一种电刺激促进挥发性氯代烃生物还原分解的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及促进挥发性氯代烃(VCHs)还原分解的方法。
技术背景
[0002]挥发性氯代烃(VCHs)是一类危害性极强的难降解有机污染物，具有易挥发、高毒性、高密度、高溶解性等特征，存在致畸致癌致突变的风险，长期存在于环境中能够不断积累并对生态系统和人类健康造成严重危害。随着挥发性氯代脂肪烃在制革、干洗、农药等领域的广泛应用，导致该类污染物在土壤和地下水中的检出率极高，目前很多类型VCHs被中国和美国环保局列为优先控制污染物黑名单。
[0003]2012年许淑媛的硕士论文《不同材料负载纳米零价铁去除水/ 土中挥发性氯代烃的实验研究》公开了一种以无机改性土负载纳米铁去除挥发性氯代烃(VCHs)的方法，结果表时，在水溶液中，无机改性土负载纳米铁对挥发性氯代烃(VCHs)的去除效力最高，可以在6小时内将浓度为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%。然而此种方法很难完全降解氯代烃，且应用易受到纳米铁制备过程复杂、成本高及还原过程容易形成氧化铁造成反应难以持续进行等限制。微生物分解方法，如微生物厌氧还原脱氯过程，利用微生物自身呼吸代谢降解氯代烃，成本低、绿色环保，然而由于厌氧微生物(还原脱氯菌)代谢速率慢，导致氯代烃分解速率低下、分解不完全、且易产生有毒有害中间产物，因此大大限制了生物还原在工程领域的应用。
【发明内容】
[0004]本发明是要解决现有挥发性氯代脂肪烃的厌氧生物还原方法降解速度慢、分解不完全、易产生有毒有害中间产物的技术问题，而提供一种电刺激促进挥发性氯代烃厌氧生物还原分解的方法。
[0005]本发明的一种电刺激促进挥发性氯代烃生物还原分解的方法按以下步骤进行:
[0006]—、培养基的配制:按50mL蒸馏水加入10?15mL活性污泥的比例，将蒸馏水与活性污泥加入到玻璃瓶中，吹氮气15?20min后，密封，以保持瓶内厌氧，得到培养基；
[0007]二、功能菌群的富集、强化:将乙酸钠溶液和挥发性氯代脂肪烃加入到培养基中，将培养基置于30°C恒温培养箱中，每隔3?5天测定挥发性氯代脂肪烃的降解情况；当挥发性氯代脂肪烃含量降至初始浓度的50%以下，再次加入乙酸钠溶液和挥发性氯代脂肪烃，乙酸钠溶液和挥发性氯代脂肪烃的加入量与第一次的加入量相同，当挥发性氯代脂肪烃含量再次降至初始浓度的50%以下，再一次加入乙酸钠溶液和挥发性氯代脂肪烃，加入量与第一次的加入量相同，当挥发性氯代脂肪烃降至初始加入量的20%以下，完成功能菌群的富集、强化，得到富集菌液；
[0008]三、配置厌氧培养液；
[0009]四、纯化富集菌液:将步骤三得到的厌氧培养液加入玻璃瓶中，曝氮气15?20min后密封，再于温度为120?125°C、压力为10kPa?IlOkPa的灭菌锅灭菌30?40min，得到厌氧培养基；将步骤二得到的富集菌液接种到厌氧培养基中，再加入挥发性氯代脂肪烃；将厌氧培养基置于30?32°C恒温培养箱中，每隔I?2天测定挥发性氯代脂肪烃的降解情况，当挥发性氯代脂肪烃降到初始量的50%以下，再次加入挥发性氯代脂肪烃，按此规律重复加入挥发性氯代脂肪烃2?3次后，得到第一代培养基；将第一代培养基转接5?6代后，获得纯化的富集菌液；
[0010]五、生物电化学系统反应器的搭建和启动:该生物电化学系统反应器由阳极室(I)、阴极室(2)、阳离子交换膜(3)、两支碳刷电极(4)和饱和甘汞电极(5)组成，其中阳极室(I)与阴极室(2)以阳离子交换膜分隔(3)，两支碳刷电极(4)分别置于阳极室(I)和阴极室⑵内，并与外电路连通，饱和甘汞电极(5)插入阴极室⑵内；将100?120mM的亚铁氰化钾溶液加入到阳极室内，曝氮气15?20分钟，按纯化的富集菌液与厌氧培养液的体积比为1:(20?40)将步骤三制备的厌氧培养液和步骤四得到的纯化的富集菌液加入到阴极室⑵内，同向阴极室⑵内加入乙酸钠溶液和挥发性氯代脂肪烃，通过直流电源向阴、阳两极施加电压，当检测到挥发性氯代脂肪烃浓度降至初始加入量的20%以下，再重复向阴极室内加入乙酸钠溶液和挥发性氯代脂肪烃的操作5?6次，获得启动成功的具有挥发性氯代脂肪烃还原能力的生物电化学反应器系统；
[0011]六、生物电化学系统反应器的运行:将乙酸钠溶液和含有挥发性氯代脂肪烃的污染物加入到步骤五启动成功的生物电化学反应器的阴极室内，通过直流电源向阴、阳两极施加电压，15?25小时后，完成挥发性氯代烃生物的还原分解。
[0012]本发明是一种利用生物电化学系统(BES)通过外加电压刺激促进微生物还原挥发性氯代烃的生物学方法，挥发性氯代烃包括四氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCE)及1，2-二氯乙烷(1，2-DCA)。本发明在生物还原方法的基础上，通过输入很小的外加电场，为微生物提供额外还原力，刺激微生物的胞外电子传递效率，来达到强化微生物还原挥发性卤代脂肪烃的目的。本发明采用厌氧还原脱氯菌群-阴极催化系统促进挥发性氯代脂肪烃的还原分解，通过外加电场完成生物电化学阴极促进挥发性氯代脂肪烃的还原分解需要两个过程:(I)微生物培养驯化；(2)外加电场刺激。对生物阴极促进挥发性氯代脂肪烃的降解效率和分解产物进行定量定性分析，实现1，2-DCA，TCE和PCE的高效还原脱氯，提高产物回收率。本发明所采用的方法在24h的降解率可达到95%以上，相对于传统的物理、化学、生物处理方法，具有降解效率高、能耗低、无害化和无二次污染的特点。为解决挥发性氯代脂肪烃在环境中的污染问题提供了一种方法。
【附图说明】
[0013]图1【具体实施方式】一所述的生物电化学系统反应器结构示意图；其中I为阳极室，2为阴极室，3为阳离子交换膜，4为碳刷，5为饱和甘汞电极，6为电阻。
[0014]图2为试验一中挥发性氯代烃污染物浓度随时间的变化关系曲线。
【具体实施方式】
[0015]【具体实施方式】一:本实施方式的一种电刺激促进挥发性氯代烃生物还原分解的方法按以下步骤进行:
[0016]—、培养基的配制:按50mL蒸馏水加入10?15mL活性污泥的比例，将蒸馏水与活性污泥加入到玻璃瓶中，吹氮气15?20min后，密封，以保持瓶内厌氧，得到培养基；
[0017]二、功能菌群的富集、强化:将乙酸钠溶液和挥发性氯代脂肪烃加入到培养基中，将培养基置于30°C恒温培养箱中，每隔3?5天测定挥发性氯代脂肪烃的降解情况；当挥发性氯代脂肪烃含量降至初始浓度的50%以下，再次加入乙酸钠溶液和挥发性氯代脂肪烃，乙酸钠溶液和挥发性氯代脂肪烃的加入量与第一次的加入量相同，当挥发性氯代脂肪烃含量再次降至初始浓度的50%以下，再一次加入乙酸钠溶液和挥发性氯代脂肪烃，加入量与第一次的加入量相同，当挥发性氯代脂肪烃降至初始加入量的20%以下，完成功能菌群的富集、强化，得到富集菌液；
[0018]三、配置厌氧培养液；
[0019]四、纯化富集菌液:将步骤三得到的厌氧培养液加入玻璃瓶中，曝氮气15?20min后密封，再于温度为120?125°C、压力为10kPa?IlOkPa的灭菌锅灭菌30?40min，得到厌氧培养基；将步骤二得到的富集菌液接种到厌氧培养基中，再加入挥发性氯代脂肪烃；将厌氧培养基置于30?32°C恒温培养箱中，每隔I?2天测定挥发性氯代脂肪烃的降解情况，当挥发性氯代脂肪烃降到初始量的50%以下，再次加入挥发性氯代脂肪烃，按此规律重复加入挥发性氯代脂肪烃2?3次后，得到第一代培养基；将第一代培养基转接5?6代后，获得纯化的富集菌液；
[0020]五、生物电化学系统反应器的搭建和启动:该生物电化学系统反应器由阳极室1、阴极室2、阳离子交换膜3、两支碳刷电极4和饱和甘汞电极5组成，其中阳极室I与阴极室2以阳离子交换膜分隔3，两支碳刷电极4分别置于阳极室I和阴极室2内，并与外电路连通，饱和甘汞电极5插入阴极