[實用新型]一種微生物燃料電池修復城市感潮河涌黑臭底泥的植物浮床裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920497343.1
• 申請日: 2019-04-13
• 公開（公告）號: CN210261492U
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 張?zhí)?/a>;劉子丹;扈華庚;李彥培
• 申請（專利權）人: 廣州益祿豐生態(tài)環(huán)保科技有限責任公司;華南理工大學
• 主分類號: C02F11/02
• 分類號: C02F11/02;C02F11/00
• 代理公司: 廣州高炬知識產權代理有限公司 44376
• 代理人: 孫明科

本實用新型公開了一種微生物燃料電池修復城市感潮河涌黑臭底泥的植物浮床裝置，其特征在于，其由浮板、種植籃及水生植物組成，該浮板使水生植物、種植籃懸浮在設定高度的水體中，形成植物浮床陽極；將一碳氈陰極貼合在植物浮床裝置的種植籃上、二者相互接觸，該裝置使該碳氈陰極懸浮與于設定的水體高度范圍內，同時該植物浮床陽極與碳氈陰極相耦合，形成植物床?微生物燃料電池耦合系統(tǒng)I，實現對城市感潮河涌黑臭底泥的產業(yè)化、規(guī)?；?、持久化、生態(tài)化持續(xù)性修復。本實用新型結構簡潔，其施工低成本、范圍大、速度快、持續(xù)時間長，且無需人工看護。

技術領域

本實用新型涉及環(huán)境污染治理技術領域，尤其涉及一種微生物燃料電池修復城市感潮河涌黑臭底泥的植物浮床裝置。

背景技術

城市感潮黑臭河涌底泥，即河涌底部的沉積物，是各種污染物的匯集地，如重金屬、有機化學品和營養(yǎng)物質。隨著工業(yè)的快速發(fā)展及人口的迅速增長，大量工業(yè)、農業(yè)污染物通過大氣沉降、廢水排放、雨水淋溶與沖刷進入到水體中，由于河流本身的調蓄作用弱、納污能力小、載污能力不夠，污染物超過了河流的自凈能力，污染物不斷聚集，其中相當一部分會累積在底泥中，使底泥受到污染對水生生態(tài)系統(tǒng)造成威脅，河流水質惡化并散發(fā)出惡臭，導致周邊環(huán)境十分惡劣，對人類健康產生不利影響。目前水體底泥的修復技術主要包括原位修復(如掩蔽技術、植物及微生物修復技術、投加絮凝劑及還原劑等)和異位修復(底泥疏浚、氣充氧、固化填埋及堆肥等)，用的最多的是底泥疏浚，但其處理成本高、工程量大、在處理過程中會對周邊環(huán)境產生很大影響且疏浚底泥還需進行額外的無害化處理處置，其他的物理化學處理處置方法也各自存在一定的問題。

而將微生物燃料電池MFCs技術引入底泥污染治理領域，在修復底泥的同時回收能源，原則上可以大大降低水體底泥的處理成本，同時實現對底泥的資源化利用，無疑是水體底泥處理理念的重大革新，具有明顯的創(chuàng)新意義和實用價值。

現有技術中，利用海底沉積物中的有機物進行發(fā)電，被稱為“無人看守海底發(fā)電機”，基于沉積物微生物燃料電池(SMFC)的水體污染修復技術逐漸發(fā)展起來。在SMFC中，陽極通常置于缺氧的水底沉積物，而陰極則懸于陽極上方的含氧水中，陰陽極之間以導線相連，并接一電阻構成閉合回路。在厭氧微生物的催化作用下，沉積物中的有機物在陽極區(qū)被氧化，產生的電子透過細胞膜傳遞到陽極，再經外電路轉移至陰極。另一方面，氧化過程中產生的氫離子則通過上覆水-沉積物界面?zhèn)鬟f到陰極區(qū)，上覆水中的溶解氧接受電子后與氫離子結合生成水，完成氧氣的還原過程。在SMFC中，陽極作為電子受體接受微生物氧化有機物過程中產生的電子，因而可以加速沉積物中有機物的去除，同時產生電流。大部分沉積物微生物燃料電池的研究集中在海洋環(huán)境中，而淡水河流中的研究比較少。這是因為海水具有比淡水高的電導率。在20℃下，海水的電導率可達到50000μS·cm^-1，而淡水的電導率僅為500μS·cm^-1。由于電解質的電導率是影響MFC內阻的重要因素之一，電導率越高，內阻越小，因而海水SMFC能夠產生比淡水SMFC更高的電量。

因此，在淡水型流域利用SMFC的污染治理中，如何大面積、低成本、持續(xù)可靠的提高淡水的電導率，尤其是對于接近底泥的上覆水的電導率，一直是一個難以克服的技術難題。

現有研究評估了SMFC在產電的同時對沉積物中有機物質的去除能力。有人以多孔石墨電極運行SMFC，160天后，陽極1cm范圍內的總有機質含量下降了30％，而距離陽極較遠處及開路狀態(tài)下有機質含量幾乎沒變化。這說明在閉合狀態(tài)下SMFC氧化沉積物有機物的能力得到提升。另外，沉積物中有機物的降解與電流的形成是相一致的，電流越大則表明有機物降解越多。雖然SMFC適用于對沉積物的修復，但其產電能力和污染物去除能力仍然受到電極間距大、陰極氧氣利用率低等限制。因此，如何在流域污染治理中，克服電極間距大、陰極氧氣利用率低等限制，也是急需解決的技術問題。