[发明专利]一种微生物燃料电池降解布洛芬的方法

说明书

本发明涉及一种微生物燃料电池降解布洛芬的方法，所述微生物燃料电池包括阳极室和阴极室，所述阳极室和所述阴极室通过阳极电极和阴极电极相连；所述阳极室和所述阴极室之间设置质子交换膜，所述阳极室设有阳极电解液和底物，所述底物为活性污泥和废弃蘑菇基质的混合物，所述阴极室设有阴极电解液；向所述微生物燃料电池加入含布洛芬的废水，以所述底物启动所述微生物燃料电池，对废水中的布洛芬进行降解。该方法以废弃蘑菇基质作为微生物燃料电池底物，无需额外时间对阳极微生物进行驯化，微生物燃料电池即可有效地去除污染物，操作简单，易于推广，具有较好的运用前景。

技术领域

本发明涉及环境工程建设领域，尤其是一种微生物燃料电池降解布洛芬的方法。

背景技术

药品和个人护理产品(PPCPs)作为新兴的污染物，由于其产生潜在的生态与健康风险而受到广泛关注。在世界各地不同的水生环境中已鉴定出40多种PPCPs，浓度为ng-μg/L。在制药废水中，PPCPs浓度甚至达到mg/L。

最近的研究表明，一些PPCPs能够抵抗废水的生物处理和传统的饮用水处理，包括混凝、沉淀和过滤。这些化合物中的一些组分也对紫外线光解、活性炭吸附等具有抵抗性。因此，去除PPCPs的技术难度大，研究水中PPCPs有效去除的方法具有一定的迫切性。

布洛芬作为一种非甾体抗炎药，广泛应用于高烧、炎症和风湿病等疾病的治疗，是世界上消耗最多的PPCPs之一。传统的污水处理工艺无法有效的去除水中布洛芬，河流和湖泊等地表水体中布洛芬检出浓度越来越高。

专利申请CN114455671A公开了一种药物废水的高值化处理方法，包括如下步骤：(1)配制阳极电解液加入至阳极储液槽中于光照条件下进行光诱导反应，所述阳极电解液包括三价铁盐、第一酸、药物废水；(2)配制阴极电解液加入至阴极储液槽，所述阴极电解液包括五价钒盐、第二酸；(3)利用泵将阳极电解液和阴极电解液分别输送至电池的阳极板和阴极板流场中进行电化学反应。该方法采用三价铁盐为氧化剂构建液流燃料电池系统，同时阴极采用五价钒盐，主要利用化学反应能耦合发电，其降解路径单一，降解效果有限。而且，该方法对头孢类药物降解作用明显，但是对非甾体类的布洛芬降解效果非常有限。

专利申请CN107500405A公开了一种去除布洛芬的序批式厌氧颗粒污泥的方法，采用序批式厌氧颗粒污泥反应器AnGS-SBR驯化和培养厌氧颗粒污泥，反应器由进水系统、加热系统、搅拌系统、出水系统和时间控制系统组成，运行模式包括进水-厌氧搅拌-沉淀-排水环节，反应器高径比为5～10:1，分别在反应器80％，65％和50％三处设置出水口，出水口位置根据反应器的运行效果进行调整。该方法需要对微生物进行驯化、培养，操作比较繁琐。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的布洛芬处理困难，提供一种微生物燃料电池降解布洛芬的方法，该方法以废弃蘑菇基质(SMS)为底物进行产电，不仅可以减少SMS所带来的环境问题，而且可以显著增强微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)中微生物对污染物的抗性，并强化MFC对布洛芬的去除效果。

微生物燃料电池通过阳极微生物代谢，将污染物蕴含的化学能转化为电能。然而，顽固性污染物可破坏MFC阳极生物膜并抑制细菌活性，严重影响污染物降解。

本发明以SMS作为微生物燃料电池启动的底物，无需对微生物进行驯化即可启动电池，并高效地去除布洛芬。

废弃蘑菇基质是食用菌产业的副产品，即用于蘑菇生长的基土。1吨蘑菇的生产往往伴随着5吨SMS的产出，全球SMS产量高达3000万吨/年。SMS含有大量的有机物质，如木质纤维素、蛋白质、真菌菌丝及其代谢物。大量的SMS如果不能及时进行无害处理，它会积累并腐烂，增加有害微生物污染的风险，造成巨大的环境负担。例如，在欧洲，SMS处理费用甚至达到1.5亿欧元/年。在农村，SMS典型的处理方法要么燃烧，要么则在生产地点附近的土壤上填埋，对环境和人类健康产生不利影响。