CN110282839A - 利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法 - Google Patents
利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110282839A CN110282839A CN201910496352.3A CN201910496352A CN110282839A CN 110282839 A CN110282839 A CN 110282839A CN 201910496352 A CN201910496352 A CN 201910496352A CN 110282839 A CN110282839 A CN 110282839A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bottom mud
- chamber
- halogenated organic
- dehalogenation
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000005695 dehalogenation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 244000005700 microbiome Species 0.000 title abstract description 10
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000011019 hematite Substances 0.000 claims abstract description 29
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 7
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 16
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 16
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 14
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 10
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 9
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 7
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 7
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 5
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 4
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 4
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 claims description 3
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 claims description 3
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 claims description 3
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 claims description 2
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 claims description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N sodium sulfide (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Chemical compound SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 claims 1
- 229960002433 cysteine Drugs 0.000 claims 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 8
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical group [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract 1
- -1 on the one hand Chemical compound 0.000 abstract 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 9
- 238000006298 dechlorination reaction Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 7
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 7
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000002896 organic halogen compounds Chemical class 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 4
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 3
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000013048 microbiological method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- KVGZZAHHUNAVKZ-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxin Chemical compound O1C=COC=C1 KVGZZAHHUNAVKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000005623 Carcinogenesis Diseases 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000031320 Teratogenesis Diseases 0.000 description 1
- DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N [1,10]phenanthroline Chemical compound C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1 DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 150000001338 aliphatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 230000036952 cancer formation Effects 0.000 description 1
- 231100000504 carcinogenesis Toxicity 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000970 chrono-amperometry Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910001448 ferrous ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000002703 mutagenesis Methods 0.000 description 1
- 231100000350 mutagenesis Toxicity 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000011197 physicochemical method Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/006—Electrochemical treatment, e.g. electro-oxidation or electro-osmosis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其采用有机物脱卤装置通过以下步骤进行：(1)制作有机物脱卤装置；(2)对底泥进行预处理；(3)准备赤铁矿；(4)将底泥加入阴极室中，将赤铁矿粉末覆盖于阴极室底泥表面，向阴极室中补充阴极液和乙酸钠，将阳极液加入阳极室中；(5)通电，工作电极电位恒定为‑0.75～‑0.5V。本发明通过赤铁矿介导强化微生物电化学脱卤，一方面，赤铁矿被微生物还原为二价铁，作为还原剂使卤代有机污染物发生脱卤还原，另一方面，赤铁矿还可以作为半导体介导加快电子传递速率和生物电流的生成，达到强化微生物脱卤的目的。
Description
技术领域
本发明涉及有机污染物去除技术领域，尤其涉及卤代有机污染物的脱卤技术领域。
背景技术
卤代有机物(Halogenated Organic Compounds，HOCs)是指芳香烃、脂肪烃及其衍生物中的一些氢原子被卤素原子取代的一类有机物。作为化学合成中间体、有机溶剂、导热和绝缘介质以及农药等的重要原材料，大量的卤代有机物应用于工农业领域。HOCs在使用过程中通过挥发、废水排放、农药的使用等多种途径进入到自然界中。一般而言，HOCs有高毒性和较强的“致癌、致畸、致突变”的风险，且容易通过食物链在生物体内富集，从而对自然生态和人类健康构成潜在威胁。
目前，针对HOCs污染治理已有的方法种类较多，直接焚烧对设备要求高(高温高压)、容易带来二次污染(产生二噁英等物质)；催化氧化和催化还原需要昂贵的催化剂、操作条件复杂，不利于广泛应用；微生物修复受环境因素影响大、降解速度慢且不够彻底。尽管如此，微生物法相对其他物理化学法有着环境友好、操作简单、经济适用以及可进行大规模污染原位处理的优点而得到广泛关注。针对微生物法上述缺点，寻求一种高效、经济、可控的微生物强化方法，对实现污染物去除、毒性削减及污染地区的土壤或底泥修复具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种结合实际环境因子，利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：一种利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其采用有机物脱卤装置通过以下步骤进行：
(1)制作有机物脱卤装置，所述装置由双室微生物电化学反应器和电化学工作站组成，双室微生物电化学反应器包括由阳离子交换膜分隔的阳极室和阴极室，阳极室内设置有阳极电极，阴极室内设置有阴极电极和参比电极，阳极电极、阴极电极和参比电极通过电化学工作站连接，控制阴极室中阴极电位恒定；
(2)对底泥进行预处理，筛除出底泥中的大颗粒砂石及其他物质，然后置于常温条件下厌氧密封保存待用；
(3)准备赤铁矿，所述赤铁矿经过灭菌处理；
(4)将底泥加入阴极室中，将赤铁矿粉末覆盖于阴极室底泥表面，向阴极室中补充阴极液和乙酸钠，将阳极液加入阳极室中；
(5)通电100～130天，双室微生物电化学反应器连接电化学工作站并使工作电极电位恒定为-0.75～-0.3V。
步骤(4)中的底泥的PCB61浓度为20～500μmol kg-1。
步骤(4)中赤铁矿粉末的添加量相对于阴极液体积为1g L-1～8g L-1。
阴极液组成为：3.0g L-1Na2CO3,0.6g L-1Na2HPO4,0.5g L-1NH4Cl,0.25g L- 1cysteine-HCl·H2O,0.25g L-1Na2S·9H2O,0.001g L-1resazurin,8.4g L-1Na Cl,3.95g L-1MgCl2·6H2O,0.27g L-1KCl,0.05g L-1CaCl2·2H2O,10mL L-1维生素溶液和10mL L-1微量元素溶液。
加入的乙酸钠相对于阴极液体积的浓度为10～40mM
阳极液组成为：3.0g L-1Na2CO3,0.6g L-1Na2HPO4,0.5g L-1NH4Cl,0.25g L- 1cysteine-HCl·H2O,0.25g L-1Na2S·9H2O,0.001g L-1resazurin,8.4g L-1Na Cl,3.95g L-1MgCl2·6H2O,0.27g L-1KCl,0.05g L-1CaCl2·2H2O。
所述的阴极电极和阳极电极的电极材料均为石墨毡，所述参比电极为饱和甘汞电极。
石墨毡为经氧化预处理的石墨毡，预处理方法为：
(1.1)将石墨毡完全浸没在装有10％双氧水的烧杯中，用保鲜膜将烧杯密封，置于恒温水浴锅在90℃中加热2小时；
(1.2)用去离子水继续水浴加热1小时；
(1.3)将步骤(1.1)及步骤(1.2)重复两遍；
(1.4)将石墨毡放进烘箱中低温烘干。
所述底泥为含卤污染物的底泥沉积物。
双室微生物电化学反应器连接电化学工作站使工作电极电位恒定为-0.5V。
本发明直接以待处理的含卤污染物底泥中的微生物作为土著微生物，通过电刺激对微生物进行驯化，在通电条件下，生物阴极将阴极室中的赤铁矿还原为二价铁，吸附态的二价铁变成强还原剂将电子传递给PCB使其发生还原脱氯，同时激发电化学活性菌直接利用阴极提供的电子促使PCB还原，从而实现了微生物-电化学-铁氧化物耦合强化卤代有机污染物的脱卤转化过程。
附图说明
图1为实施例1中接种底泥和铁氧化物后的微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的装置示意图；
图2为实施例1装置运行过程中阴极室具体PCB61的降解图；
图3(a)为实施例1装置运行过程中阴极室PCB61还原产物PCB23的浓度变化图；
图3(b)为实施例1装置运行过程中阴极室PCB61还原产物PCB29的浓度变化图；
图4为实施例1装置运行过程中反应器的电流变化图；
图5为实施例1装置运行过程中阴极室底泥Fe(II)浓度变化图。
其中，底泥1，阴极室2，阴极电极3，参比电极4，阴极取样口5，阳极取样口6，阳极电极7，阳极室8，电化学工作站9，阳离子交换膜10
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。
本发明的一种利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，采用有机物脱卤装置并通过以下步骤进行：
(1)制作有机物脱卤装置。
如图1所示，所述有机物脱卤装置由双室微生物电化学反应器和电化学工作站组成，双室微生物电化学反应器由阳极室8和阴极室2构成，两室之间由阳离子交换膜10隔开。
阳极室8设有阳极取样口6，阳极室内设置有阳极电极7，阴极室2设有阴极取样口5，阴极室内设置有阴极电极3和参比电极4。阳极电极7和阴极电极3经由直径1mm纯钛丝导线分别接于电化学工作站9的CE和WE端口，参比电极4接于电化学工作站9的RE端口。
阳极电极7和阴极电极3的材料均为经过预处理的石墨毡电极，石墨毡电极预处理前剪成4.5cm×4.5cm尺寸，预处理过程为：将裁剪后石墨毡浸没于含有10％双氧水的1000mL烧杯中，用保鲜膜密封烧杯口，在90℃下水浴加热2小时，随后将烧杯中双氧水换成去离子水。
组装上述有机物脱卤装置：将预处理后的石墨毡用钛丝穿好，并将钛丝从阳极壳体小孔由内往外穿出，石墨毡阳极电极的平面与阳极壳体板的平面平行，用胶将钛丝与阳极壳体小孔粘好，放置并固化将经过预处理的石墨毡阴极电极按同样的方法装入阴极壳体，再将阳离子交换膜压在阴极室壳体上，接着用阳极壳体压在阴极壳体和阳离子交换膜上固定住，最后拧上螺纹螺母装置完成组装。
(2)对底泥进行预处理，筛除出底泥中的大颗粒砂石及其他物质，然后置于常温条件下厌氧密封保存待用；本例中所用底泥均取自清远市龙塘镇地区(23°36’12.30”N,113°04’38.84”E)河沟泥水界面20cm以下的含有卤代有机污染物的底泥沉积物。
(3)准备赤铁矿。赤铁矿合成步骤如下：称取20g FeCl2·4H2O、28g(CH2)6N4和7gNaNO2，先分别溶解到400、80和80mL的去离子水中，随后均匀混合并在65℃水浴加热3h，离心分离后用无水乙醇和去离子水分别清洗3次，所得蓝绿色沉淀放入烘箱于65℃烘干48h，最后置于马弗炉中420℃煅烧2h，即得赤铁矿。
(4)双室微生物电化学反应器建成后，设置五个实验组进行脱卤处理，这五组分别为：闭路+赤铁矿，闭路，开路+赤铁矿，开路，闭路+赤铁矿+体系灭菌。
实验组中的双室微生物电化学反应器均置于30℃恒温恒湿生化培养箱。闭路条件指双室微生物电化学反应器通过连接电化学工作站使工作电极电位恒定为-0.5V，开路条件则是双室微生物电化学反应器不连接电化学工作站。
将PCB 61浓度为100μmol kg-1的底泥加入阴极室中，对于加入赤铁矿的实验组还需将赤铁矿粉末覆盖于阴极室底泥表面，控制其浓度为4g L-1，然后向阴极室中补充阴极液和20mM乙酸钠，将阳极液加入阳极室中。
阴极液组成为：3.0g L-1Na2CO3,0.6g L-1Na2HPO4,0.5g L-1NH4Cl,0.25g L- 1cysteine-HCl·H2O,0.25g L-1Na2S·9H2O,0.001g L-1resazurin,8.4g L-1NaCl,3.95g L- 1MgCl2·6H2O,0.27g L-1KCl,0.05g L-1CaCl2·2H2O,10mL L-1维生素溶液和10mL L-1微量元素溶液；阳极液中不添加维生素溶液和微量元素溶液，其余组分与阴极液相同。
(5)通电运行120天，使双室微生物电化学反应器通过连接电化学工作站使工作电极电位恒定为-5V。
运行过程中设置采样时间在阴极室中进行采样，采样后进行萃取净化，并用EPA8082气相色谱法分析其中PCB61浓度的变化及监测脱氯产物的生成。
五组实验的阴极室中具体PCB61的降解图如图2所示。其中，
闭路+赤铁矿实验组，对应图2中的-0.5V+a-Fe2O3曲线；
闭路实验组，对应图2中的-0.5V曲线；
开路+赤铁矿实验组，对应图2中的Opencircuit+a-Fe2O3曲线；
开路实验组，对应图2中的Opencircuit曲线；
闭路+赤铁矿+体系灭菌实验组，对应图2中的-0.5V+a-Fe2O3曲线。
由图2可知，在闭路条件的电位刺激及赤铁矿存在条件下，PCB 61的脱氯效率最高。电位刺激和赤铁矿同时存在但是体系灭菌的条件下，PCB 61在120d的实验过程中均没有明显的脱氯转化发生，说明PCB 61的还原转化必须依赖微生物的驱动，而不是通过单纯的化学/电化学反应直接还原。
相比于开路条件，闭路条件下-0.5V的电位刺激显著促进了PCB 61的还原，其脱氯转化效率达到43.5±3.7％；闭路条件下赤铁矿的添加则进一步提高到62.5±4.9％，说明电位刺激一方面可以促进电化学活性的铁还原菌生长进而加快铁循环，另一方面通过电极直接提供电子促进微生物的代谢生长。
五组实验阴极室中具体降解产物的浓度变化如图3所示。由图3可知，PCB 23(2,3,5-CB)和PCB 29(2,4,5-CB)两种三氯联苯为主要的脱氯产物，且PCB 23的浓度显著大于PCB29，没有检测到进一步脱氯的产物二氯联苯和一氯联苯，因此推断PCB 61发生双侧对位和双侧间位脱氯，并以双侧对位脱氯为主导，没有邻位脱氯的发生。
运行过程中设置采样时间对阴极室底泥进行采样，采样后进行解析，并用邻菲罗啉显色法分析其中的亚铁离子浓度；采用计时电流法测定反应器的电流。
闭路+赤铁矿实验组和闭路实验组中双室微生物电化学反应器的电流变化如图4所示。由图4可知，经过120d的运行之后，赤铁矿存在下最大电流可以达到3.18±0.13mA，这是不加赤铁矿实验组的2.43倍。而异化铁还原菌可以利用乙酸钠作为电子供体将其矿化成CO2和H2O，还原赤铁矿形成Fe(II)的活性物种，Fe(II)可以迅速将电子传递给电极，说明赤铁矿的存在加快了体系的电子传递，表现为电流的产生。
五组实验反应器阴极室中的底泥Fe(II)浓度变化如图5所示。由图5可知，吸附态Fe(II)的浓度均呈现出先升高后趋于稳定的变化规律，闭路条件下由于电位刺激的作用，其中的Fe(II)浓度均比开路条件更高，且铁氧化物同时存在的条件浓度最高，说明电刺激可以促进铁还原菌生长进而促进Fe(II)的生成。吸附态Fe(II)浓度范围为(9.25±0.61)到(23.92±1.41)mmol L-1之间，而检测出溶解态的Fe(II)和Fe(III)浓度仅为(0.18±0.003)与(0.09±0.002)mmol L-1左右，且浓度变化很小。因此说明，Fe(II)的存在形式主要吸附态，只有少部分呈溶解态。又因异化铁还原过程可以耦合氯代有机物的还原脱氯反应，且其中吸附态Fe(II)的浓度是关键的影响因素，而与溶解态的Fe(II)无关，可以推测，吸附态Fe(II)的生成对于本实验体系中PCB 61的还原脱氯存在促进作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其特征在于采用有机物脱卤装置通过以下步骤进行：
(1)制作有机物脱卤装置，所述装置由双室微生物电化学反应器和电化学工作站组成，双室微生物电化学反应器包括由阳离子交换膜分隔的阳极室和阴极室，阳极室内设置有阳极电极，阴极室内设置有阴极电极和参比电极，阳极电极、阴极电极和参比电极通过电化学工作站连接，控制阴极室中阴极电位恒定；
(2)对底泥进行预处理，筛除出底泥中的大颗粒砂石及其他物质，然后置于常温条件下厌氧密封保存待用；
(3)准备赤铁矿；
(4)将底泥加入阴极室中，将赤铁矿粉末覆盖于阴极室底泥表面，向阴极室中补充阴极液和乙酸钠，将阳极液加入阳极室中；
(5)通电100～130天，双室微生物电化学反应器连接电化学工作站并使阴极电位恒定为-0.75～-0.3V。
2.根据权利要求1所述的利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其特征在于：步骤(4)中的底泥的PCB61浓度为20～500μmol kg-1。
3.根据权利要求1所述的利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其特征在于：步骤(4)中赤铁矿粉末的添加量相对于阴极液体积为1g L-1～8g L-1。
4.根据权利要求1所述的利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其特征在于：阴极液组成为：3.0g L-1 Na2CO3,0.6g L-1 Na2HPO4,0.5g L-1 NH4Cl,0.25gL-1 cysteine-HCl·H2O,0.25g L-1 Na2S·9H2O,0.001g L-1resazurin,8.4g L-1 NaCl,3.95g L-1 MgCl2·6H2O,0.27g L-1KCl,0.05g L-1CaCl2·2H2O,10mL L-1维生素溶液和10mLL-1微量元素溶液。
5.根据权利要求1所述的利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其特征在于：加入的乙酸钠相对于阴极液体积的浓度为10～40mM。
6.根据权利要求4所述的利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其特征在于：阳极液组成为：3.0g L-1 Na2CO3,0.6g L-1 Na2HPO4,0.5g L-1 NH4Cl,0.25gL-1cysteine-HCl·H2O,0.25g L-1 Na2S·9H2O,0.001g L-1resazurin,8.4g L-1 NaCl,3.95gL-1 MgCl2·6H2O,0.27g L-1KCl,0.05g L-1CaCl2·2H2O。
7.根据权利要求1所述的利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其特征在于：所述的阴极电极和阳极电极的电极材料均为石墨毡，所述参比电极为饱和甘汞电极。
8.根据权利要求7所述的利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其特征在于：石墨毡为经氧化预处理的石墨毡，预处理方法为：
(1.1)将石墨毡完全浸没在装有10％双氧水的烧杯中，用保鲜膜将烧杯密封，置于恒温水浴锅在90℃中加热2小时；
(1.2)用去离子水继续水浴加热1小时；
(1.3)将步骤(1.1)及步骤(1.2)重复两遍；
(1.4)将石墨毡放进烘箱中低温烘干。
9.根据权利要求1所述的利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其特征在于：所述底泥为含卤污染物的底泥沉积物。
10.根据权利要求1所述的利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法，其特征在于：双室微生物电化学反应器连接电化学工作站使工作电极电位恒定为-0.5V。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910496352.3A CN110282839A (zh) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | 利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910496352.3A CN110282839A (zh) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | 利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110282839A true CN110282839A (zh) | 2019-09-27 |
Family
ID=68003554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910496352.3A Pending CN110282839A (zh) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | 利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110282839A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112570441A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-03-30 | 暨南大学 | 一种用于降解污染物的缓冲修复药剂及其制备与应用 |
| CN114291849A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-08 | 盐城工学院 | 一种Fe氧化物纳米材料的制备方法及应用 |
| CN114314674A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-12 | 盐城工学院 | 一种应用于废水脱氯的Fe氧化物纳米材料的制备方法 |
| CN115028318A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-09 | 同济大学 | 一种实现污水中卤代有机污染物完全矿化的系统及方法 |
| CN115364693A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-11-22 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种修复聚酰胺复合膜水处理性能的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6159356A (en) * | 1997-04-14 | 2000-12-12 | Ecochem Aktiengesellschaft | Process for the production of high purity copper metal from primary or secondary sulphides |
| CN104984994A (zh) * | 2015-07-08 | 2015-10-21 | 华南理工大学 | 利用微生物电解池去除底泥中多氯联苯的装置及方法 |
| CN106734158A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-05-31 | 华南理工大学 | 一种微电场刺激耦合阴极厌氧/阳极好氧实现底泥中多氯联苯去除的方法与装置 |
-
2019
- 2019-06-10 CN CN201910496352.3A patent/CN110282839A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6159356A (en) * | 1997-04-14 | 2000-12-12 | Ecochem Aktiengesellschaft | Process for the production of high purity copper metal from primary or secondary sulphides |
| CN104984994A (zh) * | 2015-07-08 | 2015-10-21 | 华南理工大学 | 利用微生物电解池去除底泥中多氯联苯的装置及方法 |
| CN106734158A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-05-31 | 华南理工大学 | 一种微电场刺激耦合阴极厌氧/阳极好氧实现底泥中多氯联苯去除的方法与装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘小平: "生物电化学系统强化典型氯代有机物的还原脱氯及共存环境因子的影响", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112570441A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-03-30 | 暨南大学 | 一种用于降解污染物的缓冲修复药剂及其制备与应用 |
| CN115364693A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-11-22 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种修复聚酰胺复合膜水处理性能的方法 |
| CN115364693B (zh) * | 2021-11-16 | 2023-07-14 | 中国科学院生态环境研究中心 | 一种修复聚酰胺复合膜水处理性能的方法 |
| CN114291849A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-08 | 盐城工学院 | 一种Fe氧化物纳米材料的制备方法及应用 |
| CN114314674A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-12 | 盐城工学院 | 一种应用于废水脱氯的Fe氧化物纳米材料的制备方法 |
| CN114314674B (zh) * | 2021-12-24 | 2022-07-01 | 盐城工学院 | 一种应用于废水脱氯的Fe氧化物纳米材料的制备方法 |
| CN115028318A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-09 | 同济大学 | 一种实现污水中卤代有机污染物完全矿化的系统及方法 |
| CN115028318B (zh) * | 2022-05-26 | 2023-07-18 | 同济大学 | 一种实现污水中卤代有机污染物完全矿化的系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110282839A (zh) | 利用微生物电化学耦合实现底泥中卤代有机污染物脱卤的方法 | |
| Sevda et al. | Bioelectroremediation of perchlorate and nitrate contaminated water: a review | |
| Beretta et al. | The effects of electric, magnetic and electromagnetic fields on microorganisms in the perspective of bioremediation | |
| Wang et al. | Microbial electrochemistry for bioremediation | |
| Martinez et al. | Application of redox mediators in bioelectrochemical systems | |
| Liu et al. | Effect of direct electrical stimulation on decolorization and degradation of azo dye reactive brilliant red X-3B in biofilm-electrode reactors | |
| Szekeres et al. | Hydrogen-dependent denitrification in a two-reactor bio-electrochemical system | |
| CN106734158B (zh) | 一种微电场刺激耦合阴极厌氧/阳极好氧实现底泥中多氯联苯去除的方法与装置 | |
| CN104984994B (zh) | 利用微生物电解池去除底泥中多氯联苯的装置及方法 | |
| Xu et al. | The efficiency and mechanism in a novel electro-Fenton process assisted by anodic photocatalysis on advanced treatment of coal gasification wastewater | |
| CN108275753B (zh) | 一种垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理方法及其专用装置 | |
| CN107010714B (zh) | 生物电催化与光催化接触氧化耦合的废水处理系统及方法 | |
| Liang et al. | Improved decolorization of dye wastewater in an electrochemical system powered by microbial fuel cells and intensified by micro-electrolysis | |
| de Nicolás et al. | Evaluating bioelectrochemically-assisted constructed wetland (METland®) for treating wastewater: Analysis of materials, performance and electroactive communities | |
| Selvakumar et al. | The potential of free cells of Pseudomonas aeruginosa on textile dye degradation | |
| Fernández de Dios et al. | Application of Electro‐Fenton Technology to Remediation of Polluted Effluents by Self‐Sustaining Process | |
| Zhao et al. | Shewanella drive Fe (III) reduction to promote electro-Fenton reactions and enhance Fe inner-cycle | |
| CN111689571A (zh) | 控制过氧化氢生成和消除的微生物电化学系统及方法 | |
| Mo et al. | Enhanced anodic oxidation and energy saving for dye removal by integrating O2-reducing biocathode into electrocatalytic reactor | |
| ASASI et al. | Combined electrochemical and biological treatment for pesticide degradation–Application to phosmet | |
| Jain et al. | Emerging bioremediation technologies for the treatment of wastewater containing synthetic organic compounds | |
| Mo et al. | Electrocatalytic biofilm reactor for effective and energy-efficient azo dye degradation: the synergistic effect of MnO x/Ti flow-through anode and biofilm on the cathode | |
| Goel et al. | Sequential nitrification and denitrification in a divided cell attached growth bioelectrochemical reactor | |
| CN105883981A (zh) | 一种基于掺硼金刚石膜电极的光/电-芬顿污水处理装置 | |
| KR101991991B1 (ko) | 비소 및 질소의 제거를 위한 이실형 생물전기화학적 장치 및 그 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190927 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |