[發明專利]一種生物電化學強化降解硝基苯的方法

在審

• 申請號: 201511034339.4
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN105753135A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 劉廣立;李慧;駱海萍;盧耀斌;張仁鐸;楊昆鵬
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于生物電化學系統領域，該系統特征是在現有的雙極室結構生物電化學系統的研究基礎上，進一步改良成單極室結構生物電化學系統，通過選擇合適的外加電壓，培養一定微生物量的生物膜，控制合理的葡萄糖與硝基苯的濃度配比，確定合理的水力停留時間，以加速降解硝基苯。

背景技術

硝基苯是一種無色或微黃色具苦杏仁味的高毒物質，難溶于水、易溶于乙醇、乙醚、苯和油，屬于典型的難降解有機物，并且對人體有致突變、致畸和致癌的潛在危險，多個國家將其列入“優先控制難降解有毒有機污染物”的名單前列。硝基苯作為一種重要的有機化工原料，被廣泛應用于制備苯胺、燃料、醫藥和樹脂等。全球化工行業的快速發展使硝基苯的需求量不斷增加，由此進入環境的相關污染物也也隨之增多，含硝基苯廢水的大量排放已對環境安全造成了嚴重威脅，因此關于硝基苯污染水體修復方面的研究備受人們關注。

生物電化學系統是一種生物催化劑即微生物在電極上進行氧化或者還原反應的電化學系統。這種生物電化學系統中的微生物在生物電反應器的刺激作用下進行新陳代謝，在這樣的過程中以較低的消耗處理污染物，或者以污染物為原料進行自身的產電。

硝基苯的處理方法主要有：(1)物理法：吸附法和萃取法；(2)化學法：芬頓氧化技術、臭氧氧化技術、超臨界水氧化技術和零價鐵還原技術；(3)生物法：好氧生物法、厭氧生物法和厭氧-好氧聯合技術。由于硝基苯的生物厭氧處理具有成本低、處理量大及產物強生化性、弱毒性的特點逐漸被研究人員重視。本發明利用污水處理廠的污水接種微生物，利用生物電化學系統快速降解硝基苯。本發明采用單極室結構，通過選擇合適的外加電壓，培養一定微生物量的生物膜，控制合理的葡萄糖與硝基苯的濃度配比，確定合理的水力停留時間，以加速降解硝基苯。

發明內容

本發明是以硝基苯為研究對象，在現有的雙極室結構生物電化學系統的研究基礎上改良成單極室生物電化學系統，從而研究提高硝基苯的降解速率，并對單室生物電化學系統降解硝基苯關鍵運行參數進行研究，通過這些運行條件的研究找到高效降解硝基苯的方法。

生物電化學系統降解硝基苯裝置是以硝基苯為底物在外加電壓下置于恒溫箱內培養的反應器，反應器是是通過生物的催化作用即微生物在電極上進行氧化或者還原反應，這種生物電化學系統中的微生物在生物電反應器的刺激作用下進行新陳代謝，以基質為原料進行自身的產電，并將硝基苯快速降解為毒性更低更容易處理的苯胺。本裝置為單室反應器，其中放置由石墨纖維制成的纖維電極，其中陰極外串聯10Ω的電阻，在陰陽極兩端外加0.3-1.2V的直流電源。陰陽極材料為碳刷，因此在陽極至陰極反應器內部構成一個由離子傳遞而外部由電子傳遞形成的回路。

陽極和陰極位于同一極室，反應體系的陽極和陰極由附著有產電微生物的碳刷組成，陰陽極間距在1-5cm之間。

選擇優化合適的外加電壓，富集馴化產電微生物和硝基苯降解菌于陰陽極上，使得生物膜與碳刷的質量百分比達到10-25mg/g。

選擇控制進水葡萄糖與硝基苯的濃度配比，使得進水中的有機物既能保證產電菌群的高活性，同時又不影響硝基苯的快速降解。

.在水力停留時間為20-80h內，選擇優化合理的水力停留時間，實現硝基苯的去除率可達到99％以上。

本發明所提供的一種生物電化學降解硝基苯強化方法的優點在于：在普通生物電化學系統的基礎上進行反應器的改造，通過選擇合適的外加電壓，培養一定微生物量的生物膜，控制合理的葡萄糖與硝基苯的濃度配比，確定合理的水力停留時間，單室生物電化學系統中硝基苯完全降解所需時間與未加電壓條件下對比，可縮短75％，大大提高了硝基苯的降解速率。

附圖說明

附圖1是生物電化學系統降解硝基苯裝置結構示意圖。

附圖2是生物電化學系統單室反應器降解硝基苯系統示意圖。

附圖3是生物電化學系統開閉路條件下硝基苯的濃度變化示意圖。

附圖4是單室生物電化學系統電流密度曲線示意圖。

具體實施方式