一種電刺激促進(jìn)揮發(fā)性氯代烴生物還原分解的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及促進(jìn)揮發(fā)性氯代烴(VCHs)還原分解的方法。
技術(shù)背景
[0002]揮發(fā)性氯代烴(VCHs)是一類危害性極強(qiáng)的難降解有機(jī)污染物，具有易揮發(fā)、高毒性、高密度、高溶解性等特征，存在致畸致癌致突變的風(fēng)險(xiǎn)，長(zhǎng)期存在于環(huán)境中能夠不斷積累并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成嚴(yán)重危害。隨著揮發(fā)性氯代脂肪烴在制革、干洗、農(nóng)藥等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致該類污染物在土壤和地下水中的檢出率極高，目前很多類型VCHs被中國(guó)和美國(guó)環(huán)保局列為優(yōu)先控制污染物黑名單。
[0003]2012年許淑媛的碩士論文《不同材料負(fù)載納米零價(jià)鐵去除水/ 土中揮發(fā)性氯代烴的實(shí)驗(yàn)研究》公開了一種以無機(jī)改性土負(fù)載納米鐵去除揮發(fā)性氯代烴(VCHs)的方法，結(jié)果表時(shí)，在水溶液中，無機(jī)改性土負(fù)載納米鐵對(duì)揮發(fā)性氯代烴(VCHs)的去除效力最高，可以在6小時(shí)內(nèi)將濃度為10mg/L的三氯乙烯(TCE)和I, 2- 二氯乙烷(I, 2-DCA)降解76.27%和44.38%。然而此種方法很難完全降解氯代烴，且應(yīng)用易受到納米鐵制備過程復(fù)雜、成本高及還原過程容易形成氧化鐵造成反應(yīng)難以持續(xù)進(jìn)行等限制。微生物分解方法，如微生物厭氧還原脫氯過程，利用微生物自身呼吸代謝降解氯代烴，成本低、綠色環(huán)保，然而由于厭氧微生物(還原脫氯菌)代謝速率慢，導(dǎo)致氯代烴分解速率低下、分解不完全、且易產(chǎn)生有毒有害中間產(chǎn)物，因此大大限制了生物還原在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有揮發(fā)性氯代脂肪烴的厭氧生物還原方法降解速度慢、分解不完全、易產(chǎn)生有毒有害中間產(chǎn)物的技術(shù)問題，而提供一種電刺激促進(jìn)揮發(fā)性氯代烴厭氧生物還原分解的方法。
[0005]本發(fā)明的一種電刺激促進(jìn)揮發(fā)性氯代烴生物還原分解的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0006]—、培養(yǎng)基的配制:按50mL蒸餾水加入10?15mL活性污泥的比例，將蒸餾水與活性污泥加入到玻璃瓶中，吹氮?dú)?5?20min后，密封，以保持瓶?jī)?nèi)厭氧，得到培養(yǎng)基；
[0007]二、功能菌群的富集、強(qiáng)化:將乙酸鈉溶液和揮發(fā)性氯代脂肪烴加入到培養(yǎng)基中，將培養(yǎng)基置于30°C恒溫培養(yǎng)箱中，每隔3?5天測(cè)定揮發(fā)性氯代脂肪烴的降解情況；當(dāng)揮發(fā)性氯代脂肪烴含量降至初始濃度的50%以下，再次加入乙酸鈉溶液和揮發(fā)性氯代脂肪烴，乙酸鈉溶液和揮發(fā)性氯代脂肪烴的加入量與第一次的加入量相同，當(dāng)揮發(fā)性氯代脂肪烴含量再次降至初始濃度的50%以下，再一次加入乙酸鈉溶液和揮發(fā)性氯代脂肪烴，加入量與第一次的加入量相同，當(dāng)揮發(fā)性氯代脂肪烴降至初始加入量的20%以下，完成功能菌群的富集、強(qiáng)化，得到富集菌液；
[0008]三、配置厭氧培養(yǎng)液；
[0009]四、純化富集菌液:將步驟三得到的厭氧培養(yǎng)液加入玻璃瓶中，曝氮?dú)?5?20min后密封，再于溫度為120?125°C、壓力為10kPa?IlOkPa的滅菌鍋滅菌30?40min，得到厭氧培養(yǎng)基；將步驟二得到的富集菌液接種到厭氧培養(yǎng)基中，再加入揮發(fā)性氯代脂肪烴；將厭氧培養(yǎng)基置于30?32°C恒溫培養(yǎng)箱中，每隔I?2天測(cè)定揮發(fā)性氯代脂肪烴的降解情況，當(dāng)揮發(fā)性氯代脂肪烴降到初始量的50%以下，再次加入揮發(fā)性氯代脂肪烴，按此規(guī)律重復(fù)加入揮發(fā)性氯代脂肪烴2?3次后，得到第一代培養(yǎng)基；將第一代培養(yǎng)基轉(zhuǎn)接5?6代后，獲得純化的富集菌液；
[0010]五、生物電化學(xué)系統(tǒng)反應(yīng)器的搭建和啟動(dòng):該生物電化學(xué)系統(tǒng)反應(yīng)器由陽極室(I)、陰極室(2)、陽離子交換膜(3)、兩支碳刷電極(4)和飽和甘汞電極(5)組成，其中陽極室(I)與陰極室(2)以陽離子交換膜分隔(3)，兩支碳刷電極(4)分別置于陽極室(I)和陰極室⑵內(nèi)，并與外電路連通，飽和甘汞電極(5)插入陰極室⑵內(nèi)；將100?120mM的亞鐵氰化鉀溶液加入到陽極室內(nèi)，曝氮?dú)?5?20分鐘，按純化的富集菌液與厭氧培養(yǎng)液的體積比為1:(20?40)將步驟三制備的厭氧培養(yǎng)液和步驟四得到的純化的富集菌液加入到陰極室⑵內(nèi)，同向陰極室⑵內(nèi)加入乙酸鈉溶液和揮發(fā)性氯代脂肪烴，通過直流電源向陰、陽兩極施加電壓，當(dāng)檢測(cè)到揮發(fā)性氯代脂肪烴濃度降至初始加入量的20%以下，再重復(fù)向陰極室內(nèi)加入乙酸鈉溶液和揮發(fā)性氯代脂肪烴的操作5?6次，獲得啟動(dòng)成功的具有揮發(fā)性氯代脂肪烴還原能力的生物電化學(xué)反應(yīng)器系統(tǒng)；
[0011]六、生物電化學(xué)系統(tǒng)反應(yīng)器的運(yùn)行:將乙酸鈉溶液和含有揮發(fā)性氯代脂肪烴的污染物加入到步驟五啟動(dòng)成功的生物電化學(xué)反應(yīng)器的陰極室內(nèi)，通過直流電源向陰、陽兩極施加電壓，15?25小時(shí)后，完成揮發(fā)性氯代烴生物的還原分解。
[0012]本發(fā)明是一種利用生物電化學(xué)系統(tǒng)(BES)通過外加電壓刺激促進(jìn)微生物還原揮發(fā)性氯代烴的生物學(xué)方法，揮發(fā)性氯代烴包括四氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCE)及1，2-二氯乙烷(1，2-DCA)。本發(fā)明在生物還原方法的基礎(chǔ)上，通過輸入很小的外加電場(chǎng)，為微生物提供額外還原力，刺激微生物的胞外電子傳遞效率，來達(dá)到強(qiáng)化微生物還原揮發(fā)性鹵代脂肪烴的目的。本發(fā)明采用厭氧還原脫氯菌群-陰極催化系統(tǒng)促進(jìn)揮發(fā)性氯代脂肪烴的還原分解，通過外加電場(chǎng)完成生物電化學(xué)陰極促進(jìn)揮發(fā)性氯代脂肪烴的還原分解需要兩個(gè)過程:(I)微生物培養(yǎng)馴化；(2)外加電場(chǎng)刺激。對(duì)生物陰極促進(jìn)揮發(fā)性氯代脂肪烴的降解效率和分解產(chǎn)物進(jìn)行定量定性分析，實(shí)現(xiàn)1，2-DCA，TCE和PCE的高效還原脫氯，提高產(chǎn)物回收率。本發(fā)明所采用的方法在24h的降解率可達(dá)到95%以上，相對(duì)于傳統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物處理方法，具有降解效率高、能耗低、無害化和無二次污染的特點(diǎn)。為解決揮發(fā)性氯代脂肪烴在環(huán)境中的污染問題提供了一種方法。
【附圖說明】
[0013]圖1【具體實(shí)施方式】一所述的生物電化學(xué)系統(tǒng)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；其中I為陽極室，2為陰極室，3為陽離子交換膜，4為碳刷，5為飽和甘汞電極，6為電阻。
[0014]圖2為試驗(yàn)一中揮發(fā)性氯代烴污染物濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種電刺激促進(jìn)揮發(fā)性氯代烴生物還原分解的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0016]—、培養(yǎng)基的配制:按50mL蒸餾水加入10?15mL活性污泥的比例，將蒸餾水與活性污泥加入到玻璃瓶中，吹氮?dú)?5?20min后，密封，以保持瓶?jī)?nèi)厭氧，得到培養(yǎng)基；
[0017]二、功能菌群的富集、強(qiáng)化:將乙酸鈉溶液和揮發(fā)性氯代脂肪烴加入到培養(yǎng)基中，將培養(yǎng)基置于30°C恒溫培養(yǎng)箱中，每隔3?5天測(cè)定揮發(fā)性氯代脂肪烴的降解情況；當(dāng)揮發(fā)性氯代脂肪烴含量降至初始濃度的50%以下，再次加入乙酸鈉溶液和揮發(fā)性氯代脂肪烴，乙酸鈉溶液和揮發(fā)性氯代脂肪烴的加入量與第一次的加入量相同，當(dāng)揮發(fā)性氯代脂肪烴含量再次降至初始濃度的50%以下，再一次加入乙酸鈉溶液和揮發(fā)性氯代脂肪烴，加入量與第一次的加入量相同，當(dāng)揮發(fā)性氯代脂肪烴降至初始加入量的20%以下，完成功能菌群的富集、強(qiáng)化，得到富集菌液；
[0018]三、配置厭氧培養(yǎng)液；
[0019]四、純化富集菌液:將步驟三得到的厭氧培養(yǎng)液加入玻璃瓶中，曝氮?dú)?5?20min后密封，再于溫度為120?125°C、壓力為10kPa?IlOkPa的滅菌鍋滅菌30?40min，得到厭氧培養(yǎng)基；將步驟二得到的富集菌液接種到厭氧培養(yǎng)基中，再加入揮發(fā)性氯代脂肪烴；將厭氧培養(yǎng)基置于30?32°C恒溫培養(yǎng)箱中，每隔I?2天測(cè)定揮發(fā)性氯代脂肪烴的降解情況，當(dāng)揮發(fā)性氯代脂肪烴降到初始量的50%以下，再次加入揮發(fā)性氯代脂肪烴，按此規(guī)律重復(fù)加入揮發(fā)性氯代脂肪烴2?3次后，得到第一代培養(yǎng)基；將第一代培養(yǎng)基轉(zhuǎn)接5?6代后，獲得純化的富集菌液；
[0020]五、生物電化學(xué)系統(tǒng)反應(yīng)器的搭建和啟動(dòng):該生物電化學(xué)系統(tǒng)反應(yīng)器由陽極室1、陰極室2、陽離子交換膜3、兩支碳刷電極4和飽和甘汞電極5組成，其中陽極室I與陰極室2以陽離子交換膜分隔3，兩支碳刷電極4分別置于陽極室I和陰極室2內(nèi)，并與外電路連通，飽和甘汞電極5插入陰極