[發(fā)明專利]一種基于緩釋碳源耦合生物電化學(xué)系統(tǒng)精準(zhǔn)完全脫氯氯代烴的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210106240.4
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114524505B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李智靈;柏才華;王愛杰;陳雪琪;俎云霞;劉襯襯;曹迪;程浩毅
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/34;C02F101/36
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 王芳

本發(fā)明公開了一種基于緩釋碳源耦合生物電化學(xué)系統(tǒng)精準(zhǔn)完全脫氯氯代烴的方法，屬于土壤地下水原位生物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決了場地氯代烴污染原位生物修復(fù)過程中，厭氧微生物還原脫氯過程由于外源有機(jī)碳和電子供體缺乏導(dǎo)致的氯代烴降解不徹底導(dǎo)致的有毒有害中間產(chǎn)物積累問題，以及常規(guī)水溶性有機(jī)碳源投加導(dǎo)致的場地COD升高和二次污染問題。本發(fā)明采用具有高效選擇性的PHB作為緩釋碳源，通過構(gòu)建PHB耦合生物電化學(xué)系統(tǒng)，在生物陰極釋電子和PHB釋氫氣的雙重電子供給作用下，選擇性激活揮發(fā)性氯代烴(三氯乙烯TCE/四氯乙烯PCE等)脫氯功能菌群，精準(zhǔn)促進(jìn)PCE和TCE的次序脫氯到乙烯，實(shí)現(xiàn)氯代烴的高效完全脫氯和脫毒。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于緩釋碳源耦合生物電化學(xué)系統(tǒng)精準(zhǔn)完全脫氯氯代烴的方法，屬于土壤地下水原位生物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氯代烴作為常用的有機(jī)溶劑、干洗劑、防爆劑，在工業(yè)中被廣泛使用。近年來，因為氯代烴的大量使用和不當(dāng)處理，使得大量氯代有機(jī)污染物進(jìn)入到環(huán)境中，造成環(huán)境污染。其中，氯代烴一旦進(jìn)入到地下水中形成重質(zhì)非水相流體污染羽，對人類健康和生態(tài)安全造成嚴(yán)重威脅。

目前，國內(nèi)外對于地下水中氯代烴去除的辦法，主要有吸附、零價鐵還原和高級氧化、曝氣吹脫等物理、化學(xué)技術(shù)。但是，由于地下含水層環(huán)境的限制，投加吸附劑、零價鐵、氧化藥劑來去除氯代烴的方法，難以大范圍使用、可持續(xù)性差，且回收產(chǎn)生的廢棄物(過量藥劑和吸附劑)困難，容易造成二次污染。相比之下，生物修復(fù)具有綠色、經(jīng)濟(jì)、無二次污染等優(yōu)勢，2000年以來，生物激活和生物添加技術(shù)已被發(fā)達(dá)國家廣泛推廣并應(yīng)用。脫氯呼吸菌利用氯代有機(jī)物作為呼吸鏈最終電子受體獲得能量使其同步還原，是氯代有機(jī)物在厭氧/缺氧環(huán)境中分解轉(zhuǎn)化的首要和最重要步驟。然而，脫氯呼吸菌屬于嚴(yán)格厭氧微生物，在地下水實(shí)際應(yīng)用過程中，往往存在碳源和外源電子供體缺乏的情況，而通過投加液態(tài)生物激活劑(短鏈脂肪酸等)來補(bǔ)充其所需的碳源和電子，往往面臨具有較寬生態(tài)幅的異養(yǎng)微生物的大量增殖，而脫氯呼吸菌的豐度限定在較低范圍和電子傳遞效率底下等難題。組內(nèi)的前期研究發(fā)現(xiàn)，通過弱電激活，即在陰極給與適當(dāng)?shù)年帢O電位，可大大提升脫氯呼吸菌的代謝活性，使得三氯乙烯和四氯乙烯的脫氯速率顯著提升(ZL201510639392.0)。本課題組關(guān)于不同電位對于三氯乙烯生物脫氯的研究證明，弱電激活使得三氯乙烯生物脫氯的速率提高了2.6～4.3倍。然而，一方面，生物陰極脫氯呼吸三氯乙烯和四氯乙烯的最終產(chǎn)物為毒害性較強(qiáng)的cis-1,2-二氯乙烯，另一方面，水溶性碳源(乙酸鈉，葡萄糖，乙醇等)在實(shí)際操作中投加量無法精準(zhǔn)控制，容易造成COD過高、非功能微生物大量增殖，繼而產(chǎn)生二次COD升高和生物風(fēng)險等問題。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上，本發(fā)明為了解決氯代烴厭氧生物脫氯過程中，碳源缺乏、電子供體缺乏、脫氯呼吸菌競爭能力弱、產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物等問題，提出一種通過緩釋碳源耦合生物電化學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性氯代烴精準(zhǔn)脫氯到無毒無害乙烯的方法。該方法的優(yōu)勢在于，在前期發(fā)明(CN201510639392.0、CN202011477268.6)的基礎(chǔ)上，采用緩釋碳源(聚β-羥基丁酸)取代傳統(tǒng)的液態(tài)短鏈脂肪酸(乙酸鈉等)，通過在可控范圍釋放有機(jī)碳，并耦合生物電化學(xué)系統(tǒng)選擇性激活脫氯呼吸菌的代謝活性，使得脫氯產(chǎn)物由毒害性較強(qiáng)的cis-1,2-二氯乙烯進(jìn)一步完全分解為無毒的乙烯。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于緩釋碳源耦合生物電化學(xué)系統(tǒng)精準(zhǔn)完全脫氯氯代烴的方法，采用生物電化學(xué)反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)，生物電化學(xué)反應(yīng)器包括陰極室、陽極室、甘汞電極、碳刷和質(zhì)子交換膜，其中陰極室和陽極室以質(zhì)子交換膜分隔，兩支碳刷分別置于陰極室和陽極室內(nèi)，甘汞電極插入陰極室內(nèi)；

該方法包括以下步驟：

步驟1，緩釋碳源聚β-羥基丁酸(PHB)的預(yù)處理：使用去離子水對緩釋碳源清洗2～3遍，自然干燥；

步驟2，活性污泥的預(yù)處理：將活性污泥靜置2h，倒掉上清液；

步驟3，生物電化學(xué)反應(yīng)器的啟動，過程如下：