[发明专利]一种基于微生物电化学原理强化污染物降解的调控方法

说明书

本发明公开一种基于微生物电化学原理强化有机污染物降解的电化学调控方法。基于微生物电化学原理，提出了一种水处理过程中强化污染物去除过程,提高去除速率的调控方法。通过梯级降低外阻、外加电压、或恒电位驯化系统菌群，不断调控电化学参数在电极间获得较高的电流密度，强化胞外电子传递的过程，进而调节外部条件(外电阻、电压或电极电位)使系统在接近最大稳定电流状态下运行，从而提高污染物的降解速率，强化污染物去除，使得大部分COD在微生物电化学系统中被微生物代谢矿化，从而降低对后续水处理工艺的负荷，降低运行成本。

技术领域

本发明属于环境保护与资源综合水污染防治领域，涉及一种基于微生物电化学原理强化污染物降解的调控方法。

背景技术

微生物电化学系统(Microbial Electrochemical System,MES)是一种能利用微生物的催化作用将有机污染物中的化学能转化为电能的装置，作为电化学和微生物学结合的典型系统，其具有运行成本低及同步实现污水能源化等优势，被认为是潜在的新型水处理技术。微生物电化学系统包括原电池型微生物电化学系统即微生物燃料电池(Microbialfuel cell，MFC)和电解池型微生物电化学系统即微生物电解池(Microbial electrolysiscell，MEC)。在MFC系统中，无需外加电能，但需要外加电阻形成回路，利用微生物催化用作自发降解有机物同时产生电子和质子。电子到达阳极后通过外电路负载到达阴极与电子受体结合，质子和溶液中其他离子通过定向移动完成电池内的电流传递，产生电流，实现化学能向电能的转化；而在MEC系统中，需要在阴阳极两端外加电压，以外部输入的电能为驱动，利用微生物催化作用降解废水中的有机物同时来产生电子和质子。电子到达阳极后通过在外电路电源提供的电势差作用下到达阴极与电子受体结合，质子和溶液中其他离子通过定向移动完成电池内的电流传递，产生电流。目前，如何在降低成本的基础上实现该技术的扩大化、应用化是研究领域关注的热点。在大多数MES系统研究中，最大(体积)功率密度已被作为评估系统效能的主要因素，然而着眼于该技术的产能效能只是该技术优势的一个方面。微生物电化学系统的另一优势在与在一定的电化学作用下能够刺激电极生物膜的代谢，从而提高污染物降解的速率。基于此原理，本专利提出了一种基于微生物电化学原理的强化有机污染物降解的污水处理新工艺新方法。

在有机物降解过程中，微生物组成和代谢是影响系统效能的核心，多以生物膜的形式存在并发挥作用。而电化学因素作为一种相对可调控的参数，目前已作为调控微生物代谢过程的手段。在MES系统中，通过电化学调控方法，可强化有机物的去除，建立高效的调控机制。启动阶段电流密度的逐步提高，使反应器不断地适应高电流密度。实际上，较小的电阻使MES菌群参与电极氧化过程所获得的潜在能量高于通过底物水平磷酸化(发酵)过程所能够获得的能量，而外电压或恒电极电位的作用会提高胞外电子传递菌群所获得能量的大小，从而加速胞外电子传递功能菌群成为优势菌群。电极菌群的催化作用，MES反应器运行处于最大化电流密度的工作模式，均有利于提高总体COD降解速率。污染物去除速率的提高能够降低污水停留时间，减少反应器构筑成本和后处理的运行成本，从而为MES系统提供更为有利的运行模式。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种基于微生物电化学原理强化污染物降解的调控方法。

本发明的技术方案是一种基于微生物电化学原理强化污染物降解的调控方法，包括如下步骤：

1)微生物电化学强化水处理系统的组成；

2)电极的电化学功能菌群富集：通过梯级降低外阻、外加电压、或恒电位驯化系统菌群，不断调控电化学参数在电极间获得较高的电流密度，强化胞外电子传递的过程，进而调节外部条件-外电阻、电压或电极电位,使系统在接近最大稳定电流状态下运行；

3)调控电流密度强化有机物降解。

所述步骤1)微生物电化学强化水处理系统，包括反应器、阳极和阴极；