[發明專利]一種微生物電化學系統陽極生物膜的構筑方法

有效

• 申請號: 201710093855.7
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106698682B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 馮玉杰;張鵬;劉佳;曲有鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 陳新勝

本發明提供了一種微生物電化學系統陽極生物膜的構筑方法，屬于陽極生物膜的構筑方法技術領域。電化學活性菌的定向擴培，采集已經穩定運行了生物電化學反應器中陽極上的微生物樣品作為接種的菌源，接種于培養基中，通入氮氣制造厭氧的環境，然后密封，在厭氧條件下，搖床上培養；導電粒子與電化學活性菌的混合固定，配置導電粒子溶液，超聲分散，然后吸取一定量的導電粒子溶液加入到電化學活性菌菌液中，搖勻，靜置；進行復合結構生物膜在陽極表面的濾過固定過程。本發明通過構筑了導電粒子的復合生物膜的構建，成功的將生物電化學系統的啟動時間和啟動周期大大地縮短，產電性能得到了極大的提高，整個生物電化學系統的庫倫效率也得到了提高。

技術領域

本發明涉及一種微生物電化學系統陽極生物膜的構筑方法，屬于陽極生物膜的構筑方法技術領域。

背景技術

進入二十一世紀，污水處理技術的發展方向開始逐漸轉為在污染物降解的同時實現資源化和能源化。首先，現階段的污水處理技術仍然以高能耗的好氧污水處理技術為主，處理過程中需要消耗大量的電能，而電能的消耗又將帶來大量化石燃料的消耗，其中大量二氧化碳等溫室氣體的排放，加劇全球變暖等環境問題。因此，實現污水處理的低能耗運行成為了環境工程領域研究的不變主題；與此同時，在降低污水處理能耗的同時，實現污水中能量的能源化回收，可以為降低污水處理能耗甚至實現零能耗運行的重要手段。現階段，可以同時實現污水低能耗降解和能源化運行的技術主要為利用厭氧污水處理技術并在污水處理的同時在污水中回收生物質能，包括甲烷、氫氣和電能等。回收的能源作為污水處理消耗能量的有效平衡補充，這將為實現污水處理過程的能量自給自足提供重要的保證。其次，除了利用污水處理技術中產生的能量實現污水處理過程的能量自平衡，還可以利用污水中的有機物制備重要的化學物質，實現污水的資源化處理。污染物，其實是放錯了位置的資源，通過一定的污水處理技術的使用，可以在實現污水處理的同時完成污水資源化過程，得到有用的物質，比如磷肥等。因此，污水處理技術在資源化和能源化方向的發展將成為環境工程領域的重要研究內容。

微生物電化學技術是一種利用微生物將有機物中的化學能轉化為電能的裝置，可以實現污染物降解和能源回收的同步實現。微生物電化學技術因其具備高效快速降解有機污染物質，同時實現清潔能源電能回收和污泥減量的各種優點，在環境和能源領域都受到了廣泛的關注。微生物電化學系統的污染物降解和電能回收功能的發揮，主要依賴于陽極產電微生物的快速富集和生長；尤其是，陽極生物膜的形成保證了有機污染物的持續高效去除以及污水中化學能向電能的持續轉化。目前，生物電化學系統中的陽極生物膜的成長主要依靠利用陽極材料在生物電化學系統運行過程中逐漸地馴化培養。馴化過程中，首先要構筑生物電化學系統，陽極電極一般采用廉價耐用的碳基電極材料等，以利用微生物的附著和生長；陰極可采用空氣陰極和生物陰極的設計，并利用外電路將陰陽極相連，利用陰極的還原反應為陽極上面微生物氧化底物提供重要的電化學驅動力。然后，利用已經馴化并正常運行的反應器的水體或者污水作為菌源進行接種。該過程作為生物電化學系統中陽極的馴化啟動的通用的方法，已經被廣泛的應用的各種研究工作中。

但是，現行的方法仍面臨著以下幾個問題：a.啟動周期長。生物電化學系統成功啟動需要在反應器的陽極表面實現產電微生物的富集生長，但是，富集馴化過程往往需要較長的時間，一般可以達到10～15天甚至更長；b.接種源不穩定，這也是影響生物電化學系統陽極穩定啟動的重要因素，因為無論是利用已經正常運行的生物電化學系統的陽極水體或者直接利用污水接種都不能保證接種液的質量，這增加了陽極成功啟動的不確定性c.隨著陽極生物膜的逐漸形成，厚度的逐漸增加，陽極生物膜的性能的提高將受到限制，產電和底物降解效率都將達到一個平臺期，這主要是由于生物膜在厚度方向上對胞外電子傳遞過程和底物傳質過程的限制造成的。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，進而提供一種微生物電化學系統陽極生物膜的構筑方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種微生物電化學系統陽極生物膜的構筑方法，