一種處理有毒有機廢水的生物電化學系統功能菌馴化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有毒廢水能源化處理領域，特別是一種處理有毒有機廢水的生物電化學系統功能菌馴化方法。
【背景技術】
[0002]科技進步推動工業發展，創造效益滿足物質需求的同時，使越來越多的有機污染物進入環境，其中包括種類多樣的新型和有毒污染物，這些污染物經過長期積累達到一定水平，會使環境生物受到毒害，潛在危害無法全部估量。以活性污泥法為代表的傳統廢水處理技術耗費大量能源和水處理藥劑，在處理有毒廢水方面存在一定局限。
[0003]生物電化學系統是近年來廣受關注廢水能源化處理技術，是以微生物作為生物催化劑降解廢水中有機污染物，同時將有機污染物中的化學能轉變成電能，完成廢水能源化處理。該技術不需要外部能源和水處理藥劑輸入，在資源循環利用和水處理領域逐漸受到人們的重視，有望彌補傳統廢水處理技術的不足。生物電化學系統研究進展很快，發展出多種類型。其反應系統設計和構型多種多樣，基本原理是一致的。以常規的微生物燃料電池為例，其構型設計通常由陰極室和陽極室構成，電極室內盛有電極液，并分別放置陰極和陽極，陽極上附有產能功能菌，反應系統通過外電路與用電器相連，構成回路。陽極室通常作為廢水有機污染物降解場所，有機污染物經生物氧化產生電子和質子，質子經陽極進入外電路，通過用電器到達陰極，質子經過質子交換膜進入陰極室，電子、質子和電子受體在陰極完成還原反應。在此過程中，電子的轉移將能量輸送給用電器。以此技術為基礎的衍生技術，可以應用到廣闊的領域。
[0004]產能功能菌在此過程中起到關鍵作用，產能功能菌在生物電化學系統中利用自身的代謝過程完成有機污染物的分解，這一代謝過程同時受到微生物生存環境的影響，既有研究表明產能功能菌能夠較好完成生活污水等有機廢水處理并回收能量，而對于含有生物抑制效應的有毒廢水，功能菌的代謝產能作用將受到抑制，進而影響有毒污染物的分解和產能，使生物電化學系統崩潰。有機污染物在生物電化學系統內生物氧化降解，而生物氧化還原活性中心又包埋于氧化還原蛋白質內，降低了氧化還原活性，阻礙了有機污染物降解效率的提升。
[0005]研究顯示，微生物電化學系統可以用于有毒廢水能源化處理，需要克服的主要限制性因素是有毒物質對生物氧化的抑制作用，這要求實現生物電化學系統產能功能菌對有毒廢水的馴化。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于針對上述存在問題，提供一種處理有毒有機廢水的生物電化學系統功能菌馴化方法，該方法可以實現有毒污染物降解，并回收能源，避免能耗的水處理藥劑的使用。。
[0007]本發明的技術方案:
[0008]一種處理有毒有機廢水的生物電化學系統功能菌馴化方法，步驟如下:
[0009]I)建立常規微生物燃料電池，采用單電極室結構，碳布電極分別置于電極室兩側，以葡萄糖和氧氣作為電子供體和受體，以苯酚溶液作為有毒物質；
[0010]2)配制1000mg/L的葡萄糖營養液和10mg/!的苯酚溶液，后續步驟中，兩種溶液按照體積比投加到微生物燃料電池電極室中并循序漸進提高有毒污染物在待處理液中的含量，避免產能功能菌生物氧化活性完全抑制；
[0011 ] 3)運行穩定微生物燃料電池，電極液在初始階段，保持100%葡萄糖營養液；
[0012]4)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為20%苯酚和80%葡萄糖營養液；
[0013]5)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為50%苯酚和50%葡萄糖營養液；
[0014]6)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為80 %苯酚和20 %葡萄糖營養液；
[0015]7)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為100 %苯酚溶液；
[0016]8)通過電壓輸出和功能菌掃描電鏡形態鑒定分析，電極液成分為80%苯酚和20%葡萄糖營養液時，陽極功能菌沒有受到有毒有機污染物明顯抑制。
[0017]本發明的有益效果是:
[0018]該方法采用生物電化學系統處理有毒廢水方法，可提高生物電化學系統處理有毒廢水適應性和處理效率，縮短研究周期，可以定向馴化出能夠降解含有特定有毒有機污染物廢水的功能菌;避免有毒物質對廣能功能菌生物代謝作用抑制;將有毒有機廢水能源化處理，提高了生物電化學系統處理廢水的適應性。
【附圖說明】
[0019]圖1為陽極表面功能菌在有毒物質-苯酚溶液體積比80%情況下正常附著。
【具體實施方式】
[0020]以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。實施例用于說明本發明而不在于限制本發明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據具體條件進行調整和改變。
[0021 ] 實施例:
[0022]一種處理有毒有機廢水的生物電化學系統功能菌馴化方法，步驟如下:
[0023]I)建立常規微生物燃料電池，采用單電極室結構，碳布電極分別置于電極室兩側，以葡萄糖和氧氣作為電子供體和受體，以苯酚溶液作為有毒物質；
[0024]2)配制1000mg/L的葡萄糖營養液和10mg/!的苯酚溶液，后續步驟中，兩種溶液按照體積比投加到微生物燃料電池電極室中并循序漸進提高有毒污染物在待處理液中的含量，避免產能功能菌生物氧化活性完全抑制；
[0025]3)運行穩定微生物燃料電池，電極液在初始階段，保持100%葡萄糖營養液；
[0026]4)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為20%苯酚和80%葡萄糖營養液；
[0027]5)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為50%苯酚和50%葡萄糖營養液；
[0028]6)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為80%苯酚和20%葡萄糖營養液；
[0029 ] 7)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為100 %苯酚溶液；
[0030]8)通過電壓輸出和功能菌掃描電鏡形態鑒定分析，電極液成分為80%苯酚和20%葡萄糖營養液時，陽極功能菌沒有受到有毒有機污染物明顯抑制，電壓輸出正常，100%苯酚溶液時功能菌從陽極脫落。
[0031]圖1為陽極表面功能菌在有毒物質-苯酚溶液體積比80%情況下正常附著。圖中表明，按照本馴化方法，微生物電化學系統可以處理較高濃度有毒有機廢水。
【主權項】
1.一種處理有毒有機廢水的生物電化學系統功能菌馴化方法，其特征在于步驟如下: 1)建立常規微生物燃料電池，采用單電極室結構，碳布電極分別置于電極室兩側，以葡萄糖和氧氣作為電子供體和受體，以苯酚溶液作為有毒物質； 2)配制1000mg/L的葡萄糖營養液和100mg/L的苯酚溶液，后續步驟中，兩種溶液按照體積比投加到微生物燃料電池電極室中并循序漸進提高有毒污染物在待處理液中的含量，避免產能功能菌生物氧化活性完全抑制； 3)運行穩定微生物燃料電池，電極液在初始階段，保持100%葡萄糖營養液； 4)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為20%苯酚和80 %葡萄糖營養液； 5)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為50%苯酚和50 %葡萄糖營養液； 6)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為80%苯酚和20 %葡萄糖營養液； 7)待輸出電壓穩定后，電極液成分改為100%苯酚溶液； 8)通過電壓輸出和功能菌掃描電鏡形態鑒定分析，電極液成分為80%苯酚和20%葡萄糖營養液時，陽極功能菌沒有受到有毒有機污染物明顯抑制。
【專利摘要】一種處理有毒有機廢水的生物電化學系統功能菌馴化方法，建立常規微生物燃料電池，采用單電極室結構，碳布電極分別置于電極室兩側，以葡萄糖和氧氣作為電子供體和受體，以苯酚溶液作為有毒物質；配制1000mg/L的葡萄糖營養液和100mg/L的苯酚溶液，兩種溶液按照體積比投加到微生物燃料電池電極室中并循序漸進提高有毒污染物在待處理液中的含量，避免產能功能菌生物氧化活性完全抑制；最后通過電壓輸出和功能菌掃描電鏡形態鑒定分析。本發明的優點是：該方法采用生物電化學系統處理有毒廢水方法，可提高生物電化學系統處理有毒廢水適應性和處理效率，縮短研究周期，提高了生物電化學系統處理廢水的適應性。
【IPC分類】H01M8/16, C02F3/34, C02F101/34
【公開號】CN105565512
【申請號】CN201610152406
【發明人】李鳳祥, 陳博文, 肖藝航, 楊曉月, 張靜卓, 周啟星, 王冬梅, 焦珂偉
【申請人】南開大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年3月17日