[发明专利]一种生物电化学强化降解硝基苯的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物电化学系统领域，该系统特征是在现有的双极室结构生物电化学系统的研究基础上，进一步改良成单极室结构生物电化学系统，通过选择合适的外加电压，培养一定微生物量的生物膜，控制合理的葡萄糖与硝基苯的浓度配比，确定合理的水力停留时间，以加速降解硝基苯。

背景技术

硝基苯是一种无色或微黄色具苦杏仁味的高毒物质，难溶于水、易溶于乙醇、乙醚、苯和油，属于典型的难降解有机物，并且对人体有致突变、致畸和致癌的潜在危险，多个国家将其列入“优先控制难降解有毒有机污染物”的名单前列。硝基苯作为一种重要的有机化工原料，被广泛应用于制备苯胺、燃料、医药和树脂等。全球化工行业的快速发展使硝基苯的需求量不断增加，由此进入环境的相关污染物也也随之增多，含硝基苯废水的大量排放已对环境安全造成了严重威胁，因此关于硝基苯污染水体修复方面的研究备受人们关注。

生物电化学系统是一种生物催化剂即微生物在电极上进行氧化或者还原反应的电化学系统。这种生物电化学系统中的微生物在生物电反应器的刺激作用下进行新陈代谢，在这样的过程中以较低的消耗处理污染物，或者以污染物为原料进行自身的产电。

硝基苯的处理方法主要有：(1)物理法：吸附法和萃取法；(2)化学法：芬顿氧化技术、臭氧氧化技术、超临界水氧化技术和零价铁还原技术；(3)生物法：好氧生物法、厌氧生物法和厌氧-好氧联合技术。由于硝基苯的生物厌氧处理具有成本低、处理量大及产物强生化性、弱毒性的特点逐渐被研究人员重视。本发明利用污水处理厂的污水接种微生物，利用生物电化学系统快速降解硝基苯。本发明采用单极室结构，通过选择合适的外加电压，培养一定微生物量的生物膜，控制合理的葡萄糖与硝基苯的浓度配比，确定合理的水力停留时间，以加速降解硝基苯。

发明内容

本发明是以硝基苯为研究对象，在现有的双极室结构生物电化学系统的研究基础上改良成单极室生物电化学系统，从而研究提高硝基苯的降解速率，并对单室生物电化学系统降解硝基苯关键运行参数进行研究，通过这些运行条件的研究找到高效降解硝基苯的方法。

生物电化学系统降解硝基苯装置是以硝基苯为底物在外加电压下置于恒温箱内培养的反应器，反应器是是通过生物的催化作用即微生物在电极上进行氧化或者还原反应，这种生物电化学系统中的微生物在生物电反应器的刺激作用下进行新陈代谢，以基质为原料进行自身的产电，并将硝基苯快速降解为毒性更低更容易处理的苯胺。本装置为单室反应器，其中放置由石墨纤维制成的纤维电极，其中阴极外串联10Ω的电阻，在阴阳极两端外加0.3-1.2V的直流电源。阴阳极材料为碳刷，因此在阳极至阴极反应器内部构成一个由离子传递而外部由电子传递形成的回路。

阳极和阴极位于同一极室，反应体系的阳极和阴极由附着有产电微生物的碳刷组成，阴阳极间距在1-5cm之间。

选择优化合适的外加电压，富集驯化产电微生物和硝基苯降解菌于阴阳极上，使得生物膜与碳刷的质量百分比达到10-25mg/g。

选择控制进水葡萄糖与硝基苯的浓度配比，使得进水中的有机物既能保证产电菌群的高活性，同时又不影响硝基苯的快速降解。

.在水力停留时间为20-80h内，选择优化合理的水力停留时间，实现硝基苯的去除率可达到99％以上。

本发明所提供的一种生物电化学降解硝基苯强化方法的优点在于：在普通生物电化学系统的基础上进行反应器的改造，通过选择合适的外加电压，培养一定微生物量的生物膜，控制合理的葡萄糖与硝基苯的浓度配比，确定合理的水力停留时间，单室生物电化学系统中硝基苯完全降解所需时间与未加电压条件下对比，可缩短75％，大大提高了硝基苯的降解速率。

附图说明

附图1是生物电化学系统降解硝基苯装置结构示意图。

附图2是生物电化学系统单室反应器降解硝基苯系统示意图。

附图3是生物电化学系统开闭路条件下硝基苯的浓度变化示意图。

附图4是单室生物电化学系统电流密度曲线示意图。

具体实施方式