生物电化学强化四氯化碳厌氧共代谢降解的机理研究

发布时间：2020-05-22 00:15

【摘要】：本文用生物电化学强化四氯化碳的厌氧共代谢降解,对其降解特性进行了初步的研究。对取自生活污水处理厂的厌氧活性污泥进行培养驯化,比较了甲醇、乙醇、甲酸钠、乙酸钠、葡萄糖五种共代谢基质下厌氧微生物对四氯化碳的降解效果,对降解的过程进行动力学拟合,分析了降解过程中的代谢产物,并对实验条件进行了优化。用驯化培养的厌氧污泥启动生物电化学系统,并对阴阳两极进行挂膜。待系统运行稳定后,比较了四氯化碳在电化学体系,厌氧共代谢和生物电化学体系中的去除效果。用SEM对启动前后的阴阳两极的表面形貌进行了表征。分别研究了阳极和阴极作为工作电极时的循环伏安曲线。研究了不同反应条件如电压,四氯化碳浓度和共代谢基质浓度对四氯化碳去除率的影响。结果表明:(1)厌氧微生物共代谢降解四氯化碳,甲醇为共代谢基质时降解效果最佳。不加共代谢基质和甲醇、乙醇、甲酸钠、乙酸钠、葡萄糖分别作为共代谢基质时对四氯化碳的去除率分别为54.5%,84.0%,79.2%,60.9%,74.9%,66.7%。降解的过程符合准一级动力学模型。(2)在SEM图中可以明显观察到在阴阳两极表面的厌氧污泥颗粒。生物电化学强化四氯化碳厌氧共代谢降解在外加电压为0.5 V、初始四氯化碳浓度2mg/L、共代谢基质浓度为500 mg/L的基本条件下进行。在24 h内,生物电化学系统对四氯化碳的去除率为91.9%,厌氧共代谢为65.6%,电化学系统为55.7%。生物电化学系统对四氯化碳的去除过程符合准二级动力学模型。(3)对代谢产物的检测结果是,厌氧微生物共代谢和单独的电化学系统降解四氯化碳的产物主要是三氯甲烷。生物电化学系统对四氯化碳降解的主要产物是三氯甲烷和二氯甲烷。生物电化学系统对四氯化碳的降解更彻底。循环伏安图表明,生物电化学系统的工作电极为阴极。高通量测序的结果显示,阴极微生物聚类成三类,分别是脱氯菌属,协同脱氯菌属及发酵产甲烷、产氢、产乙酸菌属(如Syntrophus,Treponema,Anaerolinea),这三类微生物相互协同,共同促进阴极的还原脱氯反应。
【图文】：

生物电化学,系统反应,机理

图 1-1 生物电化学系统反应机理图-1 所示，生物电化学系统一般分为阳极室和阴极室。阳极化下发生氧化反应，有机基质(如乙酸钠)提供电子，电极则物或非生物的催化下发生还原反应，电极提供电子，氧化电子。生物电化学系统中阳极的氧化反应和阴极的还原反，反应快速高效，能源和物质易于回收(郭爽，2013)。等人的研究表明，生物电化学系统的电子传递机制有直接转移两种方式（Komeel et al., 2010）：子转移，需要有酶复合物在膜外周或者与膜相连，或是纤毛导性物质。子转移，可溶性化学物质在胞内发生氧化反应或还原反应，，达不溶性的电子受体或电子供体。反应机理主要有血红素靶

技术路线图,技术路线,共代谢

养驯化取自高碑店污水处理厂的厌氧活性污泥，比较不同共代谢化碳的降解情况，并对实验条件进行优化。建生物电化学系统，用外加电压驯化阴阳两极的厌氧微生物，并电极进行挂膜，启动双室 BES 反应器。双室 BES 反应器中，研究阴极对目标污染物 CT 的降解情况。主解率，CT 降解的动力学拟合及代谢产物的浓度。与单一的电化学物共代谢降解做对比。析外加电压，CT 的浓度及共代谢基质（甲醇）的浓度对 CT 降解并对阴极的微生物群落进行分析，探讨 CT 的还原机制。究技术路线图题的技术路线图如图所示：
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

【参考文献】