的70％，以焊接的方式固定到轴上，微生物载体的材质为石墨毡，厚度为30mm，以粘贴的方式固定在螺旋叶片的表面，上端限位轴承为气密性好的密封轴承，下端限位轴承为耐腐蚀轴承。

所述的真空泵为油封型旋片式真空泵，包含泵体和交流电机两部分，可使主体内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，且能够长时间连续工作。

一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的方法，包括以下步骤：

s1：将该装置的排水阀关闭，进水阀打开，从进水管注入接种厌氧深海厌氧微生物培养液，液位没过螺旋叶片后，关闭进水阀，启动真空泵将主体内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，然后启动减速电机。30天后，关闭真空泵和减速电机，打开排水阀将培养液排出，完成微生物挂膜过程；

s2：将该装置的排水阀关闭，进水阀打开，从进水管注入从进水管注入某铜冶炼厂的高盐有机重金属废水，初始温度为45℃，盐浓度为5％，cu²⁺离子浓度为20mg/l，pb²⁺离子浓度为12mg/l，化学需氧量为230mg/l，液位没过螺旋叶片后，关闭进水阀，启动真空泵将装置内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，然后启动减速电机。3天后，关闭真空泵和减速电机，打开排水阀将废水排出；

s3：重复s2步骤7次；

s4：打开排污口，将装置内累积的污泥排除后，封闭排污口。

s1中所述深海厌氧微生物培养液的成分及浓度分别为：深海厌氧微生物菌体10g/l，乙酸钠0.4g/l，氯化钠75g/l，氯化钾75g/l，氯化铵4g/l，氯化亚铁15mg/l，氯化汞15mg/l，氯化铜15mg/l，氯化铅15mg/l，重铬酸钾15mg/l。深海厌氧微生物菌体富集自西太平洋深度为5812米热液喷口沉积物，富集过程如下：取少量深海沉积物接种至液体增殖培养基中厌氧培养14天，增殖后的菌液进行离心，离心转速为3000转/分，离心得到的沉淀物为深海厌氧微生物菌体。增殖培养基主要成分及含量：硫酸铵2g/l，氯化钠35g/l，磷酸氢二钾2g/l，酵母粉5g/l，葡萄糖10g/l，蛋白胨5g/l。

处理后的废水，平均cu²⁺离子浓度0.48mg/l，平均pb²⁺离子浓度为0.76mg/l，平均化学需氧量为45mg/l，平均盐浓度为3.7％。

实施例2

如图1所示，一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的装置，包括进水阀、主体、螺旋提升动力机构、排气管、真空泵、排水阀，进水阀、螺旋提升动力机构和排水阀安装在主体上，真空泵通过排气管与主体连接。

所述的主体为一个竖直方向摆放的罐型容器，容器下部断面为u型，设有进水口和出水口，便于连接管道和阀门件，最底端设有排污口，排污口配套有螺纹盖，容器上部设有排气口，便于连接排气管道，顶端预留圆孔，用于安装限位轴承，在圆孔正上方设有支撑底座，用于固定减速电机，承受轴向载荷，容器内部靠下方的位置设有支架，用于限位轴承轴向固定。

所述的螺旋提升动力机构包括减速电机、联轴器、轴、螺旋叶片、微生物载体、上端限位轴承、下端限位轴承，减速电机转速为24转/分，联轴器和轴采用不锈钢材质，螺旋叶片为不锈钢材质，螺距为150mm，外径为罐型容器直径的80％，以焊接的方式固定到轴上，微生物载体的材质为石墨毡，厚度为25mm，以粘贴的方式固定在螺旋叶片的表面，上端限位轴承为气密性好的密封轴承，下端限位轴承为耐腐蚀轴承。

所述的真空泵为油封型旋片式真空泵，包含泵体和交流电机两部分，可使主体内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，且能够长时间连续工作。

一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的方法，包括以下步骤：

s1：将该装置的排水阀关闭，进水阀打开，从进水管注入接种厌氧深海厌氧微生物培养液，液位没过螺旋叶片后，关闭进水阀，启动真空泵将主体内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，然后启动减速电机。30天后，关闭真空泵和减速电机，打开排水阀将培养液排出，完成微生物挂膜过程；

s2：将该装置的排水阀关闭，进水阀打开，从进水管注入从进水管注入某化工厂的高盐有机重金属废水，初始温度为23℃，盐浓度为16％，cr⁶⁺离子浓度为24mg/l，hg²⁺离子浓度为9mg/l，化学需氧量为68mg/l，液位没过螺旋叶片后，关闭进水阀，启动真空泵将装置内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，然后启动减速电机。7天后，关闭真空泵和减速电机，打开排水阀将废水排出；

s3：重复s2步骤4次；

s4：打开排污口，将装置内累积的污泥排除后，封闭排污口。

s1中所述深海厌氧微生物培养液的成分及浓度分别为：深海厌氧微生物菌体15g/l，乙酸钠0.5g/l，氯化钠100g/l，氯化钾100g/l，氯化铵5g/l，氯化亚铁20mg/l，氯化汞20mg/l，氯化铜20mg/l，氯化铅20mg/l，重铬酸钾20mg/l。深海厌氧微生物菌体富集自西太平洋深度为5812米热液喷口沉积物，富集过程如下：取少量深海沉积物接种至液体增殖培养基中厌氧培养14天，增殖后的菌液进行离心，离心转速为3000转/分，离心得到的沉淀物为深海厌氧微生物菌体。增殖培养基主要成分及含量：硫酸铵2g/l，氯化钠35g/l，磷酸氢二钾2g/l，酵母粉5g/l，葡萄糖10g/l，蛋白胨5g/l。

处理后的废水，平均cr⁶⁺离子浓度为0.12mg/l，hg²⁺未检出，化学需氧量为30mg/l。

实施例3

如图1所示，一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的装置，包括进水阀、主体、螺旋提升动力机构、排气管、真空泵、排水阀，其特征在于进水阀、螺旋提升动力机构和排水阀安装在主体上，真空泵通过排气管与主体连接。

所述的主体为一个竖直方向摆放的罐型容器，容器下部断面为u型，设有进水口和出水口，便于连接管道和阀门件，最底端设有排污口，排污口配套有螺纹盖，容器上部设有排气口，便于连接排气管道，顶端预留圆孔，用于安装限位轴承，在圆孔正上方设有支撑底座，用于固定减速电机，承受轴向载荷，容器内部靠下方的位置设有支架，用于限位轴承轴向固定。

所述的螺旋提升动力机构包括减速电机、联轴器、轴、螺旋叶片、微生物载体、上端限位轴承、下端限位轴承，减速电机转速为30转/分，联轴器和轴采用不锈钢材质，螺旋叶片为不锈钢材质，螺距为100mm，外径为罐型容器直径的85％，以焊接的方式固定到轴上，微生物载体的材质为石墨毡，厚度为20mm，以粘贴的方式固定在螺旋叶片的表面，上端限位轴承为气密性好的密封轴承，下端限位轴承为耐腐蚀轴承。

所述的真空泵为油封型旋片式真空泵，包含泵体和交流电机两部分，可使主体内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，且能够长时间连续工作。

一种深海厌氧微生物降解高盐有机重金属废水的方法，包括以下步骤：

s1：将该装置的排水阀关闭，进水阀打开，从进水管注入接种厌氧深海厌氧微生物培养液，液位没过螺旋叶片后，关闭进水阀，启动真空泵将主体内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，然后启动减速电机。30天后，关闭真空泵和减速电机，打开排水阀将培养液排出，完成微生物挂膜过程；

s2：将该装置的排水阀关闭，进水阀打开，从进水管注入从进水管注入煤化工高盐有机重金属废水，初始温度为5℃，盐浓度为8％，cr⁶⁺离子浓度为12mg/l，hg²⁺离子浓度为5mg/l，pb²⁺离子浓度为1.5mg/l，化学需氧量为521mg/l，液位没过螺旋叶片后，关闭进水阀，启动真空泵将装置内的气压控制在-0.085～-0.080mpa区间，然后启动减速电机。14天后，关闭真空泵和减速电机，打开排水阀将废水排出；

s3：重复s2步骤3次；

s4：打开排污口，将装置内累积的污泥排除后，封闭排污口。

s1中所述深海厌氧微生物培养液的成分及浓度分别为：深海厌氧微生物菌体5g/l，乙酸钠0.3g/l，氯化钠50g/l，氯化钾50g/l，氯化铵3g/l，氯化亚铁10mg/l，氯化汞10mg/l，氯化铜10mg/l，氯化铅10mg/l，重铬酸钾10mg/l。深海厌氧微生物菌体富集自西太平洋深度为5812米热液喷口沉积物，富集过程如下：取少量深海沉积物接种至液体增殖培养基中厌氧培养14天，增殖后的菌液进行离心，离心转速为3000转/分，离心得到的沉淀物为深海厌氧微生物菌体。增殖培养基主要成分及含量：硫酸铵2g/l，氯化钠35g/l，磷酸氢二钾2g/l，酵母粉5g/l，葡萄糖10g/l，蛋白胨5g/l。

处理后的废水，cr⁶⁺、hg²⁺、pb²⁺未检出，平均化学需氧为85mg/l，平均盐浓度为6.8％。

本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。