[发明专利]电化学耦合厌氧生物地球化学微宇宙试验装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种电化学耦合厌氧生物地球化学微宇宙试验装置，包括厌氧生物地球化学微宇宙系统、生物电极系统、恒温水浴系统；所述生物电极系统为厌氧生物地球化学微宇宙系统内的微生物提供电子供体，恒温水浴系统为厌氧生物地球化学微宇宙系统提供恒温水浴。厌氧生物地球化学微宇宙系统中的探头通过导线与反应装置主体外部的对应的检测仪相连接，多个化学指标通过装置主体外部连接的在线监测仪和计算机进行实时监测；阴极电势通过装置主体外部连接的在线监测仪和计算机进行实时监测。本发明实现微宇宙的快速启动以及混菌和土壤悬浮液体系下对林丹的稳定降解，并且结构可靠、易加工、能耗小、运行稳定。

技术领域

本发明属于属于环境污染修复领域。具体涉及一种新型电化学耦合厌氧生物地球化学微宇宙试验装置及使用方法。

背景技术

厌氧生物地球化学微宇宙是人为地在缺氧条件下按照一定土水比建立的土壤悬浮液体系，通过嵌入多个探头包括DO探头、H₂探头、ORP探头、pH探头并分别与对应的氧化还原检测仪、H₂检测仪、溶解氧检测仪、pH检测仪相连，可实现对系统的DO、H₂、ORP、pH等指标的实时动态监测，是研究土壤生物地球化学循环过程的重要方式。林丹(γ-六氯环己烷)是一类典型的高氯代持久性有机污染物，属于我国规定的一类优先污染物，曾广泛用作农药、除虫剂，对土壤的结构和功能产生严重破坏；具三致效应和遗传毒性。微生物修复被认为是降解土壤中林丹等氯代持久性有机污染物的高效、绿色、环境友好、具有推广潜力的途径；厌氧环境下，微生物介导的林丹脱氯还原降解本质是电子在电子供体和电子受体间转移的过程，与土壤本底的多个还原过程包括Fe还原、S还原、产CH₄过程竞争有限的电子供体，即与土壤铁、硫、碳生物地球化学循环过程协同/竞争发生。但土壤微生物对污染物胁迫的适应性导致厌氧生物地球化学微宇宙存在启动时间长、系统内微生物可利用的电子供体有限等问题。

新兴的生物电化学系统组合微生物降解过程和电化学过程，可加速有机污染物的还原转化，同时也可改善(甚至抵抗)不良环境因子如高温、高碱的影响，近年来逐渐应用于废水硝酸盐、高氯酸盐、偶氮染料等的处理。微生物电解池(Microbial ElectrolysisCell；MEC)是生物电化学系统的体现形式之一，外接恒电势仪通过阴极向体系源源不断地提供电子，加快体系微生物介导的电子转移过程；且阴极不断发生析氢反应，产生许多能被微生物直接利用的电子供体H₂。此外，含氯代持久性污染物的土壤悬浊液经多次厌氧迭代培养形成的混菌培养液具有强氯代污染物降解能力，被认为是研究氯代污染物还原降解过程和土壤本底多个生物地球化学循环过程相关性的优化基质。由此，常规的厌氧生物地球化学微宇宙在技术上的缺陷成为混菌培养液及土壤悬浊液中实现氯代污染物快速降解并探究其与土壤生物地球化学循环过程的瓶颈问题，迫切需要应用电化学系统对厌氧生物地球化学微宇宙进行改造。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种设计合理、结构优化、运行高效的电化学耦合厌氧生物地球化学微宇宙试验装置及使用方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电化学耦合厌氧生物地球化学微宇宙试验装置，包括厌氧生物地球化学微宇宙系统、生物电极系统、恒温水浴系统；所述生物电极系统为厌氧生物地球化学微宇宙系统内的微生物提供电子供体，恒温水浴系统为厌氧生物地球化学微宇宙系统提供恒温水浴。

作为本发明的电化学耦合厌氧生物地球化学微宇宙试验装置的改进：

所述生物电极系统包括由相互平行的生物阳极、生物阴极组成的生物电极，还包括直流电源；