一种电化学辅助强化具有产电和去除有机氯功能生物膜形成的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电化学辅助强化具有产电和去除有机氯功能生物膜形成的装置及方法。所述装置中，阳极石墨毡置于电化学反应槽的槽底部，阴极石墨毡置于电化学反应槽的上端；阳极石墨毡与阳极钛丝相连，阴极石墨毡与阴极钛丝相连，阳极钛丝和阴极钛丝分别与外接电阻、电压数据采集系统和线性直流电源相连；外接电阻、电压数据采集系统和线性直流电源的三者之间采用并联结构；阳极钛丝或阴极钛丝与外接电阻的连接线上设置电阻开关；阳极钛丝或阴极钛丝与电压数据采集系统的连接线上设置电压数据采集系统开关；阳极钛丝或阴极钛丝与线性直流电源的连接线上设置电源开关；隔绝管套设于阳极钛丝上。本发明专利技术具有运行成本低、操作条件方便等优势。

An electrochemical assisted enhancement device and method for the formation of biofilm with the function of electricity generation and organochlorine removal

The invention discloses an electrochemical auxiliary strengthening device and method for forming a biofilm with the function of electricity generation and organic chlorine removal. In the device, the anode graphite felt is arranged at the bottom of the electrochemical reaction tank, the cathode graphite felt is arranged at the upper end of the electrochemical reaction tank; the anode graphite felt is connected with the anode titanium wire, the cathode graphite felt is connected with the cathode titanium wire, the anode titanium wire and the cathode titanium wire are respectively connected with the external resistance, the electric pressure data collection system and the linear DC power supply; the external resistance, the voltage data collection system and the The three parts of linear DC power supply adopt parallel structure; resistance switch is set on the connection line between anode titanium wire or cathode titanium wire and external resistance; voltage data acquisition system switch is set on the connection line between anode titanium wire or cathode titanium wire and voltage data acquisition system; power switch is set on the connection line between anode titanium wire or cathode titanium wire and linear DC power supply; isolation pipe is set on anode On titanium wire. The invention has the advantages of low operation cost, convenient operation conditions, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种电化学辅助强化具有产电和去除有机氯功能生物膜形成的装置及方法
本专利技术属于污水处理领域，具体涉及一种电化学辅助强化具有特定功能的微生物燃料电池阳极生物膜形成的装置及方法。
技术介绍
有机氯代化合物是一类有机物中的氢原子被氯原子取代，是以碳或烃为骨架、与氯原子相结合的一系列元素有机化合物的总称，包括氯代烷烃、氯代烯烃以及氯代芳香烃。这些有机氯代化合物具有独特的物理和化学性质，被广泛应用于化工、电子、制革、农药等行业。例如氯代烃(二氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烯等)作为一类重要的有机溶剂和产品中间体，被广泛应用于机械制造、电子元件清洗、化学化工等过程中。除此之外，氯代烃在有机合成中起着重要的桥梁作用。由于氯代烃化学性质比较活泼，能发生取代、消除反应，化合物中引入氯原子可以实现其分子性能的改变。最后，氯代化合物又具有一定的毒性，例如有机氯农药曾广泛应用于农业生产防治植物病及虫害，在一定时期内促进了我国农业的发展。然而，氯代化合物具有一定的抗降解性和毒性，其碳-氯键对水解非常稳定，并且氯取代(官能团)的数目越大，对生物降解和光解的抗性越大，在给人类造福的同时，也给人类的生存及生命质量带来了不良影响，甚至危害。有机氯污染物的去除方法有很多种，主要包括物理方法、化学方法和生物方法。物理法并不能实现氯代有机物的降解，仅是将污染物从一相转移到另一相，同时还会造成二次污染，成本高，不适合实际应用。化学方法条件严苛，且易产生二次污染；生物方法受pH、温度环境因素的影响较大，因此对水质及环境条件要求较高。生物电化学系统是环境工程领域近年来新兴的废水处理手段，微生物燃料电池通过微生物作为催化剂，将废水中的有机底物进行分解代谢，同时将底物中的化学能转化为电子、质子和阴极的最终电子受体进行结合，完成最终的反应过程。然而单纯微生物燃料电池的启动时间较长，微生物燃料电池的启动需要在阳极表面形成具有产电功能的生物膜，对于需要进行特殊废水处理的微生物燃料电池，还需要对阳极的产电微生物进行驯化，使其具有某种特殊功能。本专利技术采用电化学辅助方法强化具有特定功能的阳极生物膜的形成、缩短微生物燃料电池启动周期。利用形成的阳极生物膜构建微生物燃料电池处理难降解的有机氯废水，可有效地实现有机氯的去除。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种电化学辅助强化具有产电和去除有机氯功能生物膜形成的装置及方法，采用电化学辅助强化具有产电、去除有机氯功能的生物膜的形成并将其应用于处理难降解的有机含氯废水。为达到上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种电化学辅助强化具有产电和去除有机氯功能生物膜形成的装置，所述装置包括电化学反应槽1、阳极石墨毡2、阴极石墨毡3、阴极钛丝4、外接电阻5、电压数据采集系统6、线性直流电源7、阳极钛丝8、隔绝管9、电源开关11、电压数据采集系统开关12和电阻开关13；所述阳极石墨毡2置于电化学反应槽1的槽底部，所述阴极石墨毡3置于电化学反应槽1的上端；所述阳极石墨毡2与阳极钛丝8相连，所述阴极石墨毡3与阴极钛丝4相连，所述阳极钛丝8分别与外接电阻5、电压数据采集系统6和线性直流电源7相连，所述阴极钛丝4分别与外接电阻5、电压数据采集系统6和线性直流电源7相连；外接电阻5、电压数据采集系统6和线性直流电源7的三者之间采用并联结构；所述阳极钛丝8或阴极钛丝4与外接电阻5的连接线上设置电阻开关13；所述阳极钛丝8或阴极钛丝4与电压数据采集系统6的连接线上设置电压数据采集系统开关12；所述阳极钛丝8或阴极钛丝4与线性直流电源7的连接线上设置电源开关11；所述隔绝管9套设于阳极钛丝8上。优选地，所述电化学反应槽1的上端敞口，槽底部密封。优选地，电化学反应槽采用有机玻璃制作，也可以采用其他制作材料。优选地，隔绝管采用塑料制作，也可以采用其他制作材料。本专利技术还提供了一种电化学辅助强化具有产电和去除有机氯功能生物膜形成的方法，所述方法包括以下步骤：1)将菌源和无机盐培养基配制为含菌无机盐培养液，含菌无机盐培养液加入电化学反应槽中，生物电化学体系pH为6～10，温度为15～45℃；2)微生物电解池体系条件下，在外加电压0.1V～0.8V条件下运行3～5天，在阳极石墨毡上形成具有产电功能的生物膜；3)微生物燃料电池体系条件下，观测电池电压情况，待电压稳定，逐步提高含菌无机盐培养液中的有机氯浓度，重复步骤2)和3)，对阳极石墨毡上形成的生物膜进行驯化，直至形成具有产电和去除有机氯功能的生物膜。本专利技术中，所述菌源为海洋热液沉积物NO.21Ⅲ-S10-TVG6。本专利技术中，所述有机氯为2,4,6-三氯苯酚。根据本专利技术的优选实施例，一种电化学辅助强化具有产电和去除有机氯功能的生物膜形成的方法，具体步骤如下：1)测量生物电化学装置体积，将菌源和无机盐培养基按1/4～1/3接入生物电化学装置，并加入10～20mM乙酸钠，生物电化学体系pH为6～10，温度为15～45℃；2)微生物电解池体系下，设置外加电压0.1V～0.8V，外加电压运行时间为3～5天；3)微生物燃料电池体系下观测电池电压情况，待电压稳定，提高无机盐培养基中的有机氯浓度，重复步骤2)、3)，对正极石墨毡上形成的生物膜进行驯化，直至形成具有产电和去除一定浓度有机氯的生物膜。本专利技术中，当废水中2,4,6-三氯苯酚浓度为10～150mg/L，经本专利技术所述装置处理后的水体中的2,4,6-三氯苯酚的去除率可达85％以上，当废水中2,4,6-三氯苯酚浓度为150～600mg/L时，经本专利技术所述装置处理后的水体中的2,4,6-三氯苯酚的去除率可达45％以上。本专利技术中，以海洋热液沉积物NO.21Ⅲ-S10-TVG6作为菌源，生物电化学体系pH为6～10，温度为15～45℃，闭合电源开关11，启动的微生物电解池系统，外加电压0.1V～0.8V，运行时间为3～5天；断开电源开关11，闭合电压数据采集系统开关12和电阻开关13监测系统的电压输出情况，当输出电压稳定运行后依次增加有机含氯化合物浓度30mg/L、50mg/L、150mg/L、300mg/L，闭合电源开关11，外加电压0.1V～0.8V，运行时间为3～5天，进一步筛选耐高浓度含氯有机化合物且能降解该含氯有机化合物的产电细菌；断开电源开关11，闭合电压数据采集系统开关12和电阻开关13监测系统的电压输出情况当输出电压稳定运行，即形成具有产电和去除有机氯功能的生物膜。利用微生物燃料电池系统对不同温度、不同初始pH、不同初始浓度的三氯苯酚溶液进行降解实验。表明温度为15～45℃条件，初始pH为6～10时，三氯苯酚溶液初始浓度为10～600mg/L，该生物电化学装置均可实现对三氯苯酚的高效降解。本专利技术通过对微生物燃料电池施加一定的电压，利用微生物等电点较低(通常为2～5)，在pH高于等电点的条件下带负电的性质，可以有效实现微生物在正极石墨毡上的富集，促进产电微生物的代谢繁殖，从而在与外接电源正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学辅助强化具有产电和去除有机氯功能生物膜形成的装置，其特征在于，所述装置包括电化学反应槽(1)、阳极石墨毡(2)、阴极石墨毡(3)、阴极钛丝(4)、外接电阻(5)、电压数据采集系统(6)、线性直流电源(7)、阳极钛丝(8)、隔绝管(9)、电源开关(11)、电压数据采集系统开关(12)和电阻开关(13)；/n所述阳极石墨毡(2)置于电化学反应槽(1)的槽底部，所述阴极石墨毡(3)置于电化学反应槽(1)的上端；所述阳极石墨毡(2)与阳极钛丝(8)相连，所述阴极石墨毡(3)与阴极钛丝(4)相连，所述阳极钛丝(8)分别与外接电阻(5)、电压数据采集系统(6)和线性直流电源(7)相连，所述阴极钛丝(4)分别与外接电阻(5)、电压数据采集系统(6)和线性直流电源(7)相连；外接电阻(5)、电压数据采集系统(6)和线性直流电源(7)的三者之间采用并联结构；/n所述阳极钛丝(8)或阴极钛丝(4)与外接电阻(5)的连接线上设置电阻开关(13)；/n所述阳极钛丝(8)或阴极钛丝(4)与电压数据采集系统(6)的连接线上设置电压数据采集系统开关(12)；/n所述阳极钛丝(8)或阴极钛丝(4)与线性直流电源(7)的连接线上设置电源开关(11)；/n所述隔绝管(9)套设于阳极钛丝(8)上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电化学辅助强化具有产电和去除有机氯功能生物膜形成的装置，其特征在于，所述装置包括电化学反应槽(1)、阳极石墨毡(2)、阴极石墨毡(3)、阴极钛丝(4)、外接电阻(5)、电压数据采集系统(6)、线性直流电源(7)、阳极钛丝(8)、隔绝管(9)、电源开关(11)、电压数据采集系统开关(12)和电阻开关(13)；
所述阳极石墨毡(2)置于电化学反应槽(1)的槽底部，所述阴极石墨毡(3)置于电化学反应槽(1)的上端；所述阳极石墨毡(2)与阳极钛丝(8)相连，所述阴极石墨毡(3)与阴极钛丝(4)相连，所述阳极钛丝(8)分别与外接电阻(5)、电压数据采集系统(6)和线性直流电源(7)相连，所述阴极钛丝(4)分别与外接电阻(5)、电压数据采集系统(6)和线性直流电源(7)相连；外接电阻(5)、电压数据采集系统(6)和线性直流电源(7)的三者之间采用并联结构；
所述阳极钛丝(8)或阴极钛丝(4)与外接电阻(5)的连接线上设置电阻开关(13)；
所述阳极钛丝(8)或阴极钛丝(4)与电压数据采集系统(6)的连接线上设置电压数据采集系统开关(12)；
所述阳极钛丝(8)或阴极钛丝(4)与线性直流电源(7)的连接线上设置电源开关(11)；
所述隔绝管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩然，王俊杰，冯雅丽，杜竹玮，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，中国大洋矿产资源研究开发协会，
类型：发明
国别省市：北京;11