[发明专利]一种利用生物电化学系统去除吡啶的方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种采用单室构型的生物电化学系统去除废水中吡啶的方法，属于环境应用技术和环境保护领域。

背景技术

吡啶是一种芳香族杂环化合物，常存在于骨焦油、煤焦油、煤气、页岩油、石油中，在工业上可用作变性剂、助染剂，以及为合成药品、消毒剂、染料等的原料。但是吡啶水溶性高，易挥发，难降解，故广泛存在于废水之中。同时，由于吡啶的致癌、致畸、致突变性，常常会对生态环境以及人体健康造成许多危害。因而去除废水中残留的吡啶变得十分重要。

吡啶处理方法主要包括物理法，化学法和生物法。物理化学法主要为精馏法、离子交换法、光催化法等，例如：专利号为CN105084671A的中国发明专利介绍了一种处理吡啶废水的方法，吡啶废水经低真空闪蒸气提、气相吸收、固定床吸附、解吸、蒸馏等工序分离回收废水中的氨、吡啶与3-甲基吡啶，然后经生化处理后达标排放。专利号为CN105129926A的中国发明专利介绍了一种用于处理吡啶废水的抗板结微电解颗粒填料，具有很好去除吡啶的效果。但是物理化学法处理费用大，设备复杂，处理吡啶浓度低，容易形成二次污染。与物理化学方法相比，生物法经济、高效，处理量大且无二次污染。但是由于吡啶难生物降解的特性，传统的生物处理工艺并不能达到理想的处理效果，因而开发新的适合吡啶废水性质的工艺成为解决吡啶废水问题的新出路。

生物电化学系统是一个崭新且富有挑战性的领域，在资源和能源回收、环境污染修复等方面具有很大的潜力。生物电化学系统是一种生物催化剂在电极上进行氧化或还原反应的电化学系统，其机理是基于电化学活性微生物以电子传递为主导的氧化还原过程。该系统具有成本低、处理效果好等优点。近年来，我国在利用生物电化学系统处理难降解有机物方面取得了一定的进展。例如：专利号为CN103787490A的中国发明专利介绍了一种利用生物电化学反应器处理有机氟废水的方法，该发明对有机氟废水进行两级处理，提高了有机氟废水处理效率的同时降低了有机氟废水整体的处理成本，并克服了有机氟废水难生物降解的难点。专利号为CN104370376A的中国发明专利介绍了一种采用生物电化学系统对含偶氮染料废水的去除及染料分子脱色降解的处理方法，该方法可使甲基橙完全脱色并去除。由此可见，利用生物电化学系统处理难降解有机物具有较大的潜力。

由于现有报道没有利用生物电化学系统处理吡啶的研究，因而本发明构建了生物电化学系统用于处理吡啶废水，可实现吡啶的有效降解。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用生物电化学系统去除吡啶的方法。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案如下：

所述的生物电化学系统采用单室构型。

所述的生物电化学系统中阴阳极均采用碳纤维材料，碳纤维材料的阴阳极使用量控制在1∶1到1∶3之间，阴阳极间距控制在不大于3厘米。

对所述的生物电化学系统施加的外加电压控制在一定范围内，使得产电微生物能够保持较高活性，产电微生物的量控制在：5-20·生物蛋白/g·碳纤维。

所述的生物电化学系统中，易降解有机物与吡啶的处理浓度控制在5∶1～10∶1之间。

将生物电化学系统内接种活性污泥，外加合适的直流电压，范围0.4～1.2V，可在石墨刷上富集高效降解吡啶的电化学活性菌。

所述的含吡啶废水在生物电化学反应系统内的水力停留时间为8～12天，吡啶降解率可达99％。

附图说明

图1是单室构型的生物电化学系统装置图

附图1中所示标记如下：

1阳极2阴极3进水口4出水口5直流稳压电源

图2是吡啶降解率随时间变化图

具体实施方式

如图1所示，一种单室构型的生物电化学系统，1、2分别为生物电化学系统的阳极和阴极，系统的上部设有进水口3，下部设有出水口4，外加0.4～1.0V的直流稳压电源。

所述阳极和阴极的制作方法：取一定长度的碳绳，平均剪成3cm的小段，两小段为一股；取一定长度的钛丝(20cm左右)，将钛丝对折拧出一个圆头；将碳绳缠绕与钛丝上，每放一段碳绳卷一圈钛丝；碳绳全部放上以后用钳子拧紧钛丝。

本发明装置的工作方式如下：

在生物电化学系统内接种城市污水厂剩余污泥，于阴阳极上挂膜生长，以使反应器成功启动。

高效降解吡啶的电化学活性菌的驯化过程如下：将生物电化学系统内接种活性污泥，外加0.4～1.0V的直流稳压电源，以葡萄糖为易降解物质，配制磷酸盐缓冲溶液，通过定期更换基质，可在石墨刷上富集高效降解吡啶的电化学活性菌。