一种Fenton染料降解体系及其降解方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种Fenton染料降解体系及其降解方法和应用，属于污水处理技术领域；本发明专利技术中，通过控制电活性细菌Shewanella oneidensis MR

【技术实现步骤摘要】
一种Fenton染料降解体系及其降解方法和应用


[0001]本专利技术属于污水处理
，具体涉及一种Fenton染料降解体系及其降解方法和应用。

技术介绍

[0002]工业废水是造成水环境污染的重要源头，其中印染废水占到了整个工业废水排放量的35％左右。印染废水不仅排放量大，而且成分复杂、环境稳定性强、难生物降解，所含染料污染物大多还具有“三致”作用，严重威胁着生态环境和人类健康安全。因此，染料废水的高效低耗绿色处理势在必行。目前，染料废水的处理方法主要有物理法、生物法、化学法三类。其中，物理法操作管理简单，但效果有限，且成本高、易产生二次污染；生物法成本低、对环境友好，但效率低、环境适应性差；常规的化学法虽然效果较好，但运行成本高，环境友好性差，而高效无污染的绿色化学氧化技术更受青睐，尤其是Fenton氧化法，因其环境友好、反应速度快、降解效率高，且能够处理难降解有机物，在染料废水处理领域倍受关注。
[0003]Fenton氧化法用Fe
2+
催化H2O
2 分解产生羟基自由基(
·
OH)，通过这种高反应活性的
·
OH 攻击有机污染物，从而将其矿化为二氧化碳、水和无机离子。由于
·
OH具有高氧化还原电位和强电负性，因此可以无选择性地氧化去除水中的难降解有机污染物。Fenton 法作为较成熟、工业应用较广的一种高级氧化法，相对于其它氧化法而言，在黑暗中就能破坏有机物，具有降解效率高、反应速度快且能够处理难降解有机物等优点。然而，传统Fenton法需要不断补充芬顿试剂（H2O2和Fe
2+
）和调节pH，以及其它的一些缺点，如运行成本高，产生大量铁污泥，易造成二次污染，对设备耐腐蚀性要求高，设备投资成本高等。这些缺点在很大程度上制约了Fenton法在污染物降解方面的实际应用。因此，如果能够实现充芬顿试剂自给（系统自动产生，而不需要外加），那么将大大降低Fenton法的运行成本，从而增强其在有机污染物降解领域的应用潜力。
[0004]在现有技术中，使用Fe
3+
来代替Fe
2+
，通过铁循环维持Fenton反应当中所需的Fe
2+
催化剂。但是，该方法虽然克服了外加补充Fe
2+
的问题，但需要持续供应H2O2和光辅助Fe
2+
再生，由于地下含水层中难以获得光和H2O2的供应，存在着运行成本高、难以用于地下水污染等的原位修复等问题。因此，开发系统自己驱动的Fenton方法具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的一些不足，本专利技术提供了一种Fenton染料降解体系及其降解方法和应用。本专利技术中，通过控制电活性细菌Shewanella oneidensis MR
‑
1（简称为MR
‑
1）生长的氧环境条件来构建一种新型生物驱动的Fenton降解体系，在有氧与无氧环境条件下，MR
‑
1分别将O2和Fe
3+
还原为H2O2和Fe
2+
，既实现了对难降解有机污染物的高效降解，又达到了降低运行成本的目的。
[0006]本专利技术中首先提供了一种电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系，所述电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系包括游离的电活性菌和共固定化电活性菌；
所述共固定化电活性菌是含有电活性菌和Fe
3+
的共固定化小球，所述共固定化小球粒径为4.5~5.5mm，其中所述共固定化小球中电活性菌的接菌量为30%
‑
40%（v/v）；所述游离的电活性菌与共固定化电活性菌中的电活性菌均为MR
‑
1。
[0007]进一步的，所述电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系中，游离的电活性菌与共固定化电活性菌中含有的活菌的数量比为0.2~0.6：1。
[0008]进一步的，所述共固定化电活性菌的制备方法为：向含有海藻酸钠的矿物盐溶液中加入Fe
3+
化合物，超声搅拌至均匀，然后加入MR
‑
1菌液混匀，得混合溶液，接着将混合溶液滴加到3.5%无水氯化钙溶液中静置，成型为小球后取出小球，洗涤，放置矿物盐溶液中备用。
[0009]其中，所述混合溶液中海藻酸钠的浓度为2~3g/L；所述Fe
3+
化合物为Fe2O3、氢氧化铁、氯化铁中的任一种，其终浓度为0.4~0.6g/L；所述MR
‑
1的浓度为4~6
×
10
7 CFU/mL，接菌量30~40%（v/v）。
[0010]本专利技术中还提供了上述电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系在降解染料污染物中的应用。其中，所述染料污染物包括蒽醌染料、金属复合染料或不同极性的偶氮染料。
[0011]本专利技术中还提供了一种染料污染物的降解方法，所述方法为：（1）将电活性菌MR
‑
1活化后接种至液体LB培养基中震荡培养至对数后期，离心收集菌体，然后用矿物盐溶液重悬，得游离的电活性菌MR
‑
1，备用；（2）将海藻酸钠、游离的电活性菌MR
‑
1和Fe
3+
的化合物混合后滴入无水氯化钙溶液中，制作成共固定化电活性菌MR
‑
1，备用；（3）将游离的电活性菌和共固定化电活性菌接种至含有染料污染物的矿物盐溶液或含有染料污染物的废水中反应。
[0012]进一步的，步骤（1）中，所述游离的电活性菌的浓度为4~6
×
10
7 CFU/mL。
[0013]进一步的，步骤（3）中，所述游离的电活性菌和共固定化电活性菌的总接种量与含有染料污染物的矿物盐溶液或含有染料污染物的废水的体积比为8~18:100；所述游离的电活性菌与共固定化电活性菌中含有的活菌数量比为0.2~0.6：1；所述反应在29.5~30.5℃、195~205rpm的搅拌条件下进行。
[0014]进一步的，步骤（3）中，所述染料污染物包括蒽醌染料、金属复合染料或不同极性的偶氮染料。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术中，利用电活性细菌在陈代谢过程中能向环境中释放电子还原环境中的O2或Fe
3+
的特点，将微生物技术与Fenton技术相结合，通过控制MR
‑
1生长的环境条件，由MR
‑
1持续将空气中的O2和Fe
3+
分别转化为H2O2和Fe
2+
，从而获得Fenton试剂，形成Fenton反应体系，连续产生
·
OH降解有机污染物。具体的，本专利技术中利用固定化微生物技术提供无氧环境条件，使电活性细菌MR
‑
1进行厌氧呼吸，将固态的Fe
3+
还原为Fe
2+
；利用悬浮的MR<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fenton染料降解体系，其特征在于，所述Fenton染料降解体系包括游离的电活性菌和共固定化电活性菌；所述共固定化电活性菌是含有电活性菌和Fe
3+
的共固定化小球，所述共固定化小球粒径为4.5~5.5mm，其中所述共固定化小球中电活性菌的接菌量为30%
‑
40%（v/v）；所述游离电活性菌与共固定化电活性菌中的电活性菌均为MR
‑
1。2.根据权利要求1所述的Fenton染料降解体系，其特征在于，所述电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系中，游离的电活性菌与共固定化电活性菌中含有的活菌数量比为0.2~0.6：1。3.根据权利要求1所述的Fenton染料降解体系，其特征在于，所述共固定化电活性菌的制备方法为：向含有海藻酸钠的矿物盐溶液中加入Fe
3+
化合物，超声搅拌至均匀，然后加入MR
‑
1菌液混匀，得混合溶液，接着将混合溶液滴加到3.5%无水氯化钙溶液中静置，成型为小球后取出小球，洗涤，放置矿物盐溶液中备用。4.根据权利要求3所述的Fenton染料降解体系，其特征在于，所述混合溶液中海藻酸钠的浓度为2~3g/L；所述Fe
3+
化合物为Fe2O3、氢氧化铁、氯化铁中的任一种，其在混合溶液中的终浓度为0.4~0.6g/L；所述MR
‑
1的浓度为4~6
×
10
7 CFU/mL，接菌量为30~40%（v/v）。5.权利要求1所述的Fenton染...

【专利技术属性】
技术研发人员：李潜，黄云清，朱静，黎耀文，张国伟，杜道林，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：