[發(fā)明專利]電化學(xué)耦合厭氧生物地球化學(xué)微宇宙試驗(yàn)裝置及使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910550106.1
• 申請(qǐng)日: 2019-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110330096B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何艷;成潔;徐建明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/00
• 分類號(hào): C02F3/00;C02F3/28;C02F101/36
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

本發(fā)明公開(kāi)了一種電化學(xué)耦合厭氧生物地球化學(xué)微宇宙試驗(yàn)裝置，包括厭氧生物地球化學(xué)微宇宙系統(tǒng)、生物電極系統(tǒng)、恒溫水浴系統(tǒng)；所述生物電極系統(tǒng)為厭氧生物地球化學(xué)微宇宙系統(tǒng)內(nèi)的微生物提供電子供體，恒溫水浴系統(tǒng)為厭氧生物地球化學(xué)微宇宙系統(tǒng)提供恒溫水浴。厭氧生物地球化學(xué)微宇宙系統(tǒng)中的探頭通過(guò)導(dǎo)線與反應(yīng)裝置主體外部的對(duì)應(yīng)的檢測(cè)儀相連接，多個(gè)化學(xué)指標(biāo)通過(guò)裝置主體外部連接的在線監(jiān)測(cè)儀和計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；陰極電勢(shì)通過(guò)裝置主體外部連接的在線監(jiān)測(cè)儀和計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)微宇宙的快速啟動(dòng)以及混菌和土壤懸浮液體系下對(duì)林丹的穩(wěn)定降解，并且結(jié)構(gòu)可靠、易加工、能耗小、運(yùn)行穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于屬于環(huán)境污染修復(fù)領(lǐng)域。具體涉及一種新型電化學(xué)耦合厭氧生物地球化學(xué)微宇宙試驗(yàn)裝置及使用方法。

背景技術(shù)

厭氧生物地球化學(xué)微宇宙是人為地在缺氧條件下按照一定土水比建立的土壤懸浮液體系，通過(guò)嵌入多個(gè)探頭包括DO探頭、H₂探頭、ORP探頭、pH探頭并分別與對(duì)應(yīng)的氧化還原檢測(cè)儀、H₂檢測(cè)儀、溶解氧檢測(cè)儀、pH檢測(cè)儀相連，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的DO、H₂、ORP、pH等指標(biāo)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，是研究土壤生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的重要方式。林丹(γ-六氯環(huán)己烷)是一類典型的高氯代持久性有機(jī)污染物，屬于我國(guó)規(guī)定的一類優(yōu)先污染物，曾廣泛用作農(nóng)藥、除蟲劑，對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生嚴(yán)重破壞；具三致效應(yīng)和遺傳毒性。微生物修復(fù)被認(rèn)為是降解土壤中林丹等氯代持久性有機(jī)污染物的高效、綠色、環(huán)境友好、具有推廣潛力的途徑；厭氧環(huán)境下，微生物介導(dǎo)的林丹脫氯還原降解本質(zhì)是電子在電子供體和電子受體間轉(zhuǎn)移的過(guò)程，與土壤本底的多個(gè)還原過(guò)程包括Fe還原、S還原、產(chǎn)CH₄過(guò)程競(jìng)爭(zhēng)有限的電子供體，即與土壤鐵、硫、碳生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程協(xié)同/競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生。但土壤微生物對(duì)污染物脅迫的適應(yīng)性導(dǎo)致厭氧生物地球化學(xué)微宇宙存在啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)內(nèi)微生物可利用的電子供體有限等問(wèn)題。

新興的生物電化學(xué)系統(tǒng)組合微生物降解過(guò)程和電化學(xué)過(guò)程，可加速有機(jī)污染物的還原轉(zhuǎn)化，同時(shí)也可改善(甚至抵抗)不良環(huán)境因子如高溫、高堿的影響，近年來(lái)逐漸應(yīng)用于廢水硝酸鹽、高氯酸鹽、偶氮染料等的處理。微生物電解池(Microbial ElectrolysisCell；MEC)是生物電化學(xué)系統(tǒng)的體現(xiàn)形式之一，外接恒電勢(shì)儀通過(guò)陰極向體系源源不斷地提供電子，加快體系微生物介導(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程；且陰極不斷發(fā)生析氫反應(yīng)，產(chǎn)生許多能被微生物直接利用的電子供體H₂。此外，含氯代持久性污染物的土壤懸濁液經(jīng)多次厭氧迭代培養(yǎng)形成的混菌培養(yǎng)液具有強(qiáng)氯代污染物降解能力，被認(rèn)為是研究氯代污染物還原降解過(guò)程和土壤本底多個(gè)生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程相關(guān)性的優(yōu)化基質(zhì)。由此，常規(guī)的厭氧生物地球化學(xué)微宇宙在技術(shù)上的缺陷成為混菌培養(yǎng)液及土壤懸濁液中實(shí)現(xiàn)氯代污染物快速降解并探究其與土壤生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的瓶頸問(wèn)題，迫切需要應(yīng)用電化學(xué)系統(tǒng)對(duì)厭氧生物地球化學(xué)微宇宙進(jìn)行改造。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、運(yùn)行高效的電化學(xué)耦合厭氧生物地球化學(xué)微宇宙試驗(yàn)裝置及使用方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電化學(xué)耦合厭氧生物地球化學(xué)微宇宙試驗(yàn)裝置，包括厭氧生物地球化學(xué)微宇宙系統(tǒng)、生物電極系統(tǒng)、恒溫水浴系統(tǒng)；所述生物電極系統(tǒng)為厭氧生物地球化學(xué)微宇宙系統(tǒng)內(nèi)的微生物提供電子供體，恒溫水浴系統(tǒng)為厭氧生物地球化學(xué)微宇宙系統(tǒng)提供恒溫水浴。

作為本發(fā)明的電化學(xué)耦合厭氧生物地球化學(xué)微宇宙試驗(yàn)裝置的改進(jìn)：

所述生物電極系統(tǒng)包括由相互平行的生物陽(yáng)極、生物陰極組成的生物電極，還包括直流電源；