利用微生物電解池去除底泥中多氯聯苯的裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于土壤修復技術領域，公開了一種利用微生物電解池去除底泥中多氯聯苯的裝置及方法。通過構建微生物電解池，向陽極室接種混合電化學活性菌和高氯酸鹽馴化菌，并加入被多氯聯苯污染的土壤，其余部分補充營養液，構成水相-底泥的陽極室，通過電化學工作站控制陽極電位保持恒定，可促進混合電化學活性菌和高氯酸鹽馴化菌的生長繁殖，能大幅度提升脫氯效率并產生持續的生物電流。通過本發明專利技術的裝置及方法可對受污染的土壤實現自然修復和毒性削減，具有良好的環保效益。

【技術實現步驟摘要】
利用微生物電解池去除底泥中多氯聯苯的裝置及方法
本專利技術屬于土壤修復
，具體涉及一種利用微生物電解池去除底泥中多氯聯苯的裝置及方法。
技術介紹
多氯聯苯由于其熱力學穩定性、化學惰性、不易燃性、高電導率等優良的理化性質而被大量應用在工業生產領域中，20世紀60年代中期，全世界多氯聯苯年產量約為10萬噸，自20世紀70年代開始，我國的多氯聯苯年產量接近萬噸。作為一種典型持久性有機污染物，多氯聯苯的潛在毒性和結構穩定性給人體健康和自然環境帶來了嚴重危害，因此尋求一種有效修復受污染土壤的方法迫在眉睫。目前針對多氯聯苯的去除方法包括傳統降解方法和新興降解技術，傳統降解方法有封存填埋法，高溫焚燒法；新興降解技術有超臨界水氧化法、溶解電子技術、化學還原法、光化學降解法和微生物降解法。多氯聯苯去除方法的選擇主要取決于其負載形態、種類以及濃度值，其中微生物降解法較其他幾類方法而言，有著成本低廉，操作簡便，無二次污染，具備原位修復意義等優勢，同時降解速率緩慢，需要輔助手段提高多氯聯苯可生化性也是微生物降解法的缺點所在。近年來，微生物燃料電池技術在廢水處理，脫鹽，制備生物傳感設備中的應用日趨成熟，衍生的底泥-微生物燃料電池技術促進復雜有機物諸如苯酚、菲、石油的自然修復也逐漸得到重視。因此在節約操作成本，避免二次污染的前提下，我們利用微生物電解池的方式，來強化污染土壤中多氯聯苯的還原轉換和氧化去除，為多氯聯苯的原位修復技術提供了新的思路。
技術實現思路
為了解決現有技術的缺點和不足之處，本專利技術的首要目的在于提供一種利用微生物電解池去除底泥中多氯聯苯的裝置。本專利技術的另一目的在于提供一種利用上述裝置去除底泥中多氯聯苯的方法。本專利技術目的通過以下技術方案實現：一種利用微生物電解池去除底泥中多氯聯苯的裝置，由雙室微生物電解池和多通道電化學工作站組成，雙室微生物電解池包括陽極室和陰極室，陽極室和陰極室通過陽離子交換膜分隔開，陽極室設置陽極電極和參比電極，陰極室設置陰極電極，陽極電極、陰極電極和參比電極連通多通道電化學工作站，工作站可控制陽極室的電位保持恒定(相對參比電極)。所述的參比電極為飽和甘汞電極，所述的陽極電極和陰極電極的材料優選碳紙、石墨氈、碳布；陽極更優選經過預處理的碳紙，所述的預處理方法為用去離子水將碳紙沖洗烘干后，置于乙醇中常溫下浸泡24h，隨后在100℃下熱處理12h；經熱處理后的碳紙放在堿液與乙醇的混合液中浸泡24h，最后用去離子水漂洗并烘干；陰極更優選經過預處理的石墨氈，所述的預處理方法為將石墨氈浸泡在質量分數為10％的雙氧水中，90℃下水煮2h，去離子水沖洗后并于去離子水中水煮2h，取出烘干。所用的多通道電化學工作站為多通道恒電位儀。一種利用上述裝置去除底泥中多氯聯苯的方法，包括以下操作步驟：向陽極室接種經過馴化的混合電化學活性菌，加入乙酸鈉作為電子供體，用pH為7.0的磷酸鹽緩沖溶液與培養液的混合液加滿陽極室剩余部分及陰極室，觀測到混合電化學活性菌能持續產電，即穩定掛膜后，倒掉陽極室中的液體，接種高氯酸鹽馴化菌，再加入含有多氯聯苯的底泥；陽極室剩余容積及陰極室均補滿高氯酸鹽馴化基礎培養液，且基礎培養液經曝氮氣處理除去其中的溶解氧；利用多通道恒電位儀連通雙室微生物電解池的三電極，設定陽極電位為+0.2V(相對于參比電極)，正式運行后定期補充乙酸鈉，完成對底泥中多氯聯苯的去除。所述乙酸鈉在陽極室的濃度優選為10mM。所述的混合電化學活性菌為好氧活性污泥在雙室微生物電解池中，在施加電位刺激并保持陽極室內濃度為10mM的乙酸鈉作為電子供體的情況下馴化得到；所述高氯酸鹽馴化菌為厭氧活性污泥，在以硫粉作為電子供體，提高底物高氯酸鹽的濃度的情況下，進行逐級馴化后得到。所述pH為7.0的磷酸鹽緩沖液與營養液的混合液的成分包括22.2g/LNa2HPO4·12H2O、5.92g/LNaH2PO4·2H2O、5.88g/LNaCl、1.0g/LNaHCO3、0.10g/LFeSO4、0.10g/LKCl、0.015g/LCaCl2、0.25g/LNH4Cl、10mL/L礦物質溶液和10mL/L維他命溶液。所述高氯酸鹽馴化基礎培養液的成分包括0.41g/LNH4HCO3，0.25g/LK2HPO4，2.70g/LNaHCO3，0.005g/LCa(OH)2，10mL/L維他命溶液和10mL/L礦物質溶液。所述礦物質溶液成分包括1.5g/LC6H6NO6·3Na·12H2O、0.13g/LZnCl2、3.0g/LMgSO4、0.01g/LCuSO4·5H2O、0.5g/LMnSO4·H2O、0.01g/LAlK(SO4)2·12H2O、1.0g/LNaCl、0.01g/LH3BO3、0.1g/LFeSO4·7H2O、0.025g/LNa2MoO4、0.1g/LCaCl2·2H2O、0.024g/LNiCl2·6H2O、0.1g/LCoCl2·6H2O和0.025g/LNa2WO4·2H2O。所述的維他命溶液成分包括2.0mg/L生物素，2.0mg/L葉酸，10.0mg/L維生素B6，5.0mg/L硫胺素，5.0mg/L核黃素，5.0mg/L煙酸，5.0mg/L泛酸鈣，0.1mg/L維生素B12,5.0mg/L對氨基甲苯酸和5.0mg/L硫辛酸。本專利技術的原理為：構建具有陽極室和陰極室的微生物電解池，陽極室為水相-底泥(包含電極)體系。利用電化學工作站控制陽極室的電位值恒定在+0.2V，可促進碳紙電極表面電化學活性菌的生長并產生生物電流，補充的乙酸鈉充當電子供體可維持特異性脫鹵菌對多氯聯苯的脫鹵呼吸，同時電化學活性菌和特異性脫鹵菌之間存在相互協同作用，可進一步促進電子轉移進而實現多氯聯苯的還原脫氯過程，且兩類菌屬能利用負載底泥中豐富的有機質滿足自身生長。陽極電極的材料優選經過預處理的碳紙，碳紙具有較高的比表面積、良好的生物相容性及合理的價格，且不會吸附負載多氯聯苯的土壤顆粒，將碳紙進行預處理有利于提高其穩定性、導電性及生物相容性。通過本專利技術的方法及裝置具有如下優點及有益效果：(1)本專利技術采用微生物電解池來實現底泥中多氯聯苯的還原去除，一方面可以大幅度實現污染修復、毒性削減，另一方面可以避免傳統技術帶來的二次污染的問題和新興技術帶來的成本高昂，操作難度大的問題。(2)本專利技術采用的混合電化學活性菌和高氯酸鹽馴化菌為特定條件下，用特定營養液進行馴化培養，具有高效產電能力和高效脫鹵能力；(3)本專利技術的裝置及方法除應用在多氯聯苯的還原去除上，還可以用于其他鹵代有機物的例如氯苯、多溴聯苯醚等的污染修復上；(4)本專利技術所用底泥可取自典型電子垃圾拆解場附近河溝，經檢測其中含有大量高濃度氯代復雜有機物，包括多氯聯苯，因此本專利技術的方法與裝置可以應用在實際污染土壤的原位修復中。附圖說明圖1是實施例1的一種利用微生物燃料電池同時降解苯酚及氨氮的裝置結構示意圖，圖中標記說明如下：1-陽極室，2-陰極室，3-陽離子交換膜，4-電化學工作站，5-陽極加液口，6-陽極電極，7-參比電極，8-陰極加液口，9-陰極電極，10-外電路；圖2為實施例1～2和對比實施例1～3中多氯聯苯(2,3,4,5-四氯聯苯，PCB61)濃度隨時間的變化曲線；圖3為實施例1～2和對本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用微生物電解池去除底泥中多氯聯苯的裝置，其特征在于：所述裝置由雙室微生物電解池和多通道電化學工作站組成，所述雙室微生物電解池包括陽極室和陰極室，陽極室和陰極室通過陽離子交換膜分隔開，陽極室設置陽極電極和參比電極，陰極室設置陰極電極；陽極電極、陰極電極和參比電極連通多通道電化學工作站，工作站控制陽極室的電位保持恒定。

【技術特征摘要】
1.一種利用微生物電解池裝置去除底泥中多氯聯苯的方法，其特征在于：所述裝置由雙室微生物電解池和多通道恒電位儀組成，所述雙室微生物電解池包括陽極室和陰極室，陽極室和陰極室通過陽離子交換膜分隔開，陽極室設置陽極電極和參比電極，陰極室設置陰極電極；陽極電極、陰極電極和參比電極連通多通道恒電位儀，多通道恒電位儀控制陽極室的電位保持恒定；所述方法包括以下操作步驟：向陽極室接種經過馴化的混合電化學活性菌，加入乙酸鈉作為電子供體，用pH為7.0的磷酸鹽緩沖溶液與培養液的混合液加滿陽極室剩余部分及陰極室，觀測到混合電化學活性菌能持續產電，即穩定掛膜后，倒掉陽極室中的液體，接種高氯酸鹽馴化菌，再加入含有多氯聯苯的底泥；陽極室剩余容積及陰極室均補滿高氯酸鹽馴化基礎培養液，且基礎培養液經曝氮氣處理除去其中的溶解氧；利用多通道恒電位儀連通雙室微生物電解池的三個電極，設定陽極電位為+0.2V，正式運行后定期補充乙酸鈉，完成對底泥中多氯聯苯的去除。2.根據權利要求1所述的一種利用微生物電解池裝置去除底泥中多氯聯苯的方法，其特征在于：所述的參比電極為飽和甘汞電極，所述的陽極電極和陰極電極的材料為碳紙、石墨氈或碳布。3.根據權利要求2所述的一種利用微生物電解池裝置去除底泥中多氯聯苯的方法，其特征在于：所述陽極電極的材料為經過預處理的碳紙，所述的預處理方法為用去離子水將碳紙沖洗烘干后，置于乙醇中常溫下浸泡24h，隨后在100℃下熱處理12h，經熱處理后的碳紙放在堿液與乙醇的混合液中浸泡24h，最后用去離子水漂洗并烘干；所述陰極電極的材料為經過預處理的石墨氈，所述的預處理方法為將石墨氈浸泡在質量分數為10％的雙氧水中，90℃下水煮2h，去離子水沖洗后并于去離子水中水煮2h，取出烘干。4.根據權利要求1所述的一種利用微生物電解池裝置去除底泥中多氯聯苯的方法，其特征在于：所述乙酸鈉在陽極室的濃度為10mM。5.根據權利要求1所述的一種利用微生物電解池裝置去除底泥中多氯聯苯的方法，其特征在于：所述的混合電化...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮春華，余輝，劉小平，楊曉雙，李晨晨，韋朝海，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44