CN105152358A - 基于smfc和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法 - Google Patents

基于smfc和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105152358A
CN105152358A CN201510583010.7A CN201510583010A CN105152358A CN 105152358 A CN105152358 A CN 105152358A CN 201510583010 A CN201510583010 A CN 201510583010A CN 105152358 A CN105152358 A CN 105152358A
Authority
CN
China
Prior art keywords
green algae
smfc
water
filamentous green
anode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510583010.7A
Other languages
English (en)
Inventor
翟洪艳
季民
刘伯约
陈鑫露
汪绍波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201510583010.7A priority Critical patent/CN105152358A/zh
Publication of CN105152358A publication Critical patent/CN105152358A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法。首先，选用碳材料作为阳极和阴极；将阳极埋于沟渠或河道的沉积物中，将阴极贴伏于沟渠或河道的内坡面上；再将小功率用电器串联在阴极和阳极之间；最后将大型丝状绿藻接种在阴极表面；本系统可以通过SMFC，利用微生物分解沉积物中有机污染物的同时生产电能，有机物分解产生的无机碳供给大型丝状绿藻生长。大型丝状绿藻对水中氮磷有较强的去除效果，并且对形成水华的微型藻有很强的化感抑制作用。丝状绿藻通过光合作用生成大量氧气，不仅有利于SMFC的产电效率，更能够增加水体的溶氧。并且，大型丝状绿藻较微藻更易于固定、分离和回收，不易产生二次污染。

Description

基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法
技术领域
本发明涉及一种水利工程生态河道修复，尤其涉及一种沟渠或河道的富营养化水体的修复。
背景技术
我国每年生产大量的生活和工业污水，许多污水未达标便排放至湖泊河流中使其富营养化。河流湖泊的富营养化会使水体爆发水华，发臭，使水体严重恶化。富营养化水体修复是水污染防治领域长期未能解决的问题，与此同时，在河湖水体抑制微型藻的生长也未能得到有效的解决，致使我国地表水水华爆发频率日益增加。
沉积物微生物燃料电池(SMFC，SedimentMicrobialFuelCell)是一种新型生物电化学系统，是在电化学技术基础上发展起来的以微生物在阳极降解有机污染物的同时产生电能的一种装置。SMFC克服了传统污染物生物处理过程的缺点，其最大的优势在于处理污染物的同时可以获得电能，从而抵消处理过程中的部分运行成本。虽然SMFC能很好的去除沉积物中的有机物，但是对于水中氮磷的去除效果不佳。为了提高SMFC对水体氮磷的去除效果，常常将SMFC与其他的氮磷去除手段联合使用。
生活污水脱氮除磷技术中主要通过细菌和微型藻(Chlorellavulgaris、Scenedesmusdimorphus、Spirulinaplatensis)等微生物完成。微型藻类需要固定化后才有使用价值，且微型藻容易泄漏，导致重新污染水体。大型丝状绿藻是典型的着生藻类生物。比微型藻更加容易生长，且用于污水处理后，由于其个体大，易附着等特性，更加容易与污水分离。
并且，大型丝藻对易引起水华的微型藻有化感作用，对微型藻活性有很强的抑制作用。同时，未来有可能代替污水处理厂的加氯预氧化灭活藻细胞工序的作用。这样就有可能在水厂取消加氯预氧化工艺，从而降低消毒副产物的产生。
大型丝状绿藻在光照充足的条件下，经过光合作用产生大量氧气，既有利于富营养化水体的水质改善，更为SMFC的阴极提供了充足的电子受体；同时，SMFC阳极分解有机物产生的CO2为大型丝状绿藻的生长繁殖提供了良好的养料。
其次，藻类和SMFC共同提高了水体的pH值，较高的pH值对水体中大肠杆菌等细菌有很好的杀菌作用，减少了水体有害细菌的滋生，有助于改善水体的微生物环境。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法是一种全新的，可行的，并且经济实用的方法。本发明适用范围非常广泛，在确保河道，沟渠，湖泊等水体行洪设计的前提下，利用大型丝状藻类和SMFC构建生态水体环境，在优化了水质，去除了沉积物中的有机污染物的同时，又产生了可供利用的电能。本发明在城市河道，自然湖泊，农村沟渠的生态建设，富营养化水体的水质改善等方面前景广阔。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法，步骤如下：选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阳极和阴极；将阳极填埋于沟渠或河道内的沉积物中，所述阳极距沟渠或河道内泥水界面3～10cm；将阴极贴伏于沟渠或河道的内坡面上、并且完全沉浸在水体中；将小功率用电器或是电能储存器或是电阻通过导线串联在阴极和阳极之间；将大型丝状绿藻按照接种密度为1-10mg/cm2均匀地固定接种在所述阴极的表面，所述大型丝状绿藻是刚毛藻、丝藻和水棉中的一种或几种。
本发明基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法，其中，所述阴极表面上涂有铂碳催化剂。所述小功率用电器的功率为1mW至100mW。所述小功率用电器是原位水质监测仪器。所述电阻是10至2000欧姆的可调电阻或固定阻值电阻。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用本发明方法可以通过SMFC的阳极将微生物氧化沉积物中有机污染物的同时生产电能，利用电化学系统将有机污染物分解产生的无机碳供给大型丝状绿藻生长。大型丝状绿藻对水中氮磷有较强的去除效果，并且对富营养化水体中形成水华的微型藻有很强的化感抑制作用。丝状绿藻通过光合作用生成大量氧气，不仅有利于SMFC的产电效率，更能够增加水体的溶氧。并且，在藻类去除氮磷工艺上，大型丝状绿藻较传统微型绿藻更易于固定使用，更易于与水体分离回收，不易产生二次污染。因此，本发明创新性的将SMFC和大型丝状绿藻联合使用，达到了相辅相成的实用效果。
附图说明
图1是本发明联合修复富营养化水体的方法示意图；
图2是本发明联合修复富营养化水体的方法实验例示意图；
图3是本发明实验力进行小球藻组实验的富营养化水体随时间的去除效果；
图4是本发明实验例进行铜绿微囊藻实验的富营养化水体随时间的去除效果；
图5是本发明实验例处理期间的产电情况。
图中：1-电阻，2-阴极，3-导线，4-藻，5-沟渠或河道的内坡面，6-水体，7-阳极，8-沉积物，9-反应容器，10-小球藻或铜绿微囊藻。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法，步骤如下：
首先，选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阳极7和阴极2；
然后，将阳极7填埋于沟渠或河道的沉积物8中，所述阳极7距沟渠或河道内泥水界面3～10cm，将阴极2贴伏于沟渠或河道的内坡面5上、并且完全沉浸在水体6中；再将一小功率用电器或是电能储存器或是电阻1通过导线3串联在阴极2和阳极7之间；所述小功率用电器的功率为1mW至100mW；所述电阻是10至2000欧姆的可调电阻或固定阻值电阻。
最后，将大型丝状绿藻4按照接种密度为1-10mg/cm2均匀地固定接种在所述阴极2的表面，所述大型丝状绿藻是刚毛藻、丝藻和水棉中的一种或几种；
实施例：针对建设农村生态沟渠或河道，或者农村沟渠或河道富营养化水体水质改善进行了试验性设施搭建。如图1所示，将阳极7填埋于沟渠或河道的沉积物8中，距泥水界面深度约为3cm，阳极7材料可以为：石墨、碳毡、碳布等材料。阴极2贴伏于沟渠或河道的内坡面5上并且完全沉浸在水体6中，阴极2可以材料为：石墨、碳毡和碳布等，另外在阴极2上最好涂有铂碳催化剂。选用一原位水质监测仪器最为小功率用电器1，通过导线3将该原位水质监测仪器1串联在阴极2与阳极7之间。将大型丝状绿藻4接种附着固定在阴极2表面，其接种密度为100mg/L，大型丝状绿藻可以是刚毛藻，丝藻，水棉等丝状绿藻的一种或者几种。
为了印证本发明联合修复富营养化水体方法的有效性，在实验室中建立模拟湖泊水体和沉积物，如图2所示，搭建两套分别进行小球藻和铜绿微囊藻实验的环境，选两个透光的方形的有机玻璃容器作为反应容器9(15*15*10cm)，沉积物8取自某湖湖底底泥，沉积物8经过过筛和搅拌混合，其中有机质平均含量为10％。沉积物8的高度为4cm，且铺置高度基本一致。阳极7和阴极2均为碳毡材料，经过酸碱浸泡洗涤等步骤，其形状为12*12cm的方形，阴极2表面均匀涂有铂碳粉的碳毡，形状与阳极7相同。将钛金属导线3穿入阳极7和阴极2的碳毡中。将阳极7、负载外接电阻1(1000欧姆)和阴极2依次用钛金属导线3串联起来。在阴极2上均匀接种水棉和丝藻4，接种密度为1mg/cm2接种密度。容器9中填充有水体6，水体6为用蒸馏水稀释10倍的BG11培养基。两套实验的水体6中分别接种有小球藻或铜绿微囊藻10，为了模拟自然条件下微藻水华爆发的富营养化湖泊水体，小球藻或铜绿微囊藻10的接种密度为106个/L，水体6高度为8cm。将上述两个反应容器9放置于通风且光线充足的温室中进行实验，昼夜室温维持在25-30度之间。
采用血球计数法定期测定小球藻和铜绿微囊藻的生物量(即藻的数量)，3和图4分别为小球藻和铜绿微囊藻实验组富营养化水体随时间的去除效果。从图3和图4中可以看出两组反应容器中的TN(总氮)在第6天的去除率均达到了90％以上，TP(总磷)的去除率在第4天均已达到了99％，小球藻在第4天已经除尽，铜绿微囊藻在第6天的去除率也达到了94％。说明本发明方法对模拟小球藻和铜绿微囊藻水华富营养化水体有着非常高效和彻底的去除效果。
经过水棉和丝藻4均附着于阴极2表面生长，并且生物量生长较快，待处理第6天，水棉和丝藻4的总生物量已经有接种时的100mg/L提高到了800mg/L。在生物量提高的同时，对富营养化水体的处理能力也显著提高。实际应用中收获的水棉和丝藻生物量可以用做鱼类的饲料，人类的食物，药物的提取等，具有一定的经济价值。
图5为实验处理期间的产电情况。通过一个高效电池检测系统(深圳新威尔有限公司)对外接电阻1，每10分钟读取一个电压数据。
本系统可以通过SMFC的阳极7将微生物氧化沉积物中有机污染物的同时生产电能，利用电化学系统将有机污染物分解产生的无机碳供给大型丝状绿藻生长。大型丝状绿藻对水中氮磷有较强的去除效果，并且对富营养化水体中形成水华的微型藻有很强的化感抑制作用。丝状绿藻通过光合作用生成大量氧气，不仅有利于SMFC的产电效率，更能够增加水体的溶氧。并且，在藻类去除氮磷工艺上，大型丝状绿藻较传统微型绿藻更易于固定使用，更易于与水体分离回收，不易产生二次污染。因此，本发明创新性的将SMFC和大型丝状绿藻联合使用，达到了相辅相成的实用效果。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，以上所述仅为本发明的一种实用案例，并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，诸如用于脱氮、除磷、除藻类、富营养化污水的处理等方面，这些改进和变形均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法，其特征在于，步骤如下：
选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阳极(7)，将阳极(7)填埋于沟渠或河道的沉积物(8)中，所述阳极(7)距沟渠或河道内泥水界面3～10cm；
选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阴极(2)，将阴极(2)贴伏于沟渠或河道的内坡面(5)上、并且完全沉浸在水体(6)中；
将小功率用电器或是电能储存器或是电阻(1)通过导线(3)串联在阴极(2)和阳极(7)之间；
将大型丝状绿藻(4)按照接种密度为1-10mg/cm2均匀地固定接种在所述阴极(2)的表面，所述大型丝状绿藻是刚毛藻、丝藻和水棉中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法，其特征在于，所述阴极(2)表面上涂有铂碳催化剂。
3.根据权利要求1所述基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法，其特征在于，所述小功率用电器的功率为1mW至100mW。
4.根据权利要求3所述基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法，其特征在于，所述小功率用电器是原位水质监测仪器。
5.根据权利要求1所述基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法，其特征在于，所述电阻是10至2000欧姆的可调电阻或固定阻值电阻。
CN201510583010.7A 2015-09-14 2015-09-14 基于smfc和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法 Pending CN105152358A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510583010.7A CN105152358A (zh) 2015-09-14 2015-09-14 基于smfc和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510583010.7A CN105152358A (zh) 2015-09-14 2015-09-14 基于smfc和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105152358A true CN105152358A (zh) 2015-12-16

Family

ID=54793486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510583010.7A Pending CN105152358A (zh) 2015-09-14 2015-09-14 基于smfc和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105152358A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105668808A (zh) * 2016-04-01 2016-06-15 武汉大学 一种原位脱除自然水体中硝酸盐的装置及方法
CN106745679A (zh) * 2017-02-09 2017-05-31 广东工业大学 一种沉积型藻菌生物电化学装置
CN108262353A (zh) * 2018-03-31 2018-07-10 天津大学 一种依靠植物驱动传质的植物生物电化学原位修复方法
CN116768351A (zh) * 2023-08-23 2023-09-19 农业农村部成都沼气科学研究所 电活性菌藻共生反应器及其系统和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100314311A1 (en) * 2007-08-08 2010-12-16 Guanghao Peng Method for removing the contamination of c,n utilizing heterotrophic ammonia-oxidizing bacteria
JP2015024368A (ja) * 2013-07-25 2015-02-05 株式会社前川製作所 有機性廃水処理方法及び有機性廃水処理装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100314311A1 (en) * 2007-08-08 2010-12-16 Guanghao Peng Method for removing the contamination of c,n utilizing heterotrophic ammonia-oxidizing bacteria
JP2015024368A (ja) * 2013-07-25 2015-02-05 株式会社前川製作所 有機性廃水処理方法及び有機性廃水処理装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
凡传明: "大型丝状藻类修复水体富营养化的潜能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *
黄永芳: "浮床植物-沉积物微生物燃料电池系统对底泥的修复研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105668808A (zh) * 2016-04-01 2016-06-15 武汉大学 一种原位脱除自然水体中硝酸盐的装置及方法
CN106745679A (zh) * 2017-02-09 2017-05-31 广东工业大学 一种沉积型藻菌生物电化学装置
CN108262353A (zh) * 2018-03-31 2018-07-10 天津大学 一种依靠植物驱动传质的植物生物电化学原位修复方法
CN116768351A (zh) * 2023-08-23 2023-09-19 农业农村部成都沼气科学研究所 电活性菌藻共生反应器及其系统和应用
CN116768351B (zh) * 2023-08-23 2023-11-14 农业农村部成都沼气科学研究所 电活性菌藻共生反应器及其系统和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. A comprehensive review of microbial electrochemical systems as a platform technology
CN104310581B (zh) 一种旋转电极生物膜反应器及处理氧化性污染物的方法
CN109879402B (zh) 耦合净化养殖池塘底泥与水体的生物电化学装置和方法
CN110350226B (zh) 一种微生物电解池及其处理木醋液的方法
CN105152358A (zh) 基于smfc和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法
Pan et al. Bioelectrochemically assisted sustainable conversion of industrial organic wastewater and clean production of microalgal protein
CN109378508A (zh) 一种投加降解类细菌的单室微生物燃料电池及其使用方法
Gurjar et al. Treatment of organic fraction of municipal solid waste in bioelectrochemical systems: a review
Seelam et al. Biological electricity production from wastes and wastewaters
CN205115141U (zh) 基于smfc和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的装置
CN204185296U (zh) 一种旋转电极生物膜反应器
Luo et al. Effective algal harvesting by using mesh membrane for enhanced energy recovery in an innovative integrated photobioelectrochemical system
CN111233128A (zh) 一种菌藻生物电化学污水处理装置与方法
CN207243563U (zh) 一种同步产甲烷和单质硫装置及其系统
CN109250805A (zh) 一种同时处理高浓度淀粉废水和无碳源含硝酸盐废水的光微生物燃料电池及其应用
CN210866382U (zh) 一种微生物电解池
Imanthi et al. Emerging trends of cyanobacteria-based microbial fuel cells as an alternative energy source
Parthasarthy et al. A Systematic Review of the Last Decade for Advances in Photosynthetic Microbial Fuel Cells with Bioelectricity Generation
CN209442737U (zh) 一种内电解沉水植物床装置
Ghangrekar et al. Biofuel cell: existing formats, production level, constraints, and potential uses
CN113651492A (zh) 一种农村户厕黑水原位资源化处理装置及方法
Wang et al. Photosynthetic Algal Microbial Fuel Cell (PAMFC) for Wastewater Removal and Energy Recovery: A Review
CN104961240A (zh) 一种垃圾渗滤液的处理方法和微生物电解电池
Parambath et al. The multifaceted microalgal approach to wastewater treatment to generate energy and essential chemicals
CN110182960A (zh) 一种利用微藻处理黑臭水体的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20151216

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication