[发明专利]用于降解高浓度四氯苯酚的细菌固定化中空纤维聚砜膜及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种用于降解高浓度四氯苯酚的添加活性炭的细菌固定化中空纤维聚砜膜及其制备方法。

 

背景技术

随着工业农业的发展，大量的生活和工业废水排入水体，特别是除草剂、杀虫剂、 除菌剂、热交换触媒、绝缘体、润滑剂，这些物质的大量的制造和使用, 其中所含的有机物必然引起土壤和水质污染， 甚至在某些工业废水中其浓度高达1000 mg/L。这些物质毒性强、不易降解，容易在生物体内富集，从而对环境产生巨大影响。而另一方面，地球上可提供的淡水水源越来越稀缺，列入缺水区域的城市越来越多，尤其是中国是水质型缺水大国，各地政府都希望通过对工业废水的深度处理和回用，提高现有水资源的利用率，解决目前缺水的困难。

四氯苯酚（4 - CP）是一种来自许多工业过程中的环境污染物。由于的有毒性和可能的致癌性，其排放收到广泛关注。四氯苯酚可以通过微生物共代谢的过程而被降解，共代谢是一种特殊的生物降解方式，主要是指微生物的这种不能利用基质作为能源和组分元素的有机物转化作用；共代谢也是一种重要的生物降解手段，常常用于处理受污染的地表水、工业废水以及有毒有害物质。然而，共代谢过程通常是不能持续进行的，能被降解的非生长性底物一般和生长性底物含有相同的分子结构，在它们的降解过程中需要同样的酶来分解底物，因此这2 种物质之间的竞争性抑制不可避免。为了有效地利用共代谢过程来降解有机污染物，在有毒的底物和微生物之间需要构建一道壁垒。微生物的固定化是一种可行的能达到上述要求的技术，微生物固定化技术已经在制药，食品生物转化以及一些特殊化学用品生产过程中起着重要的应用。近些年，这种技术也被用于污水处理，特别是在促进降解有毒化合物的过程中。与微生物悬浮生长相比，微生物固定化技术的主要优点是提高反应器中的微生物浓度，保护微生物，缩短水力停留时间，从而提高反应器效率。该方法中常用的固定材料有无机和有机两大类，比如活性炭、硅藻土、褐藻酸珠等。这些材料都被证明是很好的微生物固定的载体。然而，当微生物被完全固定，其生长会不可避免的减缓。这是由于传质限制和曝气困难，另一个缺点是随着时间推移，微生物会被从固定的基质上过滤掉。在污水处理中，应用到生物降解有毒有机物中，表现出底物抑制作用，这反而是一种优势。

 

发明内容

解决的技术问题：为了解决现有技术存在的降解工业废水中高浓度四氯苯酚时基质对细菌的抑制作用，导致共代谢难以进行，细菌不能生长的问题。本发明提供了一种细菌固定化技术，通过对细菌在添加了活性炭的中空纤维聚砜膜反应器中固定化，在苯酚存在的条件下，细菌可以共代谢降解高浓度的四氯苯酚。

技术方案：

用于降解高浓度四氯苯酚的细菌固定化中空纤维聚砜膜，该膜为不对称三层结构，从外到内分为外表层、中间支撑层和内表层；每层中均匀分布着活性炭颗粒，颗粒粒径≤10μm ，比表面积1104m²/g，空隙体积0.92cm³/g，膜的连续相为透明双酚A型聚砜，分子量100000~116500，膜的表面和中间层固定有铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）。所述活性炭颗粒由椰子壳制成。所述透明双酚A型聚砜为双酚A与4,4-二氯二苯基砜缩聚而成，分子量100000~116500，玻璃化温度180~190℃，加热变形温度170~175℃，拉伸强度75MPa，弯曲模量2650MPa。

用于降解高浓度四氯苯酚的细菌固定化中空纤维聚砜膜的制备方法， 步骤为：活化：铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）培养液经离心后弃去上清液，再用生理盐水液冲洗，制得菌悬液，调OD600nm=2.0； 固定：取中空纤维膜，放入容器中，向容器中加入混合好的菌悬液，震荡18h，完成固定。每次离心的条件为6000r/min、10min、4℃。所述中空纤维膜是将透明双酚A型聚砜，活性炭颗粒和1-甲基-2吡咯酮按质量1:4:5~1:5:5混合，在80℃下加热溶解，然后采用湿式纺丝工艺纺制活性炭中空纤维聚砜膜，湿纺程为2m，纺丝挤出体积流滤15mL/min，纺丝液温度80℃。

有益效果：