[發明專利]一種基于生物電化學及光催化的污水原位處理系統及應用

有效

• 申請號: 201611249126.8
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106630429B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 王榮昌;周欣逸;李樂雪;王超穎;程霞
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

本發明涉及一種基于生物電化學及光催化的污水原位處理系統，該系統包括埋設在污水河底淤泥中的陽極、布設在污水中的陰極、將陽極與陰極相連通的導線以及設置在導線上的調節電阻，所述的陰極表面上負載有光催化劑，所述的光催化劑為石墨烯。與現有技術相比，本發明將微生物燃料電池與光催化技術相結合，陰極的光催化劑石墨烯直接利用陽極降解有機物傳來的電子，和石墨烯吸附的氧氣結合生成活性氧物種，可原位對受污染水體中的有機污染物進行氧化降解，可直接置于受污染水體中原位修復，兼具污染物處理和產電功能，具有很好的開發運用前景。

技術領域

本發明屬于污水處理技術領域，涉及一種基于生物電化學及光催化的污水原位處理系統及應用。

背景技術

現今，自然環境中大量有機污染物的流入會導致湖塘、河水中溶解氧(DO)下降，水質變渾濁，透明度下降，散發腥臭味，進而影響水體感官環境質量；用作飲用水源時，其中含有的各類藻類毒素會影響人體健康；同時，還會加劇水資源的危機，造成經濟損失。目前，常用的水體修復技術按照修復的地點可分為原位修復和異位修復兩大類，按照修復的技術手段又可分為物理法、化學法、生物法三大類。其中，原位修復技術是指在借助特定的技術手段下，在受污染的區域直接對環境進行修復的方法。與將污染物轉移到其它位置后，再進行處理的異位修復技術相比，原位修復工程量較小，節省了運輸成本，對生態環境的影響也更小。

微生物燃料電池(MFCs)是一種以微生物為催化劑，將化學能直接轉化為電能的裝置，是一種新型清潔能源生產技術。MFC可以通過陽極產電生物膜降解廢水中有機物獲得持續電能，對廢水中的能源實現有效回收。

近年來，光催化技術在環境治理上有著極其誘人的應用前景，具有其他處理方法所無法代替的優勢。它穩定、無毒、活性高，利用廉價、清潔的太陽能，可以無選擇性礦化幾乎所有的有機污染物，并能還原去除多種過渡金屬離子。光催化技術的原理是依據強氧化性的光生空穴與污染物發生初級反應，繼而誘導分子氧等系列活性氧物種參與發生各種氧化反應，最終將污染物氧化分解運用。

石墨烯是一種由單層碳原子組成的六方蜂巢狀二維結構的新型炭質材料，是自然界已知材料中最薄的一種。由于石墨烯特殊的結構、高比表面積以及優異的導熱性能和室溫下高速的電子遷移率，使其自2004年首次報道后，就引起了科學界的極大興趣，掀起了石墨烯研究的熱潮。石墨烯材料具有典型的半導體特性，被認為是一種比較有前途的新型非金屬催化劑，應用于大量的催化反應中。目前，關于石墨烯和其它半導體復合體系光催化性質的研究較多，研究結果表明石墨烯更容易使電子轉移，從而使半導體在光催化反應中更有效地分離電荷，光催化活性顯著增強。

目前，微生物燃料電池用于受污染水體或底泥的原位修復相關技術已有出現。

例如，申請公布號為CN 104176836 A的中國專利公開了一種原位修復污染水體和底泥的微生物電化學裝置及原位修復污染水體和底泥的方法，主要由陰極、陽極、第一導線、第二導線、充放電裝置組成，通過將微生物電化學裝置的陽極置于受污染底泥中，陰極置于受污染底泥上層污染水體中，使用第一導線和第二導線將陰極、陽極分別與充放電裝置的負極和正極相連接，運行時間為18d，得到去除污染物的水體和去除污染物的底泥。該發明可用于原位修復污染水體和底泥。

申請公布號為CN 104829076 A的中國專利公開了一種受污染水體中黑臭底泥資源化處理的裝置，該裝置是以黑臭底泥、EM菌作為陽極底物，以河水或pH＝7的磷酸鹽緩沖液作為陰極電解液，石墨板或碳纖維布作為電極材料，外電路由銅導線和可變電阻連接而成，構建沉積型微生物燃料電池。該處理方法使受污染水體中的底泥黑臭問題得到了解決，產電能力方面也具有很大的提升空間。

上述的專利技術方案均是將微生物燃料電池用于底泥或受污染水體的原位修復，但或采用外部充放電裝置，這會增加能耗，或只能解決底泥原位修復的問題，沒有考慮到受污染水體的修復，均存在一定的局限性。

發明內容