一种Fenton染料降解体系及其降解方法和应用

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种Fenton染料降解体系及其降解方法和应用。

背景技术

工业废水是造成水环境污染的重要源头，其中印染废水占到了整个工业废水排放量的35％左右。印染废水不仅排放量大，而且成分复杂、环境稳定性强、难生物降解，所含染料污染物大多还具有“三致”作用，严重威胁着生态环境和人类健康安全。因此，染料废水的高效低耗绿色处理势在必行。目前，染料废水的处理方法主要有物理法、生物法、化学法三类。其中，物理法操作管理简单，但效果有限，且成本高、易产生二次污染；生物法成本低、对环境友好，但效率低、环境适应性差；常规的化学法虽然效果较好，但运行成本高，环境友好性差，而高效无污染的绿色化学氧化技术更受青睐，尤其是Fenton氧化法，因其环境友好、反应速度快、降解效率高，且能够处理难降解有机物，在染料废水处理领域倍受关注。

Fenton氧化法用Fe

在现有技术中，使用Fe

发明内容

针对现有技术中存在的一些不足，本发明提供了一种Fenton染料降解体系及其降解方法和应用。本发明中，通过控制电活性细菌

本发明中首先提供了一种电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系，所述电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系包括游离的电活性菌和共固定化电活性菌；

所述共固定化电活性菌是含有电活性菌和Fe

所述游离的电活性菌与共固定化电活性菌中的电活性菌均为MR-1。

进一步的，所述电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系中，游离的电活性菌与共固定化电活性菌中含有的活菌的数量比为0.2~0.6：1。

进一步的，所述共固定化电活性菌的制备方法为：

向含有海藻酸钠的矿物盐溶液中加入Fe

其中，所述混合溶液中海藻酸钠的浓度为2~3g/L；

所述Fe

所述MR-1的浓度为4~6×10

本发明中还提供了上述电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系在降解染料污染物中的应用。其中，所述染料污染物包括蒽醌染料、金属复合染料或不同极性的偶氮染料。

本发明中还提供了一种染料污染物的降解方法，所述方法为：

（1）将电活性菌MR-1活化后接种至液体LB培养基中震荡培养至对数后期，离心收集菌体，然后用矿物盐溶液重悬，得游离的电活性菌MR-1，备用；

（2）将海藻酸钠、游离的电活性菌MR-1和Fe

（3）将游离的电活性菌和共固定化电活性菌接种至含有染料污染物的矿物盐溶液或含有染料污染物的废水中反应。

进一步的，步骤（1）中，所述游离的电活性菌的浓度为4~6×10

进一步的，步骤（3）中，所述游离的电活性菌和共固定化电活性菌的总接种量与含有染料污染物的矿物盐溶液或含有染料污染物的废水的体积比为8~18:100；所述游离的电活性菌与共固定化电活性菌中含有的活菌数量比为0.2~0.6：1；

所述反应在29.5~30.5℃、195~205rpm的搅拌条件下进行。

进一步的，步骤（3）中，所述染料污染物包括蒽醌染料、金属复合染料或不同极性的偶氮染料。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明中，利用电活性细菌在陈代谢过程中能向环境中释放电子还原环境中的O

与现有技术中的Fenton技术相比，本发明中所述电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系还具有以下明显的优势：（1）H

附图说明

图1是MR-1驱动的生物Fenton污染物降解机理图。

图2是MR-1和Fe

图3是MR-1驱动的生物Fenton体系对蒽醌类染料分散兰56的降解效果图。

图4是MR-1驱动的生物Fenton体系对金属复合染料萘酚绿B的降解效果图。

图5是MR-1驱动的生物Fenton体系对强极性偶氮染料甲基橙的降解效果图。

图6是MR-1驱动的生物Fenton体系对低极性偶氮染料间苯胺黄的降解效果图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。本发明所述菌株MR-1是一种模式产电微生物，由美国加利福尼亚大学尼尔森教授赠送；该菌保存于美国模式典型物收集中心（ATCC），菌株编号是ATCC700500

固体LB培养基：含有酵母提取物5g/L、胰蛋白胨10g/L、氯化钠10g/L，琼脂2%。

液体LB培养基：含有酵母提取物5g/L、胰蛋白胨10g/L、氯化钠10g/L。

矿物盐溶液：每升溶液含7.5 mmol NaOH、28 mmol NH

氨基酸母液：每升母液中含2g L-谷氨酸、2g L-精氨酸和2g DL-丝氨酸；

微量元素母液：每升母液中含78.49 μmol C

本发明中所述电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系的降解机理如图1所示，具体为利用固定化微生物技术提供无氧环境条件，使电活性细菌MR-1进行厌氧呼吸，将固态的Fe

实施例1：

（1）将保存在甘油中的MR-1划线于固体平板LB培养基上，30℃活化培养。

（2）用移液枪吸取活化好的单菌落，接种于50mL液体LB培养基中，（30±0.5）℃、（200±5）rpm震荡培养10h至对数后期，然后将对数后期菌液7000 rpm离心15 min，收集菌体。菌体沉淀用矿物盐溶液重悬，并用分光光度法将细菌重悬液浓度调成4~6×10

（3）共固定化电活性菌小球的制备流程如图2所示，具体步骤如下：

先配置2g/L海藻酸钠溶液，向其中加入Fe

（4）将共固定化电活性菌小球（80颗）和游离的电活性菌MR-1溶液（50mL）混合，得到电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系。

实施例2：

本实施例中，以只加入共固定化电活性菌为对照组A，仅加入游离的电活性菌MR-1为对照组B，实施例1中得到的电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系为实验组，来考察本发明所述电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系对不同结构类型的染料污染物的降解效果。考察步骤如下所示：

称取0.005 g不同结构类型的染料污染物（蒽醌类染料分散兰56、金属复合染料萘酚绿B、强极性偶氮染料甲基橙、低极性偶氮染料间苯胺黄），分别溶于50mL实施例1中的电活性微生物驱动的Fenton染料降解体系中，然后用通气封口膜封口得到染料污染物反应体系。将反应体系放入摇床，于（30±0.5）℃、（200±5）rpm下振荡培养，每个组设三个平行，对实验组和对照组进行定时取样，离心后，测上清液的吸光度值。根据吸光度值，按下式计算染料的降解率。

式中，

以电活性微生物MR-1驱动的Fenton降解体系对不同类型染料污染物，包括蒽醌类染料分散兰56、金属复合染料萘酚绿B、强极性偶氮染料甲基橙和低极性偶氮染料间苯胺黄的降解效果分别如图3、图4、图5和图6所示。

从图3中可以看出，在6h的降解时间里，MR-1驱动的Fenton降解体系对分散兰56的降解率可达66.3%，而对照组A只为32.4%、对照组B仅有6.7%。

从图4中可以看出，在12h的降解时间里，MR-1驱动的Fenton降解体系对萘酚绿B的降解率可达49.0%，而对照组A只有42.4%、对照组B仅为14.0%。

从图5中可以看出，在12h的降解时间里，MR-1驱动的Fenton降解体系对甲基橙的降解率可以达到95.4%，而对照组A只有87.3%、对照组B则不能降解。

从图6中可以看出，在10h的降解时间里，MR-1驱动的Fenton降解体系对间苯胺黄的降解率可达91.9%，而对照组A只有87.4%、对照组B则不能降解。

综上所述，图3-6的结果表明电活性微生物MR-1驱动的生物Fenton体系，在不外加Fenton试剂H

可见，不管是蒽醌染料、金属复合染料废水，还是不同极性的偶氮染料废水，电活性微生物MR-1驱动的Fenton降解体系均能有效降解它们。因此，本体系是一个高效低耗的染料降解体系，高效体现在染料降解率高，降解速度快，对不同类型的染料均适用；低耗体现在不外加Fenton试剂，运行成本低，同时因本体系在中性环境下运行，设备投资成本亦低，可以大大降低Fenton法修复环境污染的成本，而且不产生铁泥等二次污染物，具有很好的应用前景。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。