[发明专利]一种有机氯矿化降解的生物电化学装置与方法

说明书

本发明公开了一种有机氯矿化降解的生物电化学装置，包括含腔体的生物电化学反应室、恒电位控制仪、两工作电极、对电极、参比电极，有机氯污水接种于生物电化学反应室中；恒电位控制仪用于提供恒电位；两工作电极分别为生物阳极和生物阴极；生物阳极、生物阴极、对电极和参比电极间隔排列位于生物电化学反应室中，且分别通过导线与恒电位控制仪实现电连接。本发明的有机氯矿化降解的生物电化学装置通过提供不同的恒电位构建生物阴极和生物阳极，将有机氯的降解的脱氯及矿化阶段的功能微生物实现空间分离，从而实现有机氯的定向转化，最终达到完全降解，缩短降解周期，同时降低环境风险和节约成本。本发明还提供一种有机氯矿化降解的生物电化学方法。

技术领域

本发明涉及有机氯污染环境生物修复技术领域，更具体的涉及一种有机氯矿化降解的生物电化学装置与方法。

背景技术

有机氯化合物(Chlorinated organic compounds,COCs)常作为生产镇痛药物或杀虫剂等的基础原料，广泛存在于家庭或工业废水中。因其具有致癌特性、难降解并持久地存在于环境中而被广泛关注。由于微生物的多样性和环境适应性，生物降解是去除COCs的重要过程。由于COCs结构中氯的存在对微生物具有毒性，因此COCs的还原脱氯是其降解脱毒的关键步骤。在厌氧或缺氧环境中，COCs得到微生物释放的电子，氯原子被氢原子替代并以离子形式释放，这一过程是微生物的脱氯呼吸过程。脱氯后的COCs转化为低氯或无氯化合物后，再逐渐被微生物降解为低分子量产物并实现最终矿化。因此，COCs降解的全过程包括微生物呼吸脱氯及矿化两阶段，脱氯和矿化功能微生物扮演重要角色。目前已经分离和鉴定了各类降解COCs的微生物菌株，但是利用其进行实际生物修复的降解效率却较低，主要是COCs的生物降解过程通常是基于多种微生物的相互作用的结果，单一菌种难以实现COCs的全过程降解，造成的中间产物积累对环境微生物可能更具毒性。因此，原位富集特定功能的COCs降解菌群，行使特定的污染物降解过程，可能更有助于环境COCs的解毒及彻底降解。

生物电化学系统(Bioelectrochemical systems,BESs)是一种以微生物为催化剂，进行阳极氧化或(和)阴极还原的生物电化学技术。通过对BESs的工作电极施加一定的氧化还原电位，能够定向富集一定功能的微生物菌群。因此，BESs中的附着在工作电极上的电活性生物膜既可以“输出”电子进行有机物氧化(生物阳极)，也可以“接受”电子进行有机物还原(生物阴极)。目前，BESs已被认为是一种具有前景的有机污染物生物修复手段，已被证实能有效氧化或还原石油烃、多环芳烃、偶氮染料、抗生素类化合物。而对于采用BESs方法完全降解COCs，需要考虑其同步脱氯及矿化问题，对其研究有重大意义。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种有机氯矿化降解的生物电化学装置，该装置通过构建生物阴极和生物阳极，将有机氯的降解的脱氯及矿化阶段的功能微生物实现空间分离，从而实现有机氯的定向转化，最终达到完全降解。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种有机氯矿化降解的生物电化学装置，包括：

含腔体的生物电化学反应室，有机氯污水接种于所述生物电化学反应室中；

两工作电极，分别为生物阳极和生物阴极；

恒电位控制仪，用于提供恒电位，且所述生物阳极和所述生物阴极的恒电位不相同；

对电极；

参比电极；

所述生物阳极、所述生物阴极、所述对电极和所述参比电极间隔排列位于所述生物电化学反应室中，且分别通过导线与所述恒电位控制仪实现电连接。