申请日2016.03.17
公开(公告)日2016.05.11
IPC分类号C02F3/34; H01M8/16; C02F101/34
摘要
一种处理有毒有机废水的生物电化学系统功能菌驯化方法，建立常规微生物燃料电池，采用单电极室结构，碳布电极分别置于电极室两侧，以葡萄糖和氧气作为电子供体和受体，以苯酚溶液作为有毒物质;配制1000mg/L的葡萄糖营养液和100mg/L的苯酚溶液，两种溶液按照体积比投加到微生物燃料电池电极室中并循序渐进提高有毒污染物在待处理液中的含量，避免产能功能菌生物氧化活性完全抑制;最后通过电压输出和功能菌扫描电镜形态鉴定分析。本发明的优点是：该方法采用生物电化学系统处理有毒废水方法，可提高生物电化学系统处理有毒废水适应性和处理效率，缩短研究周期，提高了生物电化学系统处理废水的适应性。
权利要求书
1.一种处理有毒有机废水的生物电化学系统功能菌驯化方法，其特征在于步骤如下：
1)建立常规微生物燃料电池，采用单电极室结构，碳布电极分别置于电极室两侧，以葡萄糖和氧气作为电子供体和受体，以苯酚溶液作为有毒物质;
2)配制1000mg/L的葡萄糖营养液和100mg/L的苯酚溶液，后续步骤中，两种溶液按照体积比投加到微生物燃料电池电极室中并循序渐进提高有毒污染物在待处理液中的含量，避免产能功能菌生物氧化活性完全抑制;
3)运行稳定微生物燃料电池，电极液在初始阶段，保持100%葡萄糖营养液;
4)待输出电压稳定后，电极液成分改为20%苯酚和80%葡萄糖营养液;
5)待输出电压稳定后，电极液成分改为50%苯酚和50%葡萄糖营养液;
6)待输出电压稳定后，电极液成分改为80%苯酚和20%葡萄糖营养液;
7)待输出电压稳定后，电极液成分改为100%苯酚溶液;
8)通过电压输出和功能菌扫描电镜形态鉴定分析，电极液成分为80%苯酚和20%葡萄糖营养液时，阳极功能菌没有受到有毒有机污染物明显抑制。
说明书
一种处理有毒有机废水的生物电化学系统功能菌驯化方法
技术领域
本发明涉及有毒废水能源化处理领域，特别是一种处理有毒有机废水的生物电化学系统功能菌驯化方法。
背景技术
科技进步推动工业发展，创造效益满足物质需求的同时，使越来越多的有机污染物进入环境，其中包括种类多样的新型和有毒污染物，这些污染物经过长期积累达到一定水平，会使环境生物受到毒害，潜在危害无法全部估量。以活性污泥法为代表的传统废水处理技术耗费大量能源和水处理药剂，在处理有毒废水方面存在一定局限。
生物电化学系统是近年来广受关注废水能源化处理技术，是以微生物作为生物催化剂降解废水中有机污染物，同时将有机污染物中的化学能转变成电能，完成废水能源化处理。该技术不需要外部能源和水处理药剂输入，在资源循环利用和水处理领域逐渐受到人们的重视，有望弥补传统废水处理技术的不足。生物电化学系统研究进展很快，发展出多种类型。其反应系统设计和构型多种多样，基本原理是一致的。以常规的微生物燃料电池为例，其构型设计通常由阴极室和阳极室构成，电极室内盛有电极液，并分别放置阴极和阳极，阳极上附有产能功能菌，反应系统通过外电路与用电器相连，构成回路。阳极室通常作为废水有机污染物降解场所，有机污染物经生物氧化产生电子和质子，质子经阳极进入外电路，通过用电器到达阴极，质子经过质子交换膜进入阴极室，电子、质子和电子受体在阴极完成还原反应。在此过程中，电子的转移将能量输送给用电器。以此技术为基础的衍生技术，可以应用到广阔的领域。
产能功能菌在此过程中起到关键作用，产能功能菌在生物电化学系统中利用自身的代谢过程完成有机污染物的分解，这一代谢过程同时受到微生物生存环境的影响，既有研究表明产能功能菌能够较好完成生活污水等有机废水处理并回收能量，而对于含有生物抑制效应的有毒废水，功能菌的代谢产能作用将受到抑制，进而影响有毒污染物的分解和产能，使生物电化学系统崩溃。有机污染物在生物电化学系统内生物氧化降解，而生物氧化还原活性中心又包埋于氧化还原蛋白质内，降低了氧化还原活性，阻碍了有机污染物降解效率的提升。
研究显示，微生物电化学系统可以用于有毒废水能源化处理，需要克服的主要限制性因素是有毒物质对生物氧化的抑制作用，这要求实现生物电化学系统产能功能菌对有毒废水的驯化。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种处理有毒有机废水的生物电化学系统功能菌驯化方法，该方法可以实现有毒污染物降解，并回收能源，避免能耗的水处理药剂的使用。。
本发明的技术方案：
一种处理有毒有机废水的生物电化学系统功能菌驯化方法，步骤如下：
1)建立常规微生物燃料电池，采用单电极室结构，碳布电极分别置于电极室两侧，以葡萄糖和氧气作为电子供体和受体，以苯酚溶液作为有毒物质;
2)配制1000mg/L的葡萄糖营养液和100mg/L的苯酚溶液，后续步骤中，两种溶液按照体积比投加到微生物燃料电池电极室中并循序渐进提高有毒污染物在待处理液中的含量，避免产能功能菌生物氧化活性完全抑制;
3)运行稳定微生物燃料电池，电极液在初始阶段，保持100%葡萄糖营养液;
4)待输出电压稳定后，电极液成分改为20%苯酚和80%葡萄糖营养液;
5)待输出电压稳定后，电极液成分改为50%苯酚和50%葡萄糖营养液;
6)待输出电压稳定后，电极液成分改为80%苯酚和20%葡萄糖营养液;
7)待输出电压稳定后，电极液成分改为100%苯酚溶液;
8)通过电压输出和功能菌扫描电镜形态鉴定分析，电极液成分为80%苯酚和20%葡萄糖营养液时，阳极功能菌没有受到有毒有机污染物明显抑制。
本发明的有益效果是：
该方法采用生物电化学系统处理有毒废水方法，可提高生物电化学系统处理有毒废水适应性和处理效率，缩短研究周期，可以定向驯化出能够降解含有特定有毒有机污染物废水的功能菌;避免有毒物质对产能功能菌生物代谢作用抑制;将有毒有机废水能源化处理，提高了生物电化学系统处理废水的适应性。
