[發明專利]燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統和方法

在審

• 申請號: 201810048425.8
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108339846A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 周駿;由曉剛;宮磊;孫荃
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: B09C1/08
• 分類號: B09C1/08;B09C1/02;C02F3/34;C02F101/30
• 代理公司: 北京金碩果知識產權代理事務所(普通合伙) 11259
• 代理人: 邱應鳳

1.一種燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統，其特征在于，包括微生物燃料電池、數據采集調控裝置和土壤電動力學修復裝置；

所述微生物燃料電池設有陽極室和陰極室，所述陽極室和陰極室內分別設有陽極單元和陰極單元，所述陽極室內設有活性污泥，所述陰極室內設有電解液，所述陽極室和陰極室之間通過質子交換膜相間隔，所述陽極單元和陰極單元外端通過導線連接外電阻，所述陽極室設有廢水入口和廢水出口，所述陰極室設有通氣口和出水口；

所述土壤電動力學修復裝置設有陰極處理區和陽極處理區，所述陰極處理區和陽極處理區內為待修復的污染土壤，所述陰極處理區和陽極處理區內分別設有陰電極和陽電極，所述陰極處理區與陽極處理區之間通過陽離子選擇性透過膜相間隔；

所述數據采集調控裝置一端通過導線分別連接陽極單元和陰極單元、另一端通過導線分別連接陰電極和陽電極，所述數據采集調控裝置用于采集微生物燃料電池產生的電壓信號，以及調控所述土壤電動力學修復裝置接收的電流大小。

2.根據權利要求1所述的燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統，其特征在于：所述陽極單元包括導電材料和附著材料，所述附著材料附著在導電材料外表面，所述附著材料為碳納米管或石墨烯。

3.根據權利要求1所述的燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統，其特征在于：所述陰極單元包括導電材料和催化劑，所述催化劑附著在導電材料外表面，所述催化劑為MnO₂。

4.根據權利要求2或3所述的燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統，其特征在于：所述導電材料為碳紙、網狀玻璃碳或石墨棒。

5.根據權利要求1所述的燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統，其特征在于：所述數據采集調控裝置包括數據采集卡、單片微控制器、充電控制電路、蓄電池和放電控制電路，所述數據采集卡通過導線分別連接陽極單元和陰極單元，所述數據采集卡用于采集微生物燃料電池產生的電壓信號；所述充電控制電路一端連接微生物燃料電池電路，另一端連接蓄電池，所述充電控制電路用于將微生物燃料電池產生的電能儲存至蓄電池中；所述放電控制電路一端分別于微生物燃料電池電路和蓄電池連接，另一端連接土壤電動力學修復裝置，所述放電控制電路用于將微生物燃料電池產生的電能直接傳輸至土壤電動力學修復裝置，以及將蓄電池存儲的電能傳輸至土壤電動力學修復裝置；所述單片微控制器一端連接蓄電池，另一端連接放電控制電路，所述單片微控制器用于調控土壤電動力學修復裝置接收的電流大小。

6.根據權利要求1所述的燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統，其特征在于：所述土壤電動力學修復裝置頂端設有淋洗裝置，所述淋洗裝置包括淋洗液室和噴淋管，所述淋洗液室內設有與重金屬絡合的淋洗液，所述淋洗液室與噴淋管相通，所述噴淋管表面設有數個噴孔。

7.根據權利要求6所述的燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統，其特征在于：所述淋洗液內含有重金屬絡合劑，所述重金屬絡合劑為乙二胺二琥珀酸、乙二胺四乙酸、檸檬酸、鼠李糖脂中的一種或幾種。

8.利用權利要求1、2或3所述系統進行有機廢水處理同步修復土壤重金屬的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)將有機廢水通過廢水入口導入陽極室，陽極室內的活性污泥將有機廢水氧化并產生電子和質子；

2)陽極單元吸附電子，并將電子通過導線傳遞給陰極單元，質子通過質子交換膜傳遞到陰極室，在陰極室內電子與質子同時在氧氣的參與下發生電極反應生成水，完成產電功能的全過程；

3)所述數據采集調控裝置采集微生物燃料電池產生的電壓信號，并進行數據處理和存儲，以及調控電動力學土壤修復裝置接收的電流大小，使電流密度不小于20mA/m²；

4)電動力學土壤修復裝置中的陰電極和陽電極通過導線獲得電流，并產生電場，使得土壤中的重金屬在電場的作用下從陽電極向陰電極發生遷移，并透過陽離子選擇性透過膜，在陰電極富集，定期將陰電極抽出回收重金屬。

9.根據權利要求8所述的有機廢水處理同步修復土壤重金屬的方法，其特征在于：所述活性污泥為乙酸鈉模擬廢水馴化培養的消化污泥。