CN108928932A - 一种基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法 - Google Patents

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汪兴兴
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Abstract

本发明涉及一种基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，所述混合菌群为EM菌和铜绿假单胞菌混合菌；将铜绿假单胞菌混合菌进行活化并接种到培养液中，密闭后摇床培养，到对数期末期，从EM菌原液中分离出用于除污或产电的菌群；将培养后铜绿假单胞菌和分离出的菌群按体积比1:1混合后，与营养液、缓冲液和污泥按体积比1～2:1～5:1～3:3～7混合，然后接种到微生物燃料电池阳极室，使菌群悬于阳极液中或附着在阳极上，静置静置以处理羊场废水并发电；每隔2～7天更新一次阳极液，并保留原有10%阳极室原有混合物。本发明的优点在于：本发明将EM菌和铜绿假单胞菌混合菌应用在羊场废水处理的微生物燃料电池中，可以有效提升降解羊场废水并产生电能。

Description

一种基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，特别涉及一种基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法。
背景技术
水污染和能源消耗问题一直是人们热议的话题。传统的水处理方法有物理、化学和生物等方法，其中物理法包括：沉淀、筛选、气浮、离心等，化学法包括：混凝、中和、氧化还原、吸附法等，生物法包括活性污泥、生物膜、阳阳生物处理等方法。但是，传统的废水处理技术在处理废水时存在极大的能量消耗。此外，传统的废水处理技术在处理羊场废水时效果欠佳，目前尚没有一种能够很好地解决羊场废水污染问题的处理技术。所以，寻找一种可以弥补这种高能源消耗并且具备更好地污水处理效果的水处理技术对环境治理和能源问题来说很有必要。
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。微生物燃料电池的基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂( 一般为氧气) 在阴极得到电子被还原与质子结合成水。微生物燃料电池多采用双室型，即包括阳极室和阴极室，中间常采用质子交换膜隔开。
EM菌和铜绿假单胞菌混合菌有很强的环境适应性，能在高有机浓度条件下降解有机废水。将EM菌和铜绿假单胞菌混合菌应用在基于羊场废水处理的微生物燃料电池中，可以有效降解羊场废水并产生电能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，所述混合菌群为EM菌和铜绿假单胞菌混合菌，将EM菌和铜绿假单胞菌混合菌应用在基于羊场废水处理的微生物燃料电池中，可以有效提升降解羊场废水并产生电能。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，其创新点在于：所述混合菌群为EM菌和铜绿假单胞菌混合菌，具体处理包括以下步骤：
步骤1：菌种制备与活化：将铜绿假单胞菌进行活化并接种到培养液中，密闭后摇床培养，培养温度为25-35℃，摇床转速为150-250r/min，到对数期末期，并从EM菌原液中分离出用于除污或产电的菌群；
步骤2：微生物燃料电池阳极室菌种的接种：将培养后的铜绿假单胞菌和分离出的菌群按体积比1:1混合后，与营养液、缓冲液和污泥按体积比1～2:1～5:1～3:3～7混合，然后接种到微生物燃料电池阳极室，使菌群悬于阳极液中或附着在阳极上，静置利用菌群降解羊场废水并产生电子和质子，电子经外电路到达阴极，并与透过中间隔膜到达阴极的质子构成电流回路以发电；
步骤3：阳极液的更新：每隔2～7天更新一次阳极液，并保留原有10%阳极室原有混合物，该阳极室原有混合物包含括菌群、营养液、缓冲液、污泥和羊场废水。
进一步地，所述步骤1中培养液包括3g/L牛肉膏、10g/L蛋白胨和5g/L Nacl。
进一步地，所述步骤1中EM菌原液中分离出用于除污或产电的菌群为希瓦氏菌、地杆菌科、假单胞菌属、弓形菌属、产氢细菌群或红螺菌群中的一种或几种。
进一步地，所述步骤2中的营养液为有机物或氮源、无机盐和微量元素的混合物或有机物、氮源、无机盐和微量元素的混合物。
进一步地，所述铜绿假单胞菌包括铜绿假单胞菌、铜绿假单胞菌发酵液和铜绿假单胞菌代谢产物。
进一步地，所述步骤2中的缓冲液选用摩尔浓度为0.2-1.0mmol/L的 PBS 缓冲液。
进一步地，所述微生物燃料电池为双室微生物燃料电池，阳极为碳布，阴极为载有0.2-0.9mg/cm2的Pt/C催化剂的碳布。
本发明的优点在于：本发明基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，将EM菌和铜绿假单胞菌混合菌应用于基于羊场废水处理的微生物燃料电池中，相比传统羊场废水处理方法，EM菌和铜绿假单胞菌混合菌有很强的环境适应性，能在高有机浓度条件下降解有机废水；此外，在降解污水的同时，可以产生电能，产电可用于城市供电。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为实施例1基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法中微生物燃料电池的电压变化图。
图2为实施例2基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法中微生物燃料电池的电压变化图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，所述混合菌群为EM菌和铜绿假单胞菌混合菌，具体处理包括以下步骤：
步骤1：菌种制备与活化：将保存的铜绿假单胞菌进行活化并接种到培养液中，密闭后摇床培养，到对数期末期，并从EM菌原液中分离出用于除污或产电的菌群；
步骤2：微生物燃料电池阳极室菌种的接种：将培养后的EM菌和铜绿假单胞菌按体积比1:1混合后，与营养液、缓冲液和污泥按体积比1:2:1:5混合，然后接种到微生物燃料电池阳极室，使菌群悬于阳极液中或附着在阳极上，静置利用菌群降解羊场废水并产生电子和质子，电子经外电路到达阴极，并与透过中间隔膜到达阴极的质子构成电流回路以发电；
步骤3：阳极液的更新：每隔2天更新一次阳极液，并保留原有10%阳极室原有混合物，该阳极室原有混合物包含括菌群、营养液、缓冲液、污泥和羊场废水。
所述步骤1中培养液包括3g/L牛肉膏、10g/L蛋白胨和5g/L Nacl。培养温度为30℃，摇床转速为200r/min。所述步骤1中EM菌原液中分离出用于除污或产电的菌群为希瓦氏菌、地杆菌科红螺菌群。所述铜绿假单胞菌包括铜绿假单胞菌和铜绿假单胞菌发酵液混合。所述步骤2中的缓冲液选用摩尔浓度为0.5mmol/L的 PBS 缓冲液。所述微生物燃料电池为双室微生物燃料电池，阳极为碳布，阴极为载有0.35mg/cm2的Pt/C催化剂的碳布。
EM菌和铜绿假单胞菌混合菌N17-1( Pseudomonas aeruginosa )：保藏编号：CGMCC No .8511。记载并保护“EM菌和铜绿假单胞菌混合菌N17-1”的专利的申请号为：201410001212 .1 ，授权公告号为CN103710292 B(授权公告日为2016 .01 .20 )。
构建双室微生物燃料电池，厌氧污泥取自污水处理厂浓缩池，取200mL原污泥每24h加入100mL营养液，污泥培养200h后再取100mL加入原污泥上清液加入培养污泥中。营养液的成分见表1。
表1 营养液成分表
阳极液每48h更换一次，阳极液的成分也根据MFC的运行状况更变，其中每次加入的羊场废水含量梯级上升，直至全部更换为猪废水，其余成分皆按比例逐级递减，阴极液由PBS和铁氰化钾组成。
经一段时间运行后，电池的电压变化图如图1所示，从图中可知，电池运行稳定，电压最高电压超过0.5V。
化学需氧量（COD）是判断基于羊场废水MFC除污效果的首要指标。猪废水原始COD为13907mg/L，经所述微生物燃料电池处理后测得其COD为4920mg/L，COD去除率达64.62%，效果显著。
实施例2
本实施例基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，所述混合菌群为EM菌和铜绿假单胞菌混合菌，具体处理包括以下步骤：
步骤1：菌种制备与活化：将保存的铜绿假单胞菌进行活化并接种到培养液中，密闭后摇床培养，到对数期末期，并从EM菌原液中分离出用于除污或产电的菌群；
步骤2：微生物燃料电池阳极室菌种的接种：将培养后的EM菌和铜绿假单胞菌按体积比1:1混合后，与营养液、缓冲液和污泥按体积比2:5:2:7混合，然后接种到微生物燃料电池阳极室，使菌群悬于阳极液中或附着在阳极上，静置利用菌群降解羊场废水并产生电子和质子，电子经外电路到达阴极，并与透过中间隔膜到达阴极的质子构成电流回路以发电；
步骤3：阳极液的更新：每隔5天更新一次阳极液，并保留原有10%阳极室原有混合物，该阳极室原有混合物包含括菌群、营养液、缓冲液、污泥和羊场废水。
所述步骤1中培养液包括3g/L牛肉膏、10g/L蛋白胨和5g/L Nacl。培养温度为30℃，摇床转速为200r/min。
所述步骤1中EM菌原液中分离出用于除污或产电的菌群为希瓦氏菌、假单胞菌属。所述铜绿假单胞菌包括铜绿假单胞菌。
所述步骤2中的缓冲液选用摩尔浓度为0.2mmol/L的 PBS 缓冲液。
所述微生物燃料电池为双室微生物燃料电池，阳极为碳布，阴极为载有0.2mg/cm2的Pt/C催化剂的碳布。
构建双室微生物燃料电池，厌氧污泥取自污水处理厂浓缩池，取200mL原污泥每24h加入100mL营养液，污泥培养200h后再取100mL加入原污泥上清液加入培养污泥中。营养液的成分见表1。
阳极液每48h更换一次，阳极液的成分也根据MFC的运行状况更变，其中每次加入的羊场废水含量梯级上升，直至全部更换为猪废水，其余成分皆按比例逐级递减，阴极液由PBS和铁氰化钾组成。
经一段时间运行后，电池的电压变化图如图2所示，从图中可知，电池运行稳定，电压最高电压超过0.45V。
化学需氧量（COD）是判断基于羊场废水MFC除污效果的首要指标。猪废水原始COD为13907mg/L，经所述微生物燃料电池处理后测得其COD为6835mg/L，COD去除率达50.85%，效果显著。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，其特征在于：所述混合菌群为EM菌和铜绿假单胞菌混合菌，具体处理包括以下步骤：
步骤1：菌种制备与活化：将铜绿假单胞菌进行活化并接种到培养液中，密闭后摇床培养，培养温度为25-35℃，摇床转速为150-250r/min，到对数期末期，并从EM菌原液中分离出用于除污或产电的菌群；
步骤2：微生物燃料电池阳极室菌种的接种：将培养后的铜绿假单胞菌和分离出的菌群按体积比1:1混合后，与营养液、缓冲液和污泥按体积比1～2:1～5:1～3:3～7混合，然后接种到微生物燃料电池阳极室，使菌群悬于阳极液中或附着在阳极上，静置利用菌群降解羊场废水并产生电子和质子，电子经外电路到达阴极，并与透过中间隔膜到达阴极的质子构成电流回路以发电；
步骤3：阳极液的更新：每隔2～7天更新一次阳极液，并保留原有10%阳极室原有混合物，该阳极室原有混合物包含括菌群、营养液、缓冲液、污泥和羊场废水。
2.根据权利要求1所述的基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，其特征在于：所述步骤1中培养液包括3g/L牛肉膏、10g/L蛋白胨和5g/L Nacl。
3.根据权利要求1所述的基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，其特征在于：所述步骤1中EM菌原液中分离出用于除污或产电的菌群为希瓦氏菌、地杆菌科、假单胞菌属、弓形菌属、产氢细菌群或红螺菌群中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，其特征在于：所述步骤2中的营养液为有机物或氮源、无机盐和微量元素的混合物或有机物、氮源、无机盐和微量元素的混合物。
5.根据权利要求1所述的基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，其特征在于：所述铜绿假单胞菌包括铜绿假单胞菌、铜绿假单胞菌发酵液和铜绿假单胞菌代谢产物。
6.根据权利要求1所述的基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，其特征在于：所述步骤2中的缓冲液选用摩尔浓度为0.2-1.0mmol/L的 PBS 缓冲液。
7.根据权利要求1所述的基于混合菌群微生物燃料电池处理羊场废水的方法，其特征在于：所述微生物燃料电池为双室微生物燃料电池，阳极为碳布，阴极为载有0.2-0.9mg/cm2的Pt/C催化剂的碳布。
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