三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法

本发明涉及废气净化，特别涉及一种三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法。

背景技术：

1、随着我国工业化和城市化进程的不断发展，大气污染已成为我国当前最为突出的环境问题之一，而挥发性有机物(vocs)是大气中一类广泛存在的重要气态污染物。种类繁多的vocs作为一类重要的空气污染物，绝大多数具有疏水性，并且具有极低的嗅阈值(臭味的最低嗅觉浓度)易形成世界环境公害之一的恶臭污染，同时在强日照、高气温和少云量等不利气象条件下，各种污染源排放的vocs与nox和sox等在空气中发生光化学反应生成pm2.5细颗粒物和o3，进而形成大气复合污染和环境雾霾，严重危害人们的身体健康。进入大气环境的vocs主要来源于工业源、生活源及移动源等人为源排放，其中石化、化工、医药、包装印刷、工业涂装等重点行业源的排放量最大，占人为源的比重达50-90％。因此，采取安全有效的技术方法实现vocs高效净化对于保护生态环境及保障居民健康具有重要的研究价值和现实意义。现有的物理吸附、高级氧化以及生物技术都可以在一定程度上有效处理有机废气，但是单一的技术都存在着不同的缺陷，如吸附技术所用吸附剂的二次处理及二次污染、高级氧化技术的能源消耗高和降解过程中副产物多以及生物技术受到有机废气性质的影响较大等。同物理吸附和高级氧化技术相比，生物技术在处理亲水性有机废气过程中具有能源消耗低和处理效果好的优点，但对于疏水性气态有机物的处理效率和效果仍然有待于进一步提升，如现有文献报道的生物技术处理废气所需要的气体停留时间过长(工业实际除臭通常要求气体停留时间在25s甚至更短的时间内完成)、处理高浓度疏水性污染物的效率和能力较低以及容易受到污染物浓度波动的影响等问题。鉴于有机废气的特性多数为疏水性，因此需要一种经济有效的技术方法提高疏水性气态有机物的生物净化效率。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出一种三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法。本发明的处理方法能够有效提高疏水性气态有机物的处理效率，大幅度提高疏水性气态有机物的处理时间。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，包括以下步骤：

4、s1、在生物滴滤反应器内部填充若干层磁性填料，在每层磁性填料中心和外壁内侧分别安装有阳极和阴极并与外接电源相连，将微生物菌种接种到磁性填料上挂膜形成生物膜；

5、s2、通入疏水性气态有机物，进气流速为600-700mg/m3，开启外接电源施加电压0.5-1.0v，循环喷洒营养液，营养液喷洒的供给量为10-15l/d，控制疏水性气态有机物停留时间为15-30s。

6、进一步的，所述生物滴滤反应器外形为圆柱状，高径比为(5-10):1；所述生物滴滤反应器内被隔板隔成若干层分层结构，层与层之间相邻的隔板间距50-60cm，每层磁性填料填充的厚度为每层分层结构体积的50-60％。

7、进一步的，所述阴极材质为石墨或者不锈钢片等；所述阳极为棒状电极，材质为为石墨、不锈钢、钛棒等。

8、进一步的，所述磁性填料的制备方法为：

9、(1)取菠萝蜜籽和椰子壳在60-70℃烘干，粉碎，然后以5-8℃/min的升温速率升温到500-600℃保温3-4h，然后以8-10℃/min的升温速率升温到800-900℃保温1-1.5h，得到炭化材料；

10、(2)将炭化材料加入球磨罐并通入氮气，再加入聚乙二醇、氯化铁、七水硫酸亚铁、水混匀后，加入naoh溶液将体系的ph值调整到12-13，然后进行研磨得到混合材料，最后将混合材料在室温下冷却，用磁铁收集产物，制成直径为3-6mm的小球，再在70-80℃下干燥，得到磁性填料。

11、进一步的，所述菠萝蜜籽和椰子壳质量比为1:(3-5)；所述炭化材料、聚乙二醇、氯化铁、七水硫酸亚铁、水质量比为(4.0-4.6):(0.01-0.03):1:(5.0-6.0):(70-80)；所述naoh溶液浓度为2-3mol/l。

12、进一步的，所述球磨的温度为80-90℃，球磨过程先在正转转速为300-500rpm研磨2-3h，然后在反转转速为150-180rpm研磨8-10min，再在正转转速为600-800rpm研磨1.5-2h。

13、进一步的，所述挂膜的过程为：将微生物菌种添加到营养液中混匀得到悬浮菌液，然后以8-12l/d的量喷洒到生物滴滤反应器内2-3天后在喷洒过程中通入疏水性气态有机物循环处理3-4天，使得磁性填料上挂膜形成生物膜。

14、进一步的，所述疏水性气态有机物在第一天通入量为300-400mg/m3，以后每天增加100-120mg/m3；所述微生物菌在菌悬液中的浓度为104-105cfu/ml。

15、进一步的，所述微生物菌种为阴沟肠杆菌菌株hn01或克雷伯菌菌株hn02。

16、进一步的，所述营养液中，每1000ml营养液中含有：1.2g k2hpo4·3h2o，1.2gkh2po4，0.2g mgso4·7h2o，0.4g nh4cl，0.01g feso4·7h2o和1ml微量元素水溶液，余量为水。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、本发明在处理疏水性气态有机物过程中，以能够自产表面活性剂的阴沟肠杆菌菌株hn01或克雷伯菌菌株hn02为净化菌种，采用合理的磁性填料并控制施加电压为0.5-1.0v和营养液喷洒的供给量为10-15l/d，能够充分提高微生物的细胞活性，有效提高其对疏水性气态有机物的降解效率。

19、本发明利用阳极、阴极及磁性填料共同构成的电化学体系并施加合理的电压，一方面利用阳极和阴极之间的弱电流电促以及阳极和阴极之间形成的电场强化作用，促进微生物生理活性提高，提高微生物对疏水性气态有机物的利用效率；另一方面利用阳极、阴极在磁性填料上发生微电解反应，可辅助微生物加速降解疏水性气态有机物，从而有效提高疏水性气态有机物的去除净化效率。

20、本发明的疏水性气态有机物与营养液一同进入到生物滴滤反应器中，能够使得疏水性气态有机物充分扩散到磁性填料上的生物膜中，并被微生物分解生成co2、h2o，同时合成自身生长所需要的生物质，从而提高降解效率。

21、本发明以菠萝蜜籽和椰子壳为磁性填料的材料，通过合理炭化制备工艺能够使得该磁性填料形成稳定的空隙结构，通过与氯化铁、七水硫酸亚铁通过球磨后能够形成稳定的磁性填充材料，兼具生物膜载体和电子介体的双重作用，一方面可以作为微生物生长的载体，有利于微生物聚集，另一方面为微生物氧化净化疏水性气态有机物生成的电子通过该磁性填料直接直接传递给至最终的电子受体o2，通过缩短胞外聚合物中的电子介体和o2之间的平均距离，加速了电子传输，从而使生物降解速率得到了提高，从而加快疏水性气态有机物的生物降解过程。

技术特征：

1.一种三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，其特征在于，所述生物滴滤反应器外形为圆柱状，高径比为(5-10):1；所述生物滴滤反应器内被隔板隔成若干层分层结构，层与层之间相邻的隔板间距50-60cm，每层磁性填料填充的厚度为每层分层结构体积的50-60％。

3.根据权利要求1所述的三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，其特征在于，所述磁性填料的制备方法为：

4.根据权利要求3所述的三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，其特征在于，所述菠萝蜜籽和椰子壳质量比为1:(3-5)；所述炭化材料、聚乙二醇、氯化铁、七水硫酸亚铁、水质量比为(4.0-4.6):(0.01-0.03):1:(5.0-6.0):(70-80)；所述naoh溶液浓度为2-3mol/l。

5.根据权利要求3所述的三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，其特征在于，所述球磨的温度为80-90℃，球磨过程先在正转转速为300-500rpm研磨2-3h，然后在反转转速为150-180rpm研磨8-10min，再在正转转速为600-800rpm研磨1.5-2h。

6.根据权利要求1所述的三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，其特征在于，所述挂膜的过程为：将微生物菌种添加到营养液中混匀得到悬浮菌液，然后以8-12l/d的量喷洒到生物滴滤反应器内2-3天后在喷洒过程中通入疏水性气态有机物循环处理3-4天，使得磁性填料上挂膜形成生物膜。

7.根据权利要求6所述的三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，其特征在于，所述疏水性气态有机物在第一天通入量为300-400mg/m3，以后每天增加100-120mg/m3；所述微生物菌在菌悬液中的浓度为104-105cfu/ml。

8.根据权利要求1所述的三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，其特征在于，所述微生物菌种为阴沟肠杆菌菌株hn01或克雷伯菌菌株hn02。

9.根据权利要求1所述的三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，其特征在于，所述营养液中，每1000ml营养液中含有：1.2g k2hpo4·3h2o，1.2g kh2po4，0.2g mgso4·7h2o，0.4g nh4cl，0.01g feso4·7h2o和1ml微量元素水溶液，余量为水。

技术总结
本发明提供一种三维电子介体与电促生物膜界面修饰增效生物滴滤降解疏水性气态有机物的方法，包括：S1、在生物滴滤反应器内部填充若干层磁性填料，在每层磁性填料中心和外壁内侧分别安装有阳极和阴极并与外接电源相连，将微生物菌种接种到磁性填料上挂膜形成生物膜；S2、通入疏水性气态有机物，开启外接电源，循环喷洒营养液，控制疏水性气态有机物停留时间。本发明利用阳极、阴极及磁性填料共同构成的电化学体系并施加合理的电压能形成电场强化作用，促进微生物生理活性提高，提高微生物利用效率；也促进发生微电解反应，可辅助微生物加速降解疏水性气态有机物，从而有效提高疏水性气态有机物的去除净化效率。

技术研发人员：万顺刚,孙蕾,袁丹
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/24