[发明专利]一种单室型微生物电芬顿系统及其应用

说明书

本发明公开了一种单室型微生物电芬顿系统及其应用，包括：阳极、阴极、电解液；阳极和阴极设于同一单室内；阳极包括：多层碳布和塑料网卷制而成的阳极基材，塑料网设于碳布之间，用于分隔碳布；阳极基材上负载有混合菌；混合菌由沼泽红假单胞菌、普通变形杆菌、Bacillus toyonensis、太平洋食烷菌组成；阴极包括：钛网制成的支架，支架内部填充有负载石墨烯和钴的活性炭粉末；电解液包括待处理污水及添加的营养物质；所述混合菌分解所述待处理污水中的有机物产生电子供所述阴极利用。本发明阳极上负载的混合菌降解有机污染物产生的电流密度大，能够满足阴极电芬顿反应所需的耗能，无需消耗额外电能。

技术领域

本发明涉及船舶油污水处理技术领域，具体涉及一种单室型微生物电芬顿系统及应用。

背景技术

船舶舱底水是船舶机舱设备在运营过程中产生的较为常见的废水，在装有各种动力装置和管路系统的船舶机舱内部，由于船舶的振动、设备的老化、管路的锈蚀和洞穿以及维护管理不当等原因会发生油相的泄漏，与机舱内积存的各种泄漏水混合在一起，从而产生大量的包含原油、柴油、重油、润滑油等不同石油类油品的油污水。舱底水中含有大量的总有机碳(TOC)、营养盐以及还原性物质，船舶上现行使用的的油水分离设备只能降低舱底水中油类污染物的含量，高营养盐以及化学需氧量(COD)的根源性问题无法得到妥善解决，长期的排放势必会对海洋生态环境带来巨大的威胁。

微生物燃料电池(MFC)的阳极中负载的产电降解菌能够将小分子有机物氧化分解，释放出质子和电子的同时具有净化污水的功能，但由于其产生的电能降低，实际的应用始终受限。非均相电芬顿技术(EF)能够在阴极原位产生过氧化氢，继而被催化产生具有高氧化性的羟基自由基去降解污水中的有机污染物，避免了均相芬顿技术中过氧化氢运输和储存危险、pH应用范围窄以及催化剂消耗快的缺点，但同时，EF反应体系需要消耗额外的电能。

发明内容

本发明的目的是提供一种无需消耗额外电能的单室型微生物电芬顿系统及其应用。

为了达到上述目的，本发明提供了一种单室型微生物电芬顿系统，包括：阳极、阴极、电解液；所述阳极和所述阴极设于同一单室内；所述阳极包括：多层碳布和塑料网卷制而成的阳极基材，塑料网设于碳布之间，用于分隔碳布；所述阳极基材上负载有混合菌；所述混合菌由沼泽红假单胞菌、普通变形杆菌、Bacillus toyonensis、太平洋食烷菌组成；所述阴极包括：钛网制成的支架，所述支架内部填充有负载石墨烯和钴的活性炭粉末；所述电解液包括：待处理污水及添加的营养物质；所述混合菌分解所述待处理污水中的有机物产生电子供所述阴极利用。

可选的，所述阳极的制备方法包括：

步骤1，将多层碳布热处理后进行卷制，碳布之间以塑料网进行分隔，得到阳极基材；

步骤2，将沼泽红假单胞菌，普通变形杆菌，Bacillus toyonensis，太平洋食烷菌接种于培养液中，得到含有所述混合菌的菌悬液；

步骤3，将所述阳极基材置于含有所述混合菌的菌悬液中，使所述混合菌附着生长到所述碳布上，得到附着有混合菌的阳极基材；

步骤4，对琼脂进行热处理，使琼脂融化；将所述附着有混合菌的阳极基材置于已融化的琼脂中，使琼脂凝固后包覆于所述碳布和所述塑料网表面，以将所述混合菌固定到所述阳极基材上，得到所述阳极。

可选的，步骤2中沼泽红假单胞菌，普通变形杆菌，Bacillus toyonensis，太平洋食烷菌的接种量为4:1:1:3。

可选的，所述阴极的制备方法包括：

步骤1，将石墨烯和活性炭粉末分散于水和乙醇的混合溶液中，然后在水热釜中进行水热处理，干燥后得到石墨烯/活性炭复合材料；

步骤2，将所述石墨烯/活性炭复合材料和硝酸钴分散于异丙醇和乙酸的混合溶液中，干燥后得到所述负载石墨烯和钴的活性炭粉末；