[发明专利]一种用于污水处理的水凝胶微电极

说明书

本发明公开了一种用于污水处理的水凝胶微电极，所述微电极的制备方法如下：步骤1)(1)将PMBVY和微生物溶解在培养液中，记为组分I，其中PMBVY与培养液的组分比为5:95；(2)将聚乙烯醇(PVA)溶解在去离子水中，记为组分II，其中PVA的质量百分比为5％；(3)使用凝胶颗粒成型装置制备微电极。(4)将制备好的微电极在4℃保存于培养液中备用。该技术利用微生物代谢过程中电子传递电势差形成微电解效应，分解污水中醌类、联苯等难以生物降解的有机物，从而进一步降低生化出水的COD指标。

技术领域

本发明属于环保材料领域，涉及一种用于污水处理的微生物电极。

背景技术

生化降解是污水处理中通用的步骤，然而生化处理后的污水COD往往无法达到最新的排放标准，需要开发一种经济实用的生化后段污水处理技术。微生物电极是一类利用微生物氧化有机底物并且为电极提供电子的装置，这类装置可以利用微生物的代谢活动和微电解的双重作用分解有机污染物，提高污水处理的效率并降低能耗，具有巨大的经济和社会效益。从原理来说，微生物电极中的微生物在阳极氧化污水中的有机底物以产生电子和质子，电子转移至阳极并且通过与阴极室相连的电路流向阴极，阴极室包含氧化剂(例如氧)，电子和质子将所述氧化剂还原，从而产生阳极与阴极之间的电势差，利用这一电势差可形成微电解效应分解污水中醌类、联苯等难以生物降解的有机物，从而进一步降低生化出水的COD指标。

发明内容

要解决的技术问题：现有的微生物电极多采用薄膜将微生物固定在电极表面，并通过氧化还原媒介实现电子由微生物活性中心向电极的传递，该方法的缺点之一是空间局限性较大，只能利用电极表面几微米到几十微米的电流，另一缺点在于电极所搭载的微生物的存活和增殖尚缺乏有效的调控手段。本发明通过导电水凝胶的封装，接枝于水凝胶柔性分子链的导电基团替代了流体态的氧化还原媒介，同时，具有仿生结构的水凝胶材料能够提高电极的生物亲和性，延长被包封微生物的活性时间。

技术方案：

一种用于污水处理的水凝胶微电极，电极由以下材料制备而成：2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(MPC)、2-甲基丙烯丁酯(BMA)、4-乙烯基苯硼酸(VPBA)和单体Y的共聚物(PMBVY)，结构如下：

其中Y为乙烯基二茂铁或下列通式：

其中A为-O-或-NH-，n＝5-12，X为二茂铁(Fc)进一步的，所述单体Y可由甲基丙烯酸或甲基丙烯酰氯与NH₂-(CH₂)_n-X或HO-(CH₂)_n-X 的酯化或酰胺化制备；所述PMBVY可由上述四种单体通过自由基聚合反应而成。

进一步的，所述电极的制备方法如下：

(1)将PMBVY和微生物溶解在培养液中，记为组分I，其中PMBVY与培养液的组分比为5:95；

(2)将聚乙烯醇(PVA)溶解在去离子水中，记为组分II，其中聚乙烯醇的质量百分比为5％；

(3)使用凝胶颗粒成型装置制备微电极；

(4)将制备好的微电极在4℃保存于培养液中备用。

进一步的，所述步骤(1)微生物为希瓦氏菌。

进一步的，所述步骤(3)中凝胶颗粒成型装置结构如图1所示。

进一步的，所述成型装置中，各组分至三通器之间的管路内径为0.5-1.5mm，三通器至出口的管路内径为1.0-3.0mm。

进一步的，所述成型装置中，蠕动泵的流速为30-100rpm。

进一步的，所述胶电极需要在厌氧环境中使用，可在生化出水后加入厌氧池，也可在生化处理中的厌氧池中使用。

有益效果

本发明结合了生物处理和电化学处理的优点，对污水的处理深度较高，不需要额外的能耗和强酸、强氧化剂的使用，相对经济安全，同时具有污泥较少，可循环使用等优点。

附图说明