[發明專利]一種基于微生物降解耦合電化學法的氯代烴污染地下水處理裝置和修復方法

有效

• 申請號: 201910031458.6
• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109502932B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 張芳;魏雨泉;李廣賀;袁英;耿竹凝;張旭
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F101/36;C02F103/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明涉及一種基于微生物降解耦合電化學法的氯代烴污染地下水處理裝置和修復方法，是將被氯代烴污染的地下水分別通過串聯的電化學模塊和微生物模塊，首先利用陰極和陽極兩端的直流電壓，在相對較低的電流密度下，實現對難降解氯代烴的還原脫氯和部分氧化，使其轉化成相對易降解有機物，為微生物提供碳源，再利用微生物降解作用促進氯代烴的去除。本發明與傳統的電化學方法相比可極大降低電化學修復能耗，同時可優化微生物降解效果，對氯代烴污染地下水高效低耗修復具有重要意義。

技術領域

本發明屬于水體污染處理技術領域，特別涉及一種基于微生物降解耦合電化學法的氯代烴污染地下水處理裝置和修復方法。

背景技術

地下水是一種重要的飲用水水源。氯代烴溶劑被廣泛應用于金屬加工、電子、干洗等行業，由于其普遍應用而成為地下水環境中最為廣泛的污染物之一。氯代烴不僅污染環境，而且對人體健康也有很大的影響，具有“三致”作用。因此，針對高濃度氯代烴污染的地下水建立快速、高效的修復方法具有重要意義。

目前常用的地下水修復技術可分為物理法、化學法、生物法三大類。物理法主要包括活性炭吸附法和曝氣吹脫法，雖然工藝簡單，但僅適用于水體中微量污染物，且僅是污染物形態的轉化并未實現真正降解；生物修復主要是利用微生物降解，在沒有副作用的情況下去除地下水中的污染物，具有操作簡便、成本低等優點，但存在降解不徹底的缺陷，尤其是厭氧微生物降解脫氯后的產物往往具有更大的生物毒性和致癌性，此外，在好氧條件下三氯乙烯等氯代烴較難作為微生物生長所需的唯一碳源被微生物直接氧化，高濃度氯代烴甚至會對微生物產生一定毒害作用，更加限制了生物修復技術的應用；化學法主要包括金屬還原法、光催化氧化法、原位化學氧化法和電化學法等，雖然能夠有效促進地下水中氯代烴降解，但往往反應劇烈，容易對地下水土層結構穩定性和生物安全性有一定影響。電化學法因其可通過高效的氧化或還原反應使地下水中的氯代烴在較短時間內被破壞、降解成無毒的或危害較小的物質而備受廣大學者們青睞，但此方法通常要求較高的電流密度，能耗極高，因此大大限制了電化學法在工程領域的應用。目前，現有的文獻集中于針對電化學電極材料改性及電化學裝置體系的優化以期達到高效修復污染物同時降低系統能耗的效果，而關于電化學修復耦合微生物修復的文獻較少。專利文獻CN 105194831A公開了一種電刺激促進揮發性氯代烴生物還原分解的方法，該方法通過配置厭氧培養基、強化純化功能菌群、搭建生物電化學系統，通過外加電場刺激，從而實現生物陰極促進揮發性氯代脂肪烴還原脫氯，該方法雖然實現了電化學修復與微生物修復的結合，降低了反應能耗，但修復過程需要吹氮氣密封保證厭氧環境，同時需外源添加濃度為10-12mmol/L的乙酸鈉作為微生物生長所需的碳源，成本有所增加。專利文獻CN 104176836A公開了一種原位修復污染水體和底泥的微生物電化學裝置及原位修復污染水體和底泥的方法，該方法將一種原位修復污染水體和底泥的微生物電化學裝置的陽極置于受污染底泥中，陰極置于受污染底泥上層污染水體中，使用第一導線和第二導線將陰極和陽極分別與充放電裝置的負極和正極相連接，運行時間為18d，得到去除污染物的水體和去除污染物的底泥，雖然利用生物電化學方法可有效降低電化學處理所面臨能耗高的問題，但微生物產電及其本身對電荷的負載量限制了體系的處理效率，僅適用于較低濃度污染物修復，延長了修復周期。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于微生物降解耦合電化學法的氯代烴污染地下水處理裝置和修復方法，利用微生物降解耦合電化學還原氧化，在相對較低的電流密度下，利用電化學模塊實現對高濃度生物難降解氯代烴的還原脫氯和部分氧化，使其轉化成相對易降解有機物并產生氧氣，為微生物提供生長所需的碳源和相對適宜的生存環境，再利用微生物降解作用促進氯代烴的高效去除。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：