一種篩選能降解氯酚的產(chǎn)電功能細(xì)菌的方法、篩選得到的混合菌及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種篩選能降解氯酚的產(chǎn)電功能細(xì)菌的方法、篩選得到的混合菌及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]氯酚類化合物作為重要的化工有機(jī)原料和中間體被廣泛用于木材防腐劑、除草劑、殺菌劑、殺蟲(chóng)劑、染料等工業(yè)生產(chǎn)中，氯酚類化合物也會(huì)作為副產(chǎn)物產(chǎn)生于廢物焚燒、造紙制漿漂白和飲用水加氯消毒過(guò)程中。氯酚類化合物為人工合成的外源性物質(zhì)，具有惡臭并且有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，自然界中的天然微生物不能分泌相應(yīng)的酶來(lái)降解這類物質(zhì)，導(dǎo)致這類化合物在環(huán)境中的長(zhǎng)期殘留。作為一種持久性的有機(jī)污染物的典型代表，氯酚類化合物可通過(guò)皮膚接觸或經(jīng)口腔黏膜吸入而浸入生物體內(nèi)，使細(xì)胞失去活性，促使神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生病變，其對(duì)人體健康及自然環(huán)境影響嚴(yán)重。未處理完全的含氯酚廢水排入水體環(huán)境后，對(duì)水體及水生物產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，影響收納水體的生態(tài)環(huán)境安全。
[0003]氯酚類污染廢水的修復(fù)技術(shù)研宄較多，其主要包括物化方法和生化方法。物化方法包括還原脫氯、化學(xué)氧化、活性炭吸附方法。物化方法在處理過(guò)程中會(huì)增加額外的能耗并引入其他的化學(xué)試劑，因此，還需要進(jìn)行后續(xù)的二次處理。而生化方法，如好氧生物處理和厭氧生物處理、固定化微生物技術(shù)和生物電化學(xué)系統(tǒng)處理技術(shù)，具有相對(duì)經(jīng)濟(jì)、基本沒(méi)有二次污染等特點(diǎn)，越來(lái)越引起重視，并已逐漸成為一種被人們普遍接受和認(rèn)可的環(huán)境治理技術(shù)之一。其中生物電化學(xué)處理技術(shù)，由于電化學(xué)還原能夠降解物質(zhì)的毒性，提高物質(zhì)的可生物降解性，作為預(yù)處理工藝有較大的優(yōu)勢(shì)。
[0004]微生物燃料電池技術(shù)是環(huán)境工程領(lǐng)域近年來(lái)新興的廢水處理手段，微生物燃料電池技術(shù)是通過(guò)微生物作為催化劑，將廢水中的有機(jī)底物進(jìn)行分解代謝，同時(shí)將底物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電子、質(zhì)子和陰極的最終電子受體進(jìn)行結(jié)合，完成最終的反應(yīng)過(guò)程。通過(guò)微生物燃料電池系統(tǒng)，可以從有機(jī)廢水中提取清潔能源電能。因此，微生物燃料電池技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)廢水能源化。微生物燃料系統(tǒng)作為一個(gè)生物處理過(guò)程，同樣可以成為一種篩選產(chǎn)電細(xì)菌和處理含氯酚廢水的有效手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了利用單室空氣陰極微生物燃料電池篩選出具有降解氯酚性能的產(chǎn)電功能細(xì)菌，并將該細(xì)菌用于微生物燃料電池處理含氯酚廢水。
[0006]本發(fā)明利用了一種篩選降解氯酚產(chǎn)電功能細(xì)菌的裝置，所述裝置包括有機(jī)玻璃槽、陰極石墨氈電極和陽(yáng)極石墨氈電極；其中有機(jī)玻璃槽的上端敞口，槽底密封并裝有電極液；陰極石墨氈電極和陽(yáng)極石墨氈電極分別與鈦絲相連，并通過(guò)硅膠管進(jìn)行密封連接，所述裝置的外電路接恒定電阻。
[0007]優(yōu)選的，所述裝置的外電路接510歐姆恒定電阻，電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與鈦絲接于電阻兩?而。
[0008]本發(fā)明提供的具有降解氯酚性能的產(chǎn)電功能細(xì)菌的篩選方法包括:
[0009]以海洋沉積物樣品作為菌源，啟動(dòng)氯酚濃度為20_50mg/L的氯酚陽(yáng)極液的空氣陰極微生物燃料電池，并設(shè)定陽(yáng)極和陰極間的恒定外電阻為505?510歐姆，并在輸出電壓穩(wěn)定后增加陽(yáng)極液的氯酚濃度至50?150mg/L，在陽(yáng)極石墨氈上形成的生物膜即為有降解氯酚的產(chǎn)電細(xì)菌。
[0010]優(yōu)選的，所述空氣陰極微生物燃料電池內(nèi)氯酚初始的濃度為50mg/L，所述氯酚在輸出電壓穩(wěn)定后增加至150mg/L。
[0011]具體的，本發(fā)明的一種利用單室空氣陰極微生物燃料電池篩選脫氯產(chǎn)電細(xì)菌的操作方法如下:將含氯酚陽(yáng)極液注入到空氣陰極微生物燃料電池系統(tǒng)中，并將0.1g的海洋熱液沉積物(中國(guó)大洋樣品館，N0.21II1-S10-TVG6)接種于陽(yáng)極液中，在設(shè)定的固定外阻下，啟動(dòng)單室空氣陰極微生物燃料電池，監(jiān)測(cè)該系統(tǒng)中的氯酚有毒物質(zhì)的濃度變化以及該系統(tǒng)的輸出電壓變化，當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定運(yùn)行(輸出電壓在2-3個(gè)周期內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定)，增加陽(yáng)極液中的氯酚濃度，進(jìn)一步篩選耐高濃度氯酚且能降解氯酚的產(chǎn)電細(xì)菌，具有降解氯酚的產(chǎn)電細(xì)菌在陽(yáng)極石墨氈上形成穩(wěn)定的生物膜該生物膜上即為具有降解氯酚性能的產(chǎn)電細(xì)菌。
[0012]優(yōu)選的，產(chǎn)電細(xì)菌的菌種組成為！Cupriavidus (75.12 %?77.74 % )，Brucellaceae (11.1% ?13.89% )，Brevundimonas (10.14% ?13.56% )，其他微量細(xì)菌(I%?2.31% );混合菌對(duì)氯酸去除率可達(dá)97%，電池輸出電壓可達(dá)600mV。
[0013]本發(fā)明的單室空氣陰極微生物燃料電池系統(tǒng)，能篩選出具有降解氯酚性能的產(chǎn)電細(xì)菌，其可用于處理含氯酚廢水，并實(shí)現(xiàn)含氯酚廢水資源化能源化利用。
[0014]本發(fā)明的方法在形成穩(wěn)定生物膜后，更換陽(yáng)極液重新加入氯酚和醋酸鈉底物啟動(dòng)新的周期，同時(shí)監(jiān)測(cè)COD濃度和氯酚濃度變化，即為該細(xì)菌在處理含氯酚廢水的應(yīng)用。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、采用海洋熱液沉積物為菌源，利用含氯酚陽(yáng)極液的單室空氣陰極微生物燃料電池系統(tǒng)篩選降解氯酚產(chǎn)電功能細(xì)菌，并將該細(xì)菌用于處理含氯酚廢水，能夠?qū)崿F(xiàn)含氯酚廢水資源化能源化利用。
[0017]2、本發(fā)明中接有篩選得到混合菌的單室空氣陰極微生物燃料電池對(duì)含氯酚濃度150mg/L廢水的去除率可達(dá)到85%以上，COD的去除率可達(dá)到85%以上。
[0018]3、本發(fā)明利用接種降解氯酚功能細(xì)菌后的單室空氣陰極微生物燃料電池能有效降解含氯酚廢水，具有顯著經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例1中空氣陰極微生物燃料電池篩選脫氯細(xì)菌和含氯酚廢水處理示意圖；圖中I為單室空氣陰極微生物燃料電池篩選菌種系統(tǒng)，2為電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，3為有機(jī)玻璃杯槽，4為陰極石墨氈電極，5為陽(yáng)極石墨氈電極，6為含氯酚的陽(yáng)極液，7和8均為鈦絲，9為硅膠管，10為510歐姆電阻。
[0020]圖2為實(shí)施例2中不同氯酚濃度批次的COD降解曲線圖；
[0021]圖3為實(shí)施例3中不同氯酚濃度批次的氯酚降解曲線圖；
[0022]圖4為實(shí)施例4中開(kāi)路和閉路下氯酚降解曲線圖；
[0023]圖5為實(shí)施例5中不同氯酚濃度批次下輸出電壓曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的作進(jìn)一步說(shuō)明，但其不是對(duì)本發(fā)