一种电动力-燃料电池耦合装置修复复合污染土壤的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种污染物的净化装置和处理方法，特别地设及一种电动力-微生物 电池禪合装置修复复合污染±壤的方法，属于环境保护和污染防治与治理领域。
【背景技术】
[0002] 目前，随着我国工业和农业的快速发展，人们生活水平在日益提高的同时，也造成 了十分严重的±壤污染。而±壤污染又反过来对农产品、地下水、生态环境及人体健康等产 生了很大的威胁。
[0003] 因此，加强对污染±壤的治理已经刻不容缓，寻找一种快捷、低能耗、效率高的污 染±壤的修复方法具有十分重要的现实意义。
[0004] 目前，传统污染±壤的修复技术主要有化学法、物理法和生物修复法等。其中化学 和物理法成本较高，且容易对±壤的理化性质造成严重的不利影响。生物修复法具有成本 较低，操作简单、无二次污染等优点，因此具有非常好的应用前景。
[0005] 而对于深层或淹水的污染±壤、污泥或沉积物而言，由于缺乏充足的氧气，缺氧或 厌氧降解是±壤有机物降解的一个重要的途径。然而在缺氧或厌氧条件下，微生物降解有 机污染物需要有硝酸盐、硫酸盐等电子受体，因此电子受体的缺乏会导致微生物降解速率 降低甚至停止。添加外源电子受体可W促进微生物厌氧降解，但是运些电子受体不是持续 的。在微生物电池的阴极，氧气因其在环境中方便易得并且产物干净环保，是一种理想的阴 极电子受体。然而如果用曝气的方法提供氧气作为电子受体，具有能耗高，氧气的溶解度低 的缺点。同时氧气很快就会被消耗。因此，该方法需要持续的人力、物力和能源向±壤或沉 积物曝气，大大增加修复成本。
[0006] 微生物电池系统是近十年来比较热口的技术，它主要利用电化学活性微生物作为 催化剂，将有机物的化学能直接转化为电能。微生物电池可W在厌氧条件下源源不断地在 阴极处为微生物提供最终电子受体，从而促进污染物在缺乏氧气、硝酸盐、硫酸盐等电子受 体的条件下得到降解。自然界广泛存在具有通过代谢功能将产生的电子传递到电极的电化 学微生物。
[0007] 因此，微生物燃料电池可在±壤、污泥、沉积物、污水、人畜粪便等多种环境中利 用。
[000引近几年，微生物电池，尤其是沉积物微生物电池因其较好的产电性能和污染物去 除效率越来越得到人们的关注。科学家对其进行了广泛深入的研究，研发出了多种微生物 电池修复方法和相应装置。
[0009] CN102386431A公开了一种±壤微生物燃料电池及修复石油控污染±壤的方法。所 述±壤微生物燃料电池由U型管和包裹于其外表面的膜电极构成，U型管为中空管且管壁均 布圆孔，膜电极自内向外包括扩散层、碳基层、阴极、催化层、玻璃纤维膜和阳极并缠绕组成 层状结构，U型管两侧的阳极和阴极通过导线自身连接，阳极与阴极之间通过导线与外接电 阻连接构成电池，U型管与膜电极之间粘接密封，U型管埋入污染±壤中的直管部分高度与 污染±层厚度相同。
[0010] CN102368559A公开了一种碱性微生物燃料电池。所述微生物燃料电池包括容器状 的电池壳体、阳极和空气阴极;所述阳极为活性炭纤维刷、碳布或碳纸，空气阴极为两面分 别涂覆聚四氣乙締扩散层和颗粒活性炭催化层的碳布集电体，且空气阴极W扩散层面向空 气、催化层面向溶液置于容器两侧;该燃料电池的电解液分为启动时的电解液和产电运行 时的电解液，其中产电运行时的电解液又分为有机物基质和有机废水两种主要成分。本发 明阴极催化材料是采用活性炭，不含任何金属催化剂，大大降低成本。在碱性条件下运行， 阴极氧还原性能得到提高，可提高有机物的能量转化效率。在高浓度有机物的条件下，电池 能稳定运行，且有机物利用率高。
[0011] CN202025824U公开了 一种有机物污染±壤原位修复的±壤微生物燃料电池装置。 所述实用新型装置包括膜阴极和阳极，膜阴极和阳极之间通过导线连接。膜阴极外边缘设 有隔水板，运样可W形成一个空腔，提供足够的浮力，使得膜阴极可漂浮在水面上，其两面 分别充分与大气和水相接触，其阳极埋于±壤中，可W方便地安装在淹水±壤中，就地利用 淹水±壤中的有机污染物为燃料，进行氧化降解，生成C〇2和水等无害物质，实现±壤的原 位修复。
[0012] CN102500610A公开了一种成本低廉、实用有效、绿色环保的利用产电微生物和植 物光合作用联用的植物-±壤微生物燃料电池系统。它包括阳极电极、阴极电极W及连接阳 极电极和阴极电极的外电路，还包括植物，所述的阳极电极置于植物根部周围的±壤内，所 述的阴极电极置于±壤表面。本发明主要W植物光合作用生产并释放到根部的有机质为燃 料，避免了产电微生物W污水中有机质为燃料时，有机质对产电微生物的抑制作用，从而导 致产电效率低的问题。同时本发明W植物作为燃料供应者，实现植物固碳-分泌有机质-产 电的能源的循环利用，实现了燃料的绿色供给。
[0013] 如上所述，虽然人们研发了多种微生物电池修复污染±壤的方法，但均存在一些 缺点，例如：1、在微生物燃料电池的阴极介质中，氧气在中性条件下发生还原反应的动力学 系数较低，从而限制了其作为阴极最终电子受体的使用，制约着整个反应的反应速度;2、微 生物燃料电池内阻较大，降低了输出功率，阻碍微生物燃料电池的降解效率;3、一个阳极对 应一个阴极，由于阳极表面积有限，±壤中污染物的微生物降解受到限制;4、对于修复大面 积污染±壤，修复成本较高。
[0014] 凡此种种，导致了上述方法的应用范围和应用价值均受到了一定的限制，无法大 范围推广。
[0015] 基于运些原因，目前在污染±壤治理领域，对于新型、成本低廉、效果良好、高去除 效果的污染±壤修复装置和方法仍存有强烈需求。也正是为了解决该需求，本申请人于 2005年12月22日提交了申请号为201510970668.3、发明名称为"一种电动力与微生物燃料 电池禪合修复污染±壤的方法"的发明专利申请，该申请通过特定的电动力-微生物燃料电 池禪合装置，可W对有机物污染和/或重金属污染±壤进行修复，并可W取得良好的修复效 果。
[0016] 但其中对于重金属的修复而言，仍需要进一步提高重金属的脱除率，发明人一直 在进行相关研究，力图研发出复合污染±壤的新型修复方法，最大程度地提高有机物和重 金属尤其是重金属的脱除率。运不但是目前±壤修复领域的一个研究重点和热点，更是本 发明得w完成的动力所在和基础所倚。
【发明内容】
[0017] 为了最大程度地提高有机物污染去除和重金属污染去除的复合污染±壤修复方 法，W及研发修复复合污染±壤的新型方法，本发明人从实际应用出发，对微生物燃料电池 修复复合污染±壤的方法进行了大量的深入研究，在付出了创造性劳动后，从而完成了本 发明。
[0018] 具体而言，第一个方面，本发明主要设及一种电动力-燃料电池禪合装置修复复合 污染±壤的方法，所述方法包括如下步骤：
[0019] 81:制作测试±样
[0020] 向±样槽中装入污染±壤，并插入两个带孔的中空电极筒，分别连接直流电源的 正极和负极，作为电动力阳极下简称为EK阳极)和电动力阴极下简称为EK阴