[發(fā)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(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810048425.8
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108339846A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)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(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11259
• 代理人: 邱應鳳

本發(fā)明公開了一種燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括微生物燃料電池、數(shù)據(jù)采集調控裝置和土壤電動力學修復裝置。數(shù)據(jù)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，數(shù)據(jù)采集調控裝置用于采集微生物燃料電池產(chǎn)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。本發(fā)明利用微生物燃料電池處理有機廢水，在處理廢水的同時產(chǎn)生電能用于去除土壤中的重金屬，本發(fā)明不會破壞土壤的結構，不影響土壤中有機質含量；同時數(shù)據(jù)采集調控裝置的設置，有效提高了微生物燃料電池電能的利用效率和土壤中重金屬的去除率。

技術領域

本發(fā)明屬于微生物電化學領域，具體涉及一種燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統(tǒng)和方法。

背景技術

目前我國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，對人們的生產(chǎn)生活造成了嚴重的影響。近年來，不斷發(fā)生的“血鉛”、“鎘米”和“砷毒”事件，使得土壤重金屬污染受到了廣泛關注。根據(jù)《全國土壤污染狀況調查公報》(2014)，全國土壤總的超標率為16.1％，污染類型以重金屬為主，重金屬污染物的超標點位數(shù)占全部超標點位的82.8％，其中鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種重金屬污染物點位超標率分別為7.0％、1.6％、2.7％、2.1％、1.5％、1.1％、0.9％、4.8％。因此開發(fā)一種環(huán)境友好、投入成本低、操作簡便的污染土壤治理技術，對實現(xiàn)修復重金屬污染土壤具有重要意義。

微生物燃料電池(MFC)是一種利用微生物作為催化劑，直接將有機物的化學能轉化為電能的裝置。陽極上附著的微生物將有機質氧化，并將電子傳遞給陽極，電子通過外電路傳遞至陰極，并最終與氧氣、質子反應生成水。在這個過程中，有機質被降解，其中的化學能轉化為電能。市政的污水、人畜糞便等有機質都可作為MFC燃料。將MFC應用到修復重金屬污染土壤，在處理有機廢水的同時獲得的電能用于去除土壤中的重金屬，是緩解當前能源危機和解決土壤以及水環(huán)境問題的有效途徑。

經(jīng)檢索，中國專利申請?zhí)枮?01410747630.5，申請公布日為2015.05.20的專利申請文件公開了一種在土壤中建立的微生物燃料電池去除重金屬的系統(tǒng)和方法，該發(fā)明利用微生物燃料電池去除重金屬的特點，在土壤中建立微生物燃料電池，對土壤中的重金屬進行去除富集。其不足之處是土壤中的有機質在陽極被降解后，易造成土壤肥力下降，不利于土壤后續(xù)耕種，土壤環(huán)境中有機質組分和含量的不同對MFC產(chǎn)電性能也會產(chǎn)生顯著影響，土壤中存在的重金屬也會對產(chǎn)電菌產(chǎn)生毒害作用。此外，產(chǎn)電過程中需維持陽極的嚴格厭氧環(huán)境，操作維護繁瑣。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的缺點，提供一種燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統(tǒng)和方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一個技術方案是：

一種燃料電池處理有機廢水同步修復土壤重金屬的系統(tǒng)，包括微生物燃料電池、數(shù)據(jù)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(qū)和陽極處理區(qū)，所述陰極處理區(qū)和陽極處理區(qū)內為待修復的污染土壤，所述陰極處理區(qū)和陽極處理區(qū)內分別設有陰電極和陽電極，所述陰極處理區(qū)與陽極處理區(qū)之間通過陽離子選擇性透過膜相間隔；

所述數(shù)據(jù)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極單元和陽極單元，所述數(shù)據(jù)采集調控裝置用于采集微生物燃料電池產(chǎn)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。