[發明專利]利用植物-沉積微生物燃料電池處理污染河水的方法

在審

• 申請號: 201910113200.0
• 申請日: 2019-02-13
• 公開（公告）號: CN109704520A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 林海;董穎博;李冰;賀銀海;薛宇航
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F3/32;C02F1/46
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種利用植物?沉積微生物燃料電池處理污染河水的方法，屬于生態修復技術領域。該方法取污染河流淺灘3?5cm深處的底泥，研碎過篩后與石英砂1：1混合用作基質；然后在污染河流底泥下5?8cm處設置陽極板，將沉水植物根系通過陽極扎根在底泥中；再在水?空氣界面設置懸浮于水面的浮床浮板，在浮板上部覆蓋同尺寸同形狀的陰極板；在浮床浮板上設置種植籃，籃內添加基質，將挺水植物通過基質定植種植在浮床上；最后將陽極、陰極板用外導線和外電阻連接起來，形成電流回路。該方法空氣中的氧氣可不斷補充到陰極，同時浮床上挺水植物泌氧擴散到陰極，提高系統電能輸出的穩定性及植物?沉積微生物電池對污染水體的修復性能。

技術領域

本發明涉及生態修復技術領域，特別是指一種利用植物-沉積微生物燃料電池處理污染河水的方法。

背景技術

隨著近年來水體修復技術的發展，河流水體沉積物污染狀況成為衡量水體水質的重要因素之一。當水體環境改變，沉積物中的污染物會釋放到水體中，加重水體污染，其中底泥硫化物含量高低是衡量底泥污染狀況的重要指標之一。河流底泥大多處于還原狀態，存在大量厭氧微生物如硫酸鹽還原菌，這些微生物將硫酸鹽還原成硫化物，導致磷酸根的釋放，造成內源污染。高濃度硫化物還會威脅到水體中水生生物的生存，并對植物產生毒害作用。

污染河流修復技術可分為物理修復、化學修復和生物修復。化學修復修復周期短，速度快，但是需要大量投加化學藥劑，不能從根源上去除污染物，造成巨大的資金投入，可能造成二次污染；物理修復單獨使用時效果不佳，對環境條件等的要求比較高，一般用作前處理措施。生物修復可以在凈化污染物的同時修復生態平衡，管理維護簡單，運行成本低，無二次污染，被廣泛用于農業面源污染河流、湖泊的治理修復中。

微生物燃料電池(MFC)是一種能源與環境學科交叉延伸出的新領域，通過微生物呼吸作用將廢水中污染物質轉換成電子和質子，電子通過介質在陰陽極之間傳遞，形成電流，產生電能。在此基礎上延伸出的沉積型微生物燃料電池(SMFC)將陽極埋進沉積物中，陰極則懸浮在水-空氣界面中，SMFC取締了MFC中的膜結構，結構簡單，不需要投加電子受體，且其環境更接近自然水體，具有極大的工程潛力。

本發明在SMFC的基礎上引入沉水和挺水植物，根據植物本身的新陳代謝特性作用與SMFC有機耦合形成植物-沉積微生物燃料電池(P-SMFC)，用于原位修復水體和產能，其中沉水植物的根系分泌特征與微生物的生長發育需求耦合，提高SMFC產能的穩定性；而挺水植物根系泌氧可擴散至SMFC陰極，增加陰極區的溶解氧濃度，提高SMFC對水質的修復性能，可改善底泥氧化還原電位，從而提高原位修復效果。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種利用植物-沉積微生物燃料電池處理污染河水的方法。

該方法包括步驟如下：

S1：取污染河流淺灘3-5cm深處的底泥，烘干研碎過篩后與石英砂按質量比1：1混合作為基質；

S2：在污染河流底泥下5-8cm處設置陽極，將沉水植物根系通過陽極扎根在底泥層中；

S3：在水-空氣界面設置懸浮于水面的浮床浮板，在浮床浮板上部覆蓋與浮床浮板同尺寸同形狀的陰極板；

S4：在浮床浮板上設置種植籃，種植籃內添加S1所制的基質，將挺水植物通過基質定植種植在浮床浮板上；

S5：將S2中設置的陽極和S3中設置的陰極板用導線連接起來，形成電流回路。

其中，S5中導線上設置電阻。

S1中基質厚度為8cm，其中石英砂粒度為2-3mm，底泥過篩20-100目。

S2中沉水植物包括金魚藻、菹草、黑藻、狐尾藻中的一種或幾種。

S4中挺水植物包括野古草、大米草、水稻、水甜茅、蕹菜、菖蒲、蘆葦中的一種或幾種。