一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法。

背景技术：

微生物染料电池(microbialfuelcell，简称mfc)是一种可以将废水中有机物换成电能的新型可再生能源装置，在分解有机污染物同时获得电能，作为一种新型能源成为当前研究的热点。mfc按有无质子交换膜可分为有膜和无膜mfc两种。其中，无膜mfc由于其工艺简单、成本低、电池输出功率高等特性成为近年来广大学者的关注点，其中尤以沉积物微生物燃料电池(sedimentmicrobialfuelcell，smfc)的研究为突出。

smfc是一种典型的无膜mfc，是在电化学技术基础上发展起来的以微生物在阳极降解有机污染物的同时产生电能的一种装置。smfc的构型使其可以应用于自然水体-沉积物环境，其在降解沉积物中的有机物时，可以输出功率，实现了从化学能到电能的高效转化。有研究表明，在smfc驱动低能耗传感器的运行过程中，阳极埋于厌氧环境的沉积物中，阴极悬浮于上层好氧水体中，两者通过一个电容器相连，形成闭合回路，此电容器间断储能、放能，相当于一个供电器，可以为远程的传感器供电。smfc除了可以供能之外，这种无膜mfc同样可以将自然环境中的有机物氧化降解，可以将其应用于有机质含量丰富的河流或湖泊环境、海洋环境或厌氧反应器的底部，利用阳极室中的氧化反应将这些环境中的有机物进行降解处理，因此具有更为广阔的前景。

smfc克服了传统污染物生物处理过程的缺点，其最大的优势在于处理污染物的同时可以获得电能，从而抵消处理过程中的部分运行成本。虽然smfc能很好的去除沉积物中的有机物，但总体去除效果不佳，对于水中硝酸盐氮的去除效果有待提高。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法，有效提高水体中有机污染物的降解率，低成本、高效。

一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法，步骤如下：

(1)将微生物燃料电池的阴极浸没于水体上层水相中，阳极放置于水体沉积物中，阴极和阳极之间通过导线和电阻相连接；

(2)将太阳能转化装置通过浮床安置于水体水面上；

(3)将太阳能转化装置通过导线与微生物燃料电池的阴极相连。

优选地，步骤(1)中，阴极采用的导电材料为碳布、不锈钢纤维、不锈钢丝网中的任意一种。

优选地，步骤(1)中，所述阳极采用的导电材料为碳布、不锈钢纤维、不锈钢丝网中的任意一种。

优选地，步骤(1)中，电阻为10-1000欧姆的可调电阻。

优选地，步骤(1)中，阳极置于沉积物表层以下5-10cm。

优选地，步骤(2)中，太阳能转化装置包括太阳能板和太阳能转化模块。

有益效果：本发明提供了一种低成本、高效的污染水体修复方法，是利用太阳能增强smfc降解有机污染物的能力，其强化生物电化学的电子转移机制如下：首先，高导电电极与太阳能转化装置相连接，持续不断的提供电子，加快水体中有机物降解过程的电子提取；其次，有机物降解过程产生的电子只有少部分被微生物自身利用，其余大部分可通过电极传输产生电能，因此，在微生物降解有机物的过程中强化电子的接受和转移，将会进一步刺激微生物，提高有机物的生物降解速率。本方法可有效提高水体中有机污染物的降解率和氨氮的去除率，改善水体水质，适用于工程应用与推广。

附图说明

图1为本发明强化生物电化学原位污染水体修复的方法的示意图；图中1-阴极，2-阳极，3-水体，4-沉积物，5-电阻，6-水面，7-浮床，8-太阳能转化装置，8.1-太阳能板，8.2-太阳能转化模块。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本发明提出的一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法，步骤如下：

(1)将微生物燃料电池的阴极1浸没于水体3上层水相中，阳极2放置于水体沉积物4中表层以下5cm，阴极1和阳极2之间通过导线和电阻5相连接，其中，阴极1采用的导电材料为碳布，阳极2采用的导电材料为不锈钢纤维，电阻5为10-1000欧姆的可调电阻；

(2)将太阳能转化装置8通过浮床7安置于水体水面6上，此处，太阳能转化装置8的作用是将光能转化成电能；其中，太阳能转化装置8包括太阳能板8.1和太阳能转化模块8.2，太阳能板8.1的作用是将光能转化成热能，太阳能转化模块8.2的作用则是将热能转化成电能；

(3)将太阳能转化装置8通过导线与微生物燃料电池的阴极1相连。

实施例2

本发明提出的一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法，步骤如下：

(1)将微生物燃料电池的阴极1浸没于水体3上层水相中，阳极2放置于水体沉积物4中表层以下10cm，阴极1和阳极2之间通过导线和电阻5相连接，其中，阴极1采用的导电材料为不锈钢丝网，阳极2采用的导电材料为不锈钢丝网，电阻5为10-1000欧姆的可调电阻；

(2)将太阳能转化装置8通过浮床7安置于水体水面6上，此处，太阳能转化装置8的作用是将光能转化成电能；其中，太阳能转化装置8包括太阳能板8.1和太阳能转化模块8.2，太阳能板8.1的作用是将光能转化成热能，太阳能转化模块8.2的作用则是将热能转化成电能；

(3)将太阳能转化装置8通过导线与微生物燃料电池的阴极1相连。

实施例3

本发明提出的一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法，步骤如下：

(1)将微生物燃料电池的阴极1浸没于水体3上层水相中，阳极2放置于水体沉积物4中表层以下8cm，阴极1和阳极2之间通过导线和电阻5相连接，其中，阴极1采用的导电材料为不锈钢纤维，阳极2采用的导电材料为碳布，电阻5为10-1000欧姆的可调电阻；

(2)将太阳能转化装置8通过浮床7安置于水体水面6上，此处，太阳能转化装置8的作用是将光能转化成电能；其中，太阳能转化装置8包括太阳能板8.1和太阳能转化模块8.2，太阳能板8.1的作用是将光能转化成热能，太阳能转化模块8.2的作用则是将热能转化成电能；

(3)将太阳能转化装置8通过导线与微生物燃料电池的阴极1相连。

实施例4

本发明提出的一种强化生物电化学原位污染水体修复的方法，步骤如下：

(1)将微生物燃料电池的阴极1浸没于水体3上层水相中，阳极2放置于水体沉积物4中，阴极1和阳极2之间通过导线和电阻5相连接，其中，阴极1采用的导电材料为碳布，阳极2采用的导电材料为碳布，电阻5为10-1000欧姆的可调电阻；

(2)将太阳能转化装置8通过浮床7安置于水体水面6上，此处，太阳能转化装置8的作用是将光能转化成电能；其中，太阳能转化装置8包括太阳能板8.1和太阳能转化模块8.2，太阳能板8.1的作用是将光能转化成热能，太阳能转化模块8.2的作用则是将热能转化成电能；

(3)将太阳能转化装置8通过导线与微生物燃料电池的阴极1相连。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。