[发明专利]一种电驱动微生物的三相界面反应器及其应用

说明书

本发明公开了一种电驱动微生物的三相界面反应器及其应用，在透气膜电极上沉积纳米材料，得到纳米材料透气膜电极；采用生物相容性的聚合电解质对纳米材料透气膜电极进行修饰改性；将微生物转接修饰改性后的纳米材料透气膜电极上进行培育；将培育有微生物的透气膜，组装于反应池中，即得。本发明通过聚合电解质修饰过后的透气膜电极表面携带有大量的电荷，而后透气膜电极通过吸附带电荷的微生物，形成固定有菌的电极，这种有菌的电极提高了电化学材料的活性，电化学驱动微生物降解污染底物有明显的效果。

技术领域

本发明属于污水处理领域，涉及利用三相界面反应器降解污染物，特别涉及一种新型的电驱动微生物的三相界面反应器及其应用。

背景技术

废水中污染物的降解是一个好氧的过程，它降解效率取决于氧气的浓度，因此解决降解体系溶氧问题对降解效率至关重要。现有技术中生物法降解是最常见的氨氮污染物处理方式，其技术成熟，没有二次污染，操作便捷，但降解所用菌株对水中含氧量要求严格，含氧量低时，降解效率并不理想。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的是现有好氧降解体系中微生物固定不牢，溶氧不高，降解效率不佳的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种电驱动微生物的三相界面反应器，通过如下步骤构建：

(1)在透气膜电极上沉积纳米材料，得到纳米材料透气膜电极；

(2)采用聚合电解质对步骤(1)得到的纳米材料透气膜电极进行修饰改性；

(3)将微生物转接到步骤(2)修饰改性后的纳米材料透气膜电极上进行培育；

(4)将步骤(3)培育有微生物的透气膜，组装于三相界面反应池中，即得。

具体地，步骤(1)中，所述的纳米材料采用电沉积法附着在透气膜电极上。

优选地，所述的纳米材料可以是金属或者半导体材料，例如纳米铜颗粒、纳米金颗粒、纳米银颗粒、纳米镍颗粒中的任意一种。

优选地，所述的透气膜电极为带有孔隙的膜材料电极，例如碳纸电极。

优选地，电沉积的参数为：沉积电位：-2.4V～2.4V；时间：1s～2000s；Cu²⁺浓度：0.00001～1000mM；柠檬酸三钠浓度：0.00001mM～2000mM；0.001％-0.5％的SDS溶液；反应体系pH值1.0-12.0。

优选地，步骤(2)中，所述的聚合电解质为聚二烯丙基二甲基氯化铵；将水和聚合电解质以(500～0.001):(50～0.001)的比例配置，形成均匀的溶液，然后将沉积面透气膜电极放入溶液中浸泡12h以上进行修饰。

优选地，步骤(3)中，所述的微生物为好气微生物，包括但不限定为苍白杆菌(CPCC100788)、中华根瘤菌(CCTCC HB 20082933)、枯草芽孢杆菌(CCTCC AB 2019190)、假单胞菌(MCCC 1A00050)中的任意一种。

具体地，步骤(3)中，配置LB液体培养基灭菌备用，将修饰改性后的纳米材料透气膜电极放置在LB液体培养基中，随后将微生物转接至培养基中，密封后放入30℃恒温箱培养4～48h。

具体地，步骤(4)中，将培育有微生物的透气膜固定到三相界面反应池的电解池中，一面接触空气，一面接触电解液。

具体地，三相界面反应池包含两个池体，其中一个装有电解液；两池体均设有顶盖，顶盖有开孔用于插入电极；两池体之间通过通道联通，其中培育有微生物的透气膜组装于通道远离电解池的端部。

进一步地，本发明还要求保护上述电驱动微生物的三相界面反应器用于降解污水中氨氮污染物的应用。