一种有机化学品污染水的微生物电化学处理方法技术

一种有机化学品污染水的微生物电化学处理方法，包括反应器的启动、异丙甲草胺的驯化和降解三步。反应器由有机玻璃外体、碳刷阳极和活性炭空气阴极以及电极固定压板组成；采用培养一年以上成熟的微生物电化学反应器出水和磷酸盐缓冲营养溶液为接种溶液，此时乙酸钠为唯一碳源。异丙甲草胺的驯化是按照10、20、40、80、160、1000、2000、4000、8000μg/L浓度梯度依次每天向更换的营养溶液中加入异丙甲草胺。降解是在驯化完成后，从更换营养溶液中去除乙酸钠。此时8000μg/L的异丙甲草胺为唯一碳源，进入微生物电化学处理异丙甲草胺污染水状态。处理后污染水中异丙甲草胺的降解率高达84％。

【技术实现步骤摘要】
一种有机化学品污染水的微生物电化学处理方法
本专利技术属于有机化学品污染水处理
，具体涉及一种除草剂异丙甲草胺污染水的高效、快速处理方法。
技术介绍
除草剂是保障农产品产量和质量的重要农业生产材料，特别是在中国这样的农业大国。异丙甲草胺是一种氯乙酰胺类除草剂，是中国使用量最大的除草剂之一。大量的施用导致农田土壤异丙甲草胺高残留，然而其在土壤中的半衰期居于38-50天之间。由于异丙甲草胺的溶解度较高(20℃时，488mg/L)导致非常容易下渗至深层土壤和地下水中，在深层土壤和地下水中它的半衰期高至82-141天和200天。3μM的异丙甲草胺就可导致水稻植株细胞壁与细胞膜分离，12μM的浓度即可将细胞完全破坏；对水稻和玉米根系的半抑制浓度分别为5.35-7.33和10.61-18.86μM。所以，提出一种高效的异丙甲草胺污染水处理方法具有较高的现实意义。目前国内对于市政污水的处理技术研究较多，对于农药污染水的处理技术关注度相对低些。现阶段，农药污水通常采用物化法和生化法处理，其中物化法包括吸附、萃取、水解、氧化、膜分离等，生化法主要是借助微生物降解的作用来处理。如果对农药废水进行高效的治理，需要结合废水的具体情况，将物化法和生化法相结合，才能真正达到处理的目的。物化法中的膜处理技术较为常见，然而膜的污染与堵塞是当面面临的重要难题，对膜的更换或者清理明显增加了物化法处理的成本。生化法由于无二次污染、处理成本相对较低逐渐备受关注，然而其较长的处理周期也会增加处理工艺以及维护的成本。因此，提出一种高效、快速处理农药污染水的方法非常紧迫。微生物电化学处理技术是一项基于微生物催化降解同步产电的新型水处理技术，由阳极和阴极组成。在阳极，微生物将有机污染物降解产生电子，电子经外电路传递至阴极表面，在阴极表面电子与电子受体(例如氧气)结合形成水，同步产生电能，同时污染物也可通过从阴极获得电子发生脱氯降解反应等。可见，该技术是一种绿色、安全的水处理技术。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服现有物化、生化处理方法的上述不足，提供一种异丙甲草胺污染水的高效、快速去除的方法。该方法基于微生物电化学系统中的产电微生物，经驯化后在无任何外加碳源的添加下，可将高浓度的异丙甲草胺污染水高效、快速处理，同步产生部分电能。该方法不仅无二次污染，而且易于操作，同时修复成本较低。本专利技术的技术方案一种有机化学品污染水的微生物电化学处理方法，本方法包括反应器的启动、异丙甲草胺的驯化和降解三步。(1)反应器的启动。反应器由有机玻璃外体、碳刷阳极和活性炭空气阴极以及电极固定压板组成。有机玻璃外体为4cm×4cm×4cm的立方体，中腔为直径3cm、长4cm的柱型空腔。碳刷阳极位于中腔内部由导电碳纤维丝和钛丝中芯制成，碳刷阳极直径3cm、长3.5cm。活性炭空气阴极由导电炭黑扩散层、不锈钢网集流体和活性炭催化层组成，导电炭黑扩散层和活性炭催化层分别采用导电炭黑或活性炭与聚四氟乙烯乳液混合改进的辊压方法制成，然后再辊压在不锈钢网集流体的两侧制成活性炭空气阴极，如图1组装反应器。采用培养一年以上成熟的微生物电化学反应器出水和磷酸盐缓冲营养溶液为接种溶液，此微生物电化学反应器以乙酸钠为唯一碳源。每天更换新的接种溶液，直到相邻的最大输出电压基本一致，如图2所示，此时微生物电化学反应器启动完成。活性炭空气阴极的具体辊压方法为：活性炭空气阴极的催化层由1.5g超级电容活性炭、0.16mL聚四氟乙烯乳液和10mL无水乙醇充分混合均匀80℃水浴20min后，在辊压机上千分表3格尺度下辊压至平整光滑后，直接压制千分表0.5格后辊压在不锈钢网的一侧；该活性炭空气阴极的扩散层由1g导电炭黑、1.5mL聚四氟乙烯乳液和20mL无水乙醇混合均匀80℃水浴10min后，在辊压机上千分表3格尺度下辊压至平整有粘性后，直接压制千分表0.8格，然后展开平铺室温蒸发去除催化层中的乙醇，340℃煅烧20分钟后趁热辊压在不锈钢网的另一侧制成。具体接种方法为：取10mL微生物电化学反应器出水，加入20mL磷酸盐缓冲营养溶液，然后加入至安装好的微生物电化学新反应器中，连接1000Ω的外电阻接通电路。磷酸盐缓冲营养溶液由10.317g/L的Na2HPO4·12H2O、3.321g/L的NaH2PO4·2H2O、0.31g/L的NH4Cl、0.13g/L的KCl、12.5mL/L的微量元素溶液、5mL/L的维生素溶液和1.0g/L乙酸钠组成。(2)异丙甲草胺的驯化。微生物电化学反应器启动完成后，按照10、20、40、80、160、1000、2000、4000、8000μg/L浓度梯度依次每天向更换的营养溶液中加入异丙甲草胺。该更换的营养溶液与步骤(1)中的接种溶液相比，去掉了成熟微生物电化学反应器的出水。为了让产电微生物更好的适应高浓度的异丙甲草胺，在4000和8000μg/L异丙甲草胺驯化时，在每一个浓度驯化下分别维持7-8个周期。通过8000μg/L异丙甲草胺的驯化后，微生物电化学反应器的输出电压基本没有降低，如图3所示，此时微生物电化学反应器电极上的微生物驯化完成。(3)异丙甲草胺的降解。在微生物电化学反应器驯化完成后，从更换营养溶液中去除乙酸钠。此时8000μg/L的异丙甲草胺为唯一碳源，进入微生物电化学处理异丙甲草胺污染水状态，每个处理周期为2天。经过微生物电化学处理后，污染水中异丙甲草胺的浓度从8000μg/L降至1299μg/L，降解率高达84％。而同样条件的无微生物电化学处理组降解率仅为42％。重复8个周期的微生物电化学处理发现，异丙甲草胺的降解率平均为82±1％，对照组仅为39±6％，如图4所示，处理效果稳定。同时，微生物电化学反应器在每个处理周期内产生13±4C电能。本专利技术的优点和有益效果：本专利技术基于自主研发的低成本、高性能活性炭空气阴极构建微生物反应器，通过污染物浓度递增梯度驯化后能够快速高效的处理有机化学品污染的废水，同步伴随电能的产生。基于该驯化方法同样可处理更高浓度的异丙甲草胺污染废水，此外也可处理污染物性质类似的一类有机化学品污染废水。该技术构造简单、易于操作，可在温和的常温条件下运行，而且不需要任何额外能源的消耗，具有很好的推广应用前景。附图说明图1是微生物电化学反应器构型图。图中，1是有机玻璃外体，2是柱型中腔，3是导电碳纤维丝，4是钛丝中芯，5是活性炭空气阴极，6是中空的阴极固定压板，7是阳极固定压板。图2是微生物电化学反应器的启动过程输出电压。图3是微生物电化学反应器的驯化过程输出电压。图4是微生物电化学反应器处理异丙甲草胺的效果。具体实施方式实施例1：一种有机化学品污染水的微生物电化学处理方法，本方法包括反应器的启动、异丙甲草胺的驯化和降解三步。(1)反应器的启动。反应器由有机玻璃外体、碳刷阳极和活性炭空气阴极以及电极固定压板组成。有机玻璃外体为4cm×4cm×4cm的立方体，中腔为直径3cm、长4cm的柱型空腔。碳刷阳极位于中腔内部由导电碳纤维丝和钛丝中芯制成，碳刷阳极直径3cm、长3.5cm。活性炭空气阴极由导电炭黑扩散层、不锈钢网集流体和活性炭催化层组成，导电炭黑扩散层和活性炭催化层分别采用导电炭黑或活性炭与聚四氟乙烯乳液混合辊压制成，然后再辊压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机化学品污染水的微生物电化学处理方法，包括反应器的启动、异丙甲草胺的驯化和降解三步；(1)反应器的启动：反应器由有机玻璃外体、碳刷阳极和活性炭空气阴极以及电极固定压板组成；有机玻璃外体为4cm×4cm×4cm的立方体，中腔为直径3cm、长4cm的柱型空腔；碳刷阳极位于中腔内部由导电碳纤维丝和钛丝中芯制成，所述碳刷阳极直径3cm、长3.5cm；活性炭空气阴极由导电炭黑扩散层、不锈钢网集流体和活性炭催化层组成，导电炭黑扩散层和活性炭催化层分别采用导电炭黑或活性炭与聚四氟乙烯乳液混合辊压制而成，然后再辊压在不锈钢网集流体的两侧制成活性炭空气阴极；采用培养一年以上成熟的微生物电化学反应器出水和磷酸盐缓冲营养溶液为接种溶液，此微生物电化学反应器以乙酸钠为唯一碳源；每天更换新的接种溶液，直到相邻的最大输出电压基本一致，此时微生物电化学反应器启动完成；(2)异丙甲草胺的驯化：微生物电化学反应器启动完成后，按照10、20、40、80、160、1000、2000、4000、8000μg/L浓度梯度依次每天向更换的营养溶液中加入异丙甲草胺；该更换的营养溶液与步骤(1)中的接种溶液相比，去掉了成熟微生物电化学反应器的出水；为了让产电微生物更好的适应高浓度的异丙甲草胺，在4000和8000μg/L异丙甲草胺驯化时，在每一个浓度驯化下分别维持7‑8个周期；通过8000μg/L异丙甲草胺的驯化后，微生物电化学反应器的输出电压基本没有降低，此时微生物电化学反应器电极上的微生物驯化完成；(3)异丙甲草胺的降解：在微生物电化学反应器驯化完成后，从更换营养溶液中去除乙酸钠；此时8000μg/L的异丙甲草胺为唯一碳源，进入微生物电化学处理异丙甲草胺污染水状态，每个处理周期为2天。...

【技术特征摘要】
1.一种有机化学品污染水的微生物电化学处理方法，包括反应器的启动、异丙甲草胺的驯化和降解三步；(1)反应器的启动：反应器由有机玻璃外体、碳刷阳极和活性炭空气阴极以及电极固定压板组成；有机玻璃外体为4cm×4cm×4cm的立方体，中腔为直径3cm、长4cm的柱型空腔；碳刷阳极位于中腔内部由导电碳纤维丝和钛丝中芯制成，所述碳刷阳极直径3cm、长3.5cm；活性炭空气阴极由导电炭黑扩散层、不锈钢网集流体和活性炭催化层组成，导电炭黑扩散层和活性炭催化层分别采用导电炭黑或活性炭与聚四氟乙烯乳液混合辊压制而成，然后再辊压在不锈钢网集流体的两侧制成活性炭空气阴极；采用培养一年以上成熟的微生物电化学反应器出水和磷酸盐缓冲营养溶液为接种溶液，此微生物电化学反应器以乙酸钠为唯一碳源；每天更换新的接种溶液，直到相邻的最大输出电压基本一致，此时微生物电化学反应器启动完成；(2)异丙甲草胺的驯化：微生物电化学反应器启动完成后，按照10、20、40、80、160、1000、2000、4000、8000μg/L浓度梯度依次每天向更换的营养溶液中加入异丙甲草胺；该更换的营养溶液与步骤(1)中的接种溶液相比，去掉了成熟微生物电化学反应器的出水；为了让产电微生物更好的适应高浓度的异丙甲草胺，在4000和8000μg/L异丙甲草胺驯化时，在每一个浓度驯化下分别维持7-8个周期；通过8000μg/L异丙甲草胺的驯化后，微生物电化学反应器的输出电压基本没有降低，此时微生物电化学反应器电极上的微生物驯化完成；(3)异丙甲草胺的降解：在微生物电化学反应器驯化完成后，从更换营养溶液中去除乙酸钠；此时8000μg/L的异丙甲草胺为唯一碳源，进入微生物电化学处理异丙甲草胺污染水状态，每个处理周期为2天。2.根据权利要求1所述的有机化学品污染水的微生物电化学处理方法，其特征在于，步骤(1)所述的活性炭空气阴极的具体辊压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓晶，李永涛，张晓林，李月，赵倩，翁莉萍，
申请(专利权)人：农业部环境保护科研监测所，
类型：发明
国别省市：天津,12