[0051]实施例5 P-SMFC中底质全磷含量的变化
[0052]如图7所示，各处理组中全磷含量均显著降低(P〈0.05)，其中且纯植物处理组C.1和C.a的降低量显著高于带有电极的处理组(P〈0.05)，但两者之间不存在显著差异性(P>0.05)。而带有电极的处理组中，MFC-C.a的全磷降低量显著高于MFC-O和MFC-C.1(P〈0.05)，且MFC-O和MFC-C.1之间差异不显著(P>0.05)。五个处理组全磷的降低量分别达至Ij 36.11±1.81 %、35.06±0.36% ^ 40.36±0.72%,64.36±2.05 % 和 67.63±1.21 %。基于风车草的处理组和基于美人蕉的处理组在电极存在时差异显著(P〈0.05)，而电极不存在时没有显著差异性(P>0.05)。全磷的减少量与有机质的降解量具有良好的线性负相关关系，相关系数达0.888，系统产电能减少底质磷的释放。
[0053]实施例6 P-SMFC中底质重金属含量的变化
[0054]五个处理组中底质重金属Cu、Cd、Cr、Zn和Pb的含量变化如图8所不。五种重金属含量较原底泥中均有所降低。不管是哪种金属，均表现为:纯植物处理组C.1和C.a中重金属的降低量显著高于带有电极的处理组(P〈0.05)。除Cu和Pb之外，其余金属分别在MFC-0、MFC-C.1和MFC-C.a三个处理中的含量变化也不存在显著差异(P>0.05)。在有电极和无电极两种情况下，基于风车草的处理组与基于美人蕉的处理组中各种重金属的含量变化差异不显著(P>0.05)。在与阳极不同距离处，五种重金属在各个处理组中均表现出随着距离的增大，降低量增大的趋势，而在同一个距离范围内，不同的处理组种五种重金属的含量变化均差异不显著(P>0.05)。结果显示，产电系统对底泥中的重金属有明显的稳定化/固化作用，减少其向上覆水中的释放。
[0055]实施例7 P-SMFC对废水的处理
[0056]本发明所构建的P-SMFC净化系统除了对底泥有修复作用之外，还能处理废水。人工废水主要污染物浓度:COD 966.67±8.22mg.L-1、氨氮6.20±1.40mg.L-1、TP
11.13±0.29mg.L_l。监测启动四个周期内P-SMFC系统对C0D、氨氮和总磷的去除效果。
[0057](I) P-SMFC对上覆水COD的去除效果
[0058]图9显示的是P-SMFC在启动的四个周期内对COD的去除效果。从图中可以看出，每个周期的开始，COD较原水浓度有增加的趋势，出现了负的去除率，这可能是因为上覆水的加入对底泥造成扰动，促进了底泥中有机物向水体中的释放。经过第一周期，MFC-0、MFC-C.1、MFC-C.a、C.1、C.a 对 COD 的去除率分别达到 37.3±2.5%、52.6±5.4%,58.3 ± 8.5 %、55.3 ± 7.4 %、60.4 ± 6.4 %。并且对COD的去除率均呈现出上升的趋势，到第四周期结束分别达到 63.8±2.4%,93.4±2.7%,95.9±2.5%,90.8±3.3%,92.3±5.
[0059](2) P-SMFC对上覆水氨氮的去除效果
[0060]在P-SMFC系统中，植物通过泌氧的方式在根际区形成很多好氧-缺氧-厌氧微区，有利于硝化和反硝化作用的进行；植物本身通过同化吸收水体中的氮素来制造生命物质；植物庞大的根系系统为吸附氮素提供了良好的场所；表层底泥中丰富的微生物亦为氮素的去除作出贡献。图10为P-SMFC启动的四个周期内五个处理组对氨氮的去除效果。
[0061]从图10可以看出，在启动初期，五个处理组对氨氮的去除率都较低，其中除MFC-O对氨氮的去除保持一直上升的趋势外，其余四个处理组均出现不同程度的氨氮增加的情况。在四个周期中，MFC-O处理组对氨氮的去除率均为五个处理组中最高，最大可达 98.6±0.3 %,明显高于 MFC-C.1 (60.8±6.8 % )、MFC-C.a(76.8±6.8 % )、C.1(85.5±3.3% )和 C.a(90.5±3.6% )。
[0062](3) P-SMFC对总磷的去除效果
[0063]图11是P-SMFC启动期间五个处理组对总磷的去除效果。在启动初期，由于植物出现枯叶现象，向水中释放磷，导致总磷稍有增加，因而去除率低。随着植物对环境的适应，植物逐步生长，且植物对磷的吸收作用有所增强，各带有植物的处理组对磷的去除率开始上升。但由于秋冬季节温度不高，植物对磷的同化吸收作用受到限制，因为整体去除率不高。与氨氮的去除类似，MFC-O对TP的去除效果最好，最高可达83.8±7.1%，明显高于处理组 MFC-C.1(38.0±5.8% )、MFC-C.a(56.5±3.7 % )、C.1(48.0±1.4% )和C.a(64.7±2.I % )，且 MFC_0>C.a>MFC_C.a>C.1>MFC_C.1。基于风车草的处理组 MFC-C.a和C.a表现出比基于美人蕉的MFC-C.1和C.1更高的去除率。
[0064]从上述实施例可以看出，与沉积物微生物燃料电池相比，本发明提供的浮床植物耦合沉积物微生物燃料电池产电能力更好，有机物处理能力越强，对沉积物污染和上覆水污染的修复能力更好。
【主权项】
1.一种浮床植物耦合沉积物微生物燃料电池的水质净化方法，其特征在于，将生态浮岛与微生物燃料电池相结合， 其中，生态浮岛是将浮床植物利用浮体种植于以黑臭河涌底泥或城市污泥为底质的受污染的上覆水中。2.如权利要求1所述的一种浮床植物耦合沉积物微生物燃料电池的水质净化方法，所述浮床植物主要包括风车草、美人蕉、元宝草等，将其与浮体、种植篮首先构成生态浮岛，置于上覆水中。3.如权利要求1所述的一种浮床植物耦合沉积物微生物燃料电池的水质净化方法，其特征在于，所述微生物燃料电池由炭毡阳极、石墨盘阴极及连接导线组成，并与一变阻箱连接形成闭合回路。4.如权利要求1所述的一种浮床植物耦合沉积物微生物燃料电池的水质净化方法，其特征在于，所述上覆水为含有一定盐度的水，河涌底泥为受污染黑臭河涌底泥并拌入一定量的沼渣。5.如权利要求3所述的一种浮床植物耦合沉积物微生物燃料电池的水质净化方法，其特征在于，所述炭毡阳极由两片活性碳纤维毡和一片铜箔组成，将铜箔平铺置于两片碳毡中间，然后以纳鞋底的方式将四根铜丝引向碳毡中央，将重遇后的铜丝扭成一股，形成连接阳极的导线。6.如权利要求3所述的一种浮床植物耦合沉积物微生物燃料电池的水质净化方法，其特征在于，连接阴极石墨盘的导线将从石墨盘中央穿出。7.如权利要求3所述的一种浮床植物耦合沉积物微生物燃料电池的水质净化方法，其特征在于，所述炭毡阳极置于底泥表层以下5-lOcm。8.如权利要求3所述的一种浮床植物耦合沉积物微生物燃料电池的水质净化方法，其特征在于，所述石墨盘阴极置于上覆水体离底泥表层5-10cm。
【专利摘要】本发明涉及一种微生物燃料电池水质净化方法，特别涉及生态浮岛与微生物燃料电池的耦合，可应用于受污染河道、湖泊以及公园、小区等景观水体的生态修复，属于环境工程中水体污染修复领域。本发明以黑臭河涌底泥或城市污泥为底质、以炭毡做阳极、石墨盘为阴极，构建SMFC；然后引入浮床植物，利用浮体种植于上覆水体中，构成浮床植物-沉积物微生物燃料电池(P-SMFC)。结合浮床植物的根系分泌特征，其根系分泌物为根际微生物提供养料；同时根系径向泌氧使得根际区形成很多好氧区,植物根区分泌的氧气可扩散至SMFC阴极，增加阴极区溶解氧浓度，提高SMFC对沉积物污染及上覆水污染的修复性能。
【IPC分类】C02F3/32, C02F101/16, C02F3/34, H01M8/16
【公开号】CN105236576
【申请号】CN201510581377
【发明人】张太平, 陈满英, 扈华庚, 王健, 朱娟平, 黄永芳
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月14日