[发明专利]零价铁强化降解典型含氮杂环化合物的微生物燃料电池的方法

说明书

本发明公开一种利用零价铁强化厌氧‑MFC耦合降解典型含氮杂环化合物喹啉与吲哚的方法。该微生物燃料电池包括阳极、阴极、质子膜。微生物燃料电池的阳极和阴极都以碳刷纤维作为电极，阳极碳刷上分别接种了可降解含氮杂环化合物喹啉与吲哚的并有电化学活性的微生物，阴极采用铁氰化钾作为电子受体，阴阳室用质子交换膜隔开。含氮杂环化合物的溶液先在驯化好的厌氧瓶里反应24h，取厌氧瓶里的上清液作为微生物的碳源，随着阳极有机物的不断氧化和阴极反应的持续进行，外电路可以通过导线与两极碳刷相连接构成回路。此发明利用廉价的零价铁强化降解典型含氮杂环化合物的微生物燃料电池，加快典型含氮杂环化合物的降解，回收更多电能，降低工艺的能耗成本。

技术领域

本发明涉及一种使用零价铁强化厌氧-MFC 耦合降解典型含氮杂环化合物的方法。

背景技术

含氮杂环化合物是难降解物质的一种重要类别，它不仅毒性大、难降解，而且分布广，越来越受到了人们的关注。喹啉和吲哚是两种典型的含氮杂环化合物，是有机合成产业的重要物质，广泛存在于焦化废水、染料废水、医药废水等工业废水中，也存在于地下水和土壤中，对环境和生物造成了严重危害。由于结构含有一个苯环和一个含氮杂环，它们很难被传统的好氧工艺去除，常见的处理方式主要是利用厌氧或者缺氧的反硝化过程去除，但厌氧方式增加了处理的难度和成本。随着污染情况越来越严峻，寻求高效的降解含氮杂环化合物的方法越来也急迫。

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是在节能环保的时代要求下发展的新型的、绿色的可以将化学能转化为电能的装置。MFC将传统燃料电池与微生物相结合，随着阳极有机物的不断氧化和阴极反应的持续进行，形成连续电流。利用MFC 技术降解有机物不仅可以实现废水中有机物的处理，还能回收电能，有很大的应用潜能。

零价铁（Zero valent iron，ZVI）作为一种绿色、廉价、可靠和具有中等强度还原性的还原剂，在废水处理、地下水修复和土壤修复等领域广泛应用。将ZVI 投加到厌氧微生物体系中，在厌氧条件下，ZVI可以与H₂O 发生腐蚀生成 OH^-，OH^-可以为协同体系维持稳定的pH 环境，还可以为厌氧微生物提供电子。因此如能将零价铁应用于微生物燃料电池，有望提供一种更为高效的降解喹啉与吲哚的新方法。

发明内容

为了加快促进典型含氮杂环化合物的降解，回收更多的电能，本发明将ZVI 投加到微生物燃料电池里应用于典型含氮杂环化合物的降解。

零价铁强化降解典型含氮杂环化合物的微生物燃料电池的方法，微生物燃料电池的阳极液是按照以下步骤配制而成的：

（1）向已经驯化好的厌氧反应器里加入新鲜营养液，使反应器里的厌氧污泥营养液混合后所得混合液的成分如下：11.55g/LNa₂HPO₄·12H₂O、2.77 g/L NaH₂PO₄·2H₂O、0.31g/LNH₄Cl、0.13g/L KCl、10mL/L Wolf 微量元素液、10mL/L Wolf 矿物质元素液和一定浓度的典型含氮杂环化合物溶液，再按最佳投加浓度投加处理好的零价铁后进行厌氧强化反应；

（2）在厌氧反应器里反应最佳强化时间后，将该厌氧反应器里的上清液加入到已成功启动并驯化好的降解典型含氮杂环化合物的微生物燃料电池的阳极室，在阴极室加入阴极液；微生物燃料电池开始运行，典型含氮杂环化合物开始降解。