(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211068277.9 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 南京农业大 学 地址 210095 江苏省南京市玄武区卫岗1号 申请人 哈尔滨工业大 学(深圳) (72)发明人 蒋建东　吴志明　乔文静　徐希辉　 梁斌　刘文宗　史可　 (74)专利代理 机构 南京天华专利代理有限责任 公司 32218 专利代理师 傅婷婷　徐冬涛 (51)Int.Cl. C12M 1/107(2006.01) C12M 1/42(2006.01) C12M 1/02(2006.01) C12M 1/00(2006.01)C12N 1/36(2006.01) C12P 5/02(2006.01) C25B 3/03(2021.01) C25B 3/20(2021.01) B09C 1/10(2006.01) (54)发明名称 一种基于厌氧微生物电化学系统同时提升 甲苯降解和甲烷 生产效率的方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于厌氧微生物电化学 系统同时提升甲苯降解和甲烷生产效率的方法。 主要包括以下内容： 1)厌氧消化反应器富集功能 微生物群； 2)微生物电化学系统构建、 启动与优 化； 3)微生物电化学系统运行。 本发明通过引入 电化学技术强化了微生物的功能， 一方面， 阳、 阴 两极通过富集特定的功能微生物在2周内分别提 升了甲苯降解(10 ‑15％)和甲烷生产效率(40 ‑ 70％)； 另一方面， 电刺激 形成的阴阳两极生物膜 不仅能在同时存在6种芳烃污染物的环境中高效 发挥作用， 且生物膜单独存在时功能依旧。 本发 明可应用于多种复杂芳烃污染环 境的修复， 同时 促进绿色能源的生产。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115505500 A 2022.12.23 CN 115505500 A 1.一种厌氧微生物电化学系统， 其特征在于包含功能微生物群富集模块、 微生物电化 学反应模块以及连通两种模块的连接装置和管道； 所述的功能微生物群富集模块由厌氧反 应器(2)、 和搅拌装置组成； 厌氧反应器(2)靠近底部处设有管道通过连接装置与微生物电 化学反应模块连通； 所述的微生物电化学反应模块主要由单腔室微生物电化学反应器(11) 和外部电路设备 组成； 所述的单腔室微生物电化学反应器(11)中设有碳纤维刷阴极(7)、 碳 纤维刷阳极(8)和Ag/AgCl参比电极(9)； 所述的外部电路设备包括外电路直流电源(12)、 外 电路10Ω电阻(13)、 导线以及电化学工作站或数据记录 仪(10)。 2.根据权利要求1所述的厌氧微生物电化学系统， 其特征在于厌氧反应器(2)和单腔室 微生物电化学反应 器(11)分别设有气袋(1 ‑1)和(1‑2)； 所述的连接装置为蠕动泵(6)。 3.根据权利要求1所述的厌氧微生物电化学系统， 其特征在于所述的厌氧反应器(2)中 装有厌氧人工培养基， 所述厌氧人工培养基配置方法如下： 每962mL沸腾超纯水中依次加入 10mL A溶液， 10mL  B溶液和1mLC溶液后121℃灭菌20分钟， 随后经高纯氮气吹扫30分钟后于 厌氧手套箱中依次加入1mL  D溶液， 1mL  E溶液， 10mL  F溶液和5mLG溶液； 其中， A溶液为基础 盐溶液： NH4Cl 0.31g/L， MgCl2·6H2O 10.16g/L， FeCl2·4H2O 2.0g/L， CaCl2·2H2O 4.79g/ L； B溶液为磷酸缓冲液： K2HPO4·12H2O 34.8g/L， KH2PO4·2H2O 27.3g/L， pH  7.0； C溶液为刃 天青溶液： 刃天青1.0g/L； D溶液为维生素溶液： 生物素0.02g/L， 叶酸0.02g/L， 吡哆醇酸 0.1g/L， 核黄 素0.05g/L， 盐酸硫胺素0.05g/L， 氰钴胺素0.05g/L， 烟酸0.05g/L， 对氨 基苯甲 酸0.05g/L， 硫辛酸0.05g/L， pH  7.0； E溶液为矿质元素： H3BO3 0.3g/L， ZnCl2 0.1g/L， CuCl2·2H2O 0.1g/L， CoCl2·6H2O 1.5g/L， Na2SeO3 0.02g/L， Na2MoO4·2H2O 0.1g/L， NiCl2·6H2O0.75g/L， Al2(SO4)3·18H2O 0.1g/L， MnCl2·4H2O 1.0g/L， pH  7.0； F溶液为还 原剂： 50.0g/L； G溶 液为饱和碳 酸氢钠溶 液。 4.根据权利要求1所述的厌氧微生物电化学系统， 其特征在于所述的碳纤维刷阴极 (7)、 碳纤维刷阳极(8)的规格为 碳刷部分直径*碳刷部分长 *电极总长＝20 *50*150mm。 5.根据权利 要求1所述的厌氧微生物电化学系统， 其特征在于所述的Ag/AgCl参比电极 玻璃管直径6.0m m， 填充溶 液为饱和氯化钾， 标准电极电势为+0.19 9V(25℃)。 6.权利要求1 ‑5中任一项所述的厌氧微生物电化学系统在提升易挥发单环芳香烃类化 合物降解率和甲烷生产效率中的应用； 优选在提升易挥发甲苯降解率和甲烷生产效率中的 应用。 7.一种基于厌氧微生物电化学系统提升易挥发单环芳香烃类化合物降解率和甲烷生 产效率的方法， 其特征在于包含： 针对待处理样品利用权利要求 1‑5中任一项 所述的厌 氧微 生物电化学系统中所述的功能微生物群富集模块富集功能微生物群， 并利用富集的功能微 生物群在所述的微 生物电化学反应模块中处 理芳烃污染物降解甲苯并生产甲烷。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于包含向厌氧微生物电化学系统中接种芳烃 污染样品,利用所述的功能微生物群富集模块中的厌氧反应器(2)富集驯 化获得有功能的 微生物群,在电场作用下， 进入单腔室微生物电化学反应器(11)中的功能微生物群根据电 性分别向阳极和阴极聚集， 在阳极的功 能微生物群降解芳烃污染物， 在阴极的功能微生物 群产生甲烷。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特 征在于包 含以下步骤： (1)向厌氧反应器(2)中添加芳烃污染样品培养富集功能微生物群； 所述的厌氧反应器权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115505500 A 2(2)中装有权利要求3中所述的厌氧 人工培养基， ； (2)微生物电化学系统构建、 启动： a)按照10％的接种比， 50mL/min的流速将厌氧反应器(2)中长期富集备用的厌氧消化 微生物群接种于装有厌 氧人工培养基的单腔室微生物电化学反应器(11)中， 水力停留时间 1周， 通过外电路直流电源(12)施加500mV电压， 同时启动数据记录仪(10)采集外电路电阻 (13)两端电压， 监测系统性能； b)以30‑60％的接种比、 800mV的外电路电压,水力停留时间延长至10 ‑15天， 将上一步 用的厌氧人工培养基更换为等体积电极启动液， 并加入终浓度为0.4g/L的乙酸钠和2μL/ 100mL的苯系物， 并采用外源逐步降低乙酸钠溶液浓度， 升高苯系物浓度的方式启动微生物 电化学系统， 富集驯 化功能电极生物膜和悬浮微生物群； 当外电路电流形成稳定的周期性 变化即为启动完成； 所述的外源逐步降低乙酸钠溶液浓度， 升高苯系物浓度的方式是通过 部分更换电极启动液的方式将乙酸钠溶液浓度由0.4g/L降至0g/L， 将苯系物浓度由2μL/ 100mL升高至8 μL/10 0mL， 所述的苯系物由苯、 甲苯、 乙苯、 以及二甲苯的三种异构体组成； (3)微生物电化学系统运行： 将完成启动的微生物电化学系统中的电极启动液更换为 待处理的芳烃污染的土壤匀浆， 保持接种比、 外电路电压和水力停留时间不变， 运行微生物 电化学系统对易挥发单环芳 香烃类化 合物进行降解并生产甲烷。 10.根据权利要求9所述的方法， 其特征在于所述的电极启动液配置方法如下： 998mL沸 腾超纯水中依次加入KCl  0.13g/L， NH4Cl 0.31g/L， NaH2PO4 2.7g/L， 和Na2HPO4 11.55g/L后 高纯氮气吹扫30 分钟， 最后依次加入1mLA溶液和1mLB溶液； 其中， A溶液为维生素溶液， 配方 为： 生物素0.02g/L， 叶酸0.02g/L， 吡哆醇酸0.1g/L， 核黄素0.05g/L， 盐酸硫胺素0.05 g/L， 氰钴胺素0.05g/L， 烟酸0.05g/L， 对氨基苯甲酸0.05g/L， 硫辛酸0.05g/L， pH  7.0； B溶液为 矿质元素溶液， 配方为： H3BO3 0.3g/L， ZnCl2 0.1g/L， CuCl2·2H2O 0.1g/L， CoCl2·6H2O  1.5g/L， Na2SeO3 0.02g/L， Na2MoO4·2H2O 0.1g/L， NiCl2·6H2O0.75g/L， Al2(SO4)3·18H2O  0.1g/L， MnCl2·4H2O 1.0g/L， pH  7.0。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115505500 A 3