一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法与流程

本发明属于海水污染修复以及微塑料去除回收领域，具体涉及一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法。

背景技术：

1、微塑料是指尺寸小于5毫米的微小颗粒，主要分为初级微塑料和次级微塑料。由于塑料材料需求高且处置不当，它们分散并积累在各种环境中。环境机械、光氧化、物理化学和生物过程会产生二次微塑料，这些微塑料会导致较大的塑料分解、变质并碎裂成小于5毫米尺寸的微塑料。因此，各种尺寸的微塑料已成为新型海洋垃圾的主要形式。据估计，至少有5.25万亿个重量超过268000吨的塑料颗粒被丢弃到海洋中，到2050年塑料总产量预计将增加330亿吨。

2、海洋环境中塑料污染最重要的来源是沿海城市、港口、航运活动、沿海垃圾填埋场和沿海倾倒场。一旦塑料碎片进入海洋，它们就会通过光解、机械和生物降解分解成微塑料。尽管海洋中的滤食性动物和浮游生物能够消耗塑料碎片，但是由于微塑料的持久性、生物累积性和有毒性，导致作为最终消费者的人类摄取大量的海洋微塑料，最终影响人类。这凸显了塑料作为环境和人类健康日益关注的污染物来源的重要性。除了对人体的危害，这些被释放到海洋中的塑料也会缓慢释放温室气体，并且严重干扰海洋的固碳能力，影响到原本有机碳的形成与释放。

3、目前，微塑料对沉积物元素循环影响的研究主要集中于探究对其对碳循环和氮循环的影响，而对硫循环影响的研究十分有限。微塑料可以通过影响沉积物中的碳储存直接影响碳循环，也可以通过影响微生物群落和底栖生物的活动间接影响碳循环；微塑料可以通过影响微生物过程和底栖生物的生长来影响硝化过程和反硝化过程。因此，迫切需要通过开发新的处理技术来解决微塑料在海洋环境中的影响。

技术实现思路

1、本发明针对现有海洋中微塑料所造的持久性、生物累积性和有毒性的问题，而提供一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法。

2、本发明一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法具体是按以下步骤进行：

3、一、构建由进水池、第一缺氧池、第二缺氧池、好氧池和沉淀池组成的缺氧-缺氧-好氧生物膜反应器；所述第一缺氧池、第二缺氧池和好氧池的池体中部均设有拦截网格，拦截网格中负载有以聚对苯二甲酸乙二醇酯为材料的生物载体模块，同时在好氧池的底部设置曝气设备，曝气设备与曝气泵相连接；所述第一缺氧池和第二缺氧池的顶部均设置有玻璃鹅颈管；进水池的出水口与第一缺氧池的进水口相连通，进水池的出水口与第一缺氧池的进水口之间设置有蠕动泵；第一缺氧池的出水口与第二缺氧池的进水口相连通，第二缺氧池的出水口与好氧池的进水口相连通，所述好氧池的出水口与沉淀池的进水口相连通；所述第一缺氧池设置有回流进水口、沉淀池设置有回流出水口，回流出水口与回流进水口相连通，所述回流出水口与回流进水口之间设置有再循环泵；

4、二、待处理海水储存在进水池中，将接种污泥分别投入第一缺氧池、第二缺氧池和好氧池中；待处理海水24h连续泵入第一缺氧池中，通过重力流依次流入第二缺氧池、好氧池和沉淀池；沉淀后的液体通过再循环泵泵回第一缺氧池进行回流。

5、本发明的有益效果：

6、本发明利用海水中的硫电子受体so42-离子来驯化活性污泥，这样可以改变活性污泥中微生物群落结构与组成，使其培养和富集出硫氮循环中所需的特殊微生物-硫酸盐还原菌、自养反硝化菌和硝化菌。在形成硫氮循环后通过投加不同梯度的微塑料来培养能生物将降解不同尺寸和种类的细菌。该工艺不仅去除去除水中的有机物、氨氮、总磷等污染物的同时进行海洋微塑料的降解去除与回收。还有硫氮循环自身独特的反应途径，使其反应过程中的污泥产量较低，是传统活性污泥法的1/3、同时还具有能耗低的优势。

7、本发明为了确保微塑料最大程度上的去除与回收，设置了三个不同的方式。第一种去除方式是通过培养微生物来去除可被生物降解的微塑料，这一部分主要发生在缺氧池和好氧池中，部分微生物附着于微塑料表面形成生物被膜，其生物被膜中还可能含有降解塑料的细菌，进而导致“微塑料-细菌”颗粒密度、浮力和下沉速率的改变，同时，塑料作为一种碳基有机物，可以被细菌作为碳源，以供自身的生长发育。第二去除方式主要发生在pet生物载体模块上，生物载体模块由废塑料瓶制成，pet生物载体模块是很好的生长培养基，具有重量轻、惰性、表面积大等优点，并且可以很好地附着细菌，也可以吸附被微生物包裹住的微塑料，最后pet生物载体模块和被包裹住的微塑料一起被高效回收起来行进无害化处理，贯彻了以废治废的处理理念。第三种方式是那些不能被生物降解的微塑料通过微生物包裹和污泥的吸附作用，最后沉降在二沉池中和污泥一起进行微塑料的回收。

技术特征：

1.一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，其特征在于利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法具体是按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，其特征在于步骤一中所述进水池(1)、第一缺氧池(2)、第二缺氧池(3)、好氧池(4)和沉淀池(5)的工作体积比例为90l∶30l∶16l∶30l∶16l；第一缺氧池(2)和第二缺氧池(3)中的特殊微生物群落组成为硫酸盐还原菌和自养反硝化菌微生物，主要以desulfovibrio、desulfomonas、thiobacillus、thiothrixs为优势菌属；好氧池(4)中主要以chlorobium、chromatium硝化菌株为优势菌群。

3.根据权利要求1所述的一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，其特征在于步骤一中所述负载有以聚对苯二甲酸乙二醇酯为材料的生物载体模块由塑料瓶废料制成，生物载体模块在第一缺氧池(2)、第二缺氧池(3)和好氧池(4)的填充率分别为40％、80％、80％；生物载体模块的比表面积为555.78m2/m3。

4.根据权利要求1所述的一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，其特征在于步骤一中缺氧-缺氧-好氧生物膜反应器运行时的操作温度保持在恒温25℃，第一缺氧池(2)、第二缺氧池(3)、好氧池(4)和沉淀池(5)的ph均保持在6～8；缺氧-缺氧-好氧生物膜反应器的hrt为36h，再循环率为200％。

5.根据权利要求1所述的一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，其特征在于步骤二中第一缺氧池(2)和第二缺氧池(3)的顶部均设置有溶解氧探头；当溶解氧探头检测到溶解氧(do)低于0.5mg/l时，通过第一缺氧池(2)和第二缺氧池(3)的底部注入气体n2，持续15～20min，n2气体注入压力设置为±4.51bf/in2。

6.根据权利要求1所述的一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，其特征在于步骤二中所述回流的回流比例为1∶1。

7.根据权利要求1所述的一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，其特征在于步骤二中以实际城市污水处理厂的新鲜污泥作为接种污泥，向接种污泥持续通入含有不同种类和尺寸微塑料的海水进行驯化，驯化时间为5～8周。

8.根据权利要求1所述的一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，其特征在于步骤二中所述接种污泥的驯化过程具体为：

9.根据权利要求8所述的一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，其特征在于所述进水海水中微塑料的尺寸根据其粒径大小来区分，粒径范围<0.5mm为微塑料超微颗粒，粒径范围0.5～5mm为微塑料中颗粒，粒径范围10～20mm为微塑料大颗粒。

10.根据权利要求9所述的一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，其特征在于所述进水海水中微塑料的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。

技术总结一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法，本发明属于海水污染修复以及微塑料去除回收领域，具体涉及一种利用海水中硫氮循环生物技术去除回收微塑料的方法。本发明针对现有海洋中微塑料所造的持久性、生物累积性和有毒性的问题。方法：一、构建由进水池、第一缺氧池、第二缺氧池、好氧池和沉淀池组成的缺氧‑缺氧‑好氧生物膜反应器；二、处理海水储存在进水池中，将接种污泥分别投入第一缺氧池、第二缺氧池和好氧池中；待处理海水24h连续泵入第一缺氧池中，通过重力流依次流入第二缺氧池、好氧池和沉淀池；沉淀后的液体通过再循环泵泵回第一缺氧池进行回流。本发明用于海洋中微塑料最大程度上的去除与回收。技术研发人员：骆尔铭,魏利,欧阳嘉,魏东,张昕昕,卢倩,陈光浩受保护的技术使用者：广州市香港科大霍英东研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/23