CN106745678A - 一种同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法和装置 - Google Patents

一种同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106745678A
CN106745678A CN201710016952.6A CN201710016952A CN106745678A CN 106745678 A CN106745678 A CN 106745678A CN 201710016952 A CN201710016952 A CN 201710016952A CN 106745678 A CN106745678 A CN 106745678A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bed mud
anode
fuel cell
heavy metal
negative electrode
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.)
Granted
Application number
CN201710016952.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106745678B (zh
Inventor
宋海亮
黄珊
杨小丽
李骅
张帅
李先宁
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.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast 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 Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201710016952.6A priority Critical patent/CN106745678B/zh
Publication of CN106745678A publication Critical patent/CN106745678A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106745678B publication Critical patent/CN106745678B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/005—Combined electrochemical biological processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/32—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the animals or plants used, e.g. algae
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • 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
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于同步修复污染底泥中有机物及重金属的微生物燃料电池，包括阳极、阴极以及分别与阳极和阴极导电连接的外接电阻，阳极埋入到污染底泥中，阴极为固定在水面上的网状电极且作为支撑水生植物生长的载体，外接电阻包括水生植物的水上部分；污染底泥为厌氧环境。本发明还提供了一种同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法。阳极处的厌氧微生物和阴极处的水生植物对底泥中有机物降解以及重金属去除具有协同效应，可同时使底泥中的重金属和有机物污染得到缓解，而且将底泥中的有机物化学能转化成电能并用于污染削减，可减弱底泥与水体之间的重金属和有机物溶解‑平衡效应，充分体现了环境保护与污染物再生利用双赢的理念。

Description

一种同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种修复污染底泥的方法和装置，特别是涉及一种同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法和装置。
背景技术
随着我国工业的迅速发展，各种重金属污染物持续不断地进入水体。底泥是河流、湖泊等水生生态系统的重要组成部分，也是污染物的聚集场所。进入水环境的重金属主要通过被水体颗粒物吸附、络合、絮凝、沉淀等复杂的交换和反应迁移至底泥中，使底泥沉积物中的重金属含量远高于水相。当外界环境变化时，沉积于底泥中的重金属很可能被释放，造成水体“二次污染”，恶化水质，毒害水生生物，并可能通过食物链直接或间接影响人类和动物的健康。重金属是指密度大于5.0的元素，包括铅、镉、锌、铜、锰、汞、铬、钼、镍、钴等。其中，铜、锌、铅、镉等是水与底泥中出现较多的重金属污染物，其毒性强，且具有稳定性高、易积累和不易消除等特性，进入环境中易被植物吸收，并可通过食物链进入人体，在人体中不断积累，严重威胁人体健康及生命安全。因此，底泥污染的修复更显得至关重要。目前底泥的重金属污染治理主要包括物理、化学和生物修复手段。其中生物修复与传统的物理和化学修复相比，具有高效低耗、不易引起二次污染等优点，不仅可以减轻重金属污染，还可以美化环境。
在修复底泥重金属污染的众多生物中，水生植物格外受到关注，水生植物可将重金属离子吸收进体内，其体内的谷胱甘肽、植物螯合素、金属硫蛋白、有机酸等成分可以通过络合及区域化作用，使重金属离子在植物体内存留并富集，从而降低重金属离子的毒性，降低其对环境的污染。因此，利用水生植物修复受有机物及重金属复合污染的底泥是绿色环保的。
微生物燃料电池(MFC)是利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。底泥中的微生物分布广、数量大、种类多，是微生物生活的大本营。底泥中的重金属的形态通常有水溶态、可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态等几种形态，底泥中以水溶态和可交换态的重金属较易被处理，而以有机态和残渣态存在的重金属较难去除。在重金属底泥污染的处理中，离子态重金属污染物首先必须解吸以后，才能迁移，因而增加重金属由吸附态向游离态的转化非常重要。利用MFC修复重金属污染底泥时，阳极厌氧微生物的反应会活化底泥中的重金属，促进重金属的释放。底泥中的污染物在电场下发生运动，其主要运动机制有电迁移、电渗析、电泳和自由扩散等，在这四种机制中，电迁移和电渗析直接影响着电动修复的效果。在MFC产电的过程中，阳极由于厌氧微生物对有机物质的降解，产生大量的H+，由于质子的迁移速率比质子的产生速率及在阴极的消耗速率低，使得阴阳极的pH发生了变化。
目前能够同步修复有机物及重金属复合污染底泥的方法国内外尚未见报道。
发明内容
发明目的：本发明的第一个目的是提供了用于同步修复污染底泥中有机物及重金属的微生物燃料电池。
本发明的又一目的是提供一种微生物燃料电池系统，使用该微生物燃料电池系统可利用底泥中的有机物作为能量来源，并活化底泥中的重金属，加速重金属释放，并将产出的电能刺激水生植物活性，强化水生植物对重金属的吸收。
本发明的另一目的是提供一种使用微生物燃料电池系统同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法。
技术方案：本发明的一个方面提供了一种用于同步修复污染底泥中有机物及重金属的微生物燃料电池，包括阳极、阴极以及分别与阳极和阴极导电连接的外接电阻，阳极埋入到污染底泥中，阴极为固定在水面上的网状电极且作为支撑水生植物生长的载体，外接电阻包括水生植物的水上部分。
钛丝网和不锈钢丝网具有优良的导电性和耐腐蚀性，选择钛丝网作为阳极，为了方便支撑水生植物在水面上的生长，选择不锈钢丝网作为阴极；为了增强阴极导电性，在不锈钢丝网上捆绑有碳毡。
为了提高系统的修复净化效能和产电效能，所述水生植物为水生经济作物。
为了进一步固定水生植物，并防止植物根系进入底泥中，在微生物燃料电池内部设置用于固定水生植物的合成纤维丝网，合成纤维可为聚酰胺系化学合成纤维。合成纤维网丝上开有3cm圆孔用以固定水生植物。圆孔成行列排列，其分布密度视所种植的水生植物的植株密度要求而定，在不影响水生植物的正常生长的情况下，圆孔应尽量密集，防止植物根系进入底泥中。
本发明的另一个方面提供了一种用于同步修复污染底泥中有机物及重金属的微生物燃料电池系统，由多个上述微生物燃料电池串联而成，且该微生物燃料电池系统中设有至少一个电阻器。
本发明的又一个方面提供了一种使用上述微生物燃料电池同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法，包括以下步骤：
1)用绝缘板将底泥分隔为多个区域，每个区域中分别埋入阳极；
2)在每个区域上方水面对应阳极设置阴极；
3)通过阴极将水生植物支撑在水面上生长，并使水生植物分别与阳极和阴极导电连接，使微生物燃料电池产生的微电流直接通过水生植物；
4)将不同区域中的阳极和阴极串联，形成多个微生物燃料电池串联的微生物燃料电池系统；
5)在微生物燃料电池系统内部电场的作用下，污染底泥中的有机物和重金属得到去除。
步骤4)中，通过钛导线或铜导线将不同区域中的阳极和阴极串联，并对连接点进行绝缘密封处理。
该方法主要应用于同步修复水深0.2～0.5米的浅层地表水底泥的中的有机物和重金属，此时构成的微生物燃料电池阴极与阳极间距0.2～0.5米，可实现较好的修复效果。
本发明的工作原理是：利用微生物燃料电池原理，底泥中种类及数量丰富的厌氧微生物催化有机物降解，同时活化底泥中的重金属，加速重金属释放，产生的电能刺激水生植物活性，强化水生植物对重金属的吸收。用绝缘板将底泥分隔为多个区域，每个区域分别埋入钛丝网，于是形成微生物燃料电池的多个阳极，用多个不锈钢丝网置于水面构成微生物燃料电池阴极，阴极同时作为水生植物生长的支撑载体，阴阳极分别通过导线与外接电阻连接。在微生物燃料电池内部电场的作用下，底泥中释放出的重金属离子向阴极移动，从而有利于阴极处水生植物根系吸收重金属。而且系统的微电流直接通过水生植物，从而刺激水生植物的生理活性，又进一步强化了水生植物对污染物尤其是重金属的吸收。因此，该微生物燃料电池系统中，阳极处的厌氧微生物以及阴极处的水生植物对底泥中有机物降解以及重金属去除具有协同催化效应。通过构建多个微生物燃料电池的阴阳极串联，可增大电压，促进底泥中释放出的重金属离子在内部电场的作用下向阴极移动，从而有利于水生植物根系吸收重金属。水生植物选用水生经济作物，可利用枝叶光合作用释放氧气增加顶部空气阴极的溶解氧环境，从而提高微生物燃料电池的阴极电势，提高产电性能，由此可强化植物根际效应及根系分泌简单化合物作用，促进根际微生物活化，促进难降解性有机污染物的降解和中间产物的降解作用。可通过收获农产品的形式将水生经济作物移出水体；在使底泥中的有机物和重金属污染物得到去除的同时，也同步净化了水体中的有机物和重金属污染物，使底泥和水质状况得到根本性改观，从而为水生动植物群落的生产繁衍营造一个良好的水体环境，为水生生态系统的自然恢复提供保障。
有益效果：本发明的微生物燃料电池系统中，阳极处的厌氧微生物以及阴极处的水生植物对底泥中有机物降解以及重金属去除具有协同效应，可同时使受污染底泥的重金属和有机物污染得到缓解，而且将底泥中的有机物化学能转化成电能并用于污染削减，从而减弱底泥与水体之间的重金属和有机物污染物溶解-平衡效应，充分体现了环境效益与污染物再生利用双赢的理念。其实施效果优于其他技术，且成本低于原位物理化学净化方法，同时能量回收再利用，适用于模块化原位持续改善水质，实现能源的回收利用和资源的最大化利用，其研究具有非常显著的现实意义。
附图说明
图1是微生物燃料电池系统的立体结构示意图；其中，1-不锈钢丝网；2-聚草；3-聚酰胺纤维丝网；4-钛丝网；5-绝缘板；6-导线；7-电阻器。
图2是微生物燃料电池系统的剖面示意图；其中，1-不锈钢丝网；2-聚草；3-聚酰胺纤维丝网；4-钛丝网；5-绝缘板；6-导线；7-电阻器。
图3是多个微生物燃料电池串联形成的微生物燃料电池系统的电路简图。图3中，表示不同组件之间通过导线导电连接，表示不同组件之间通过直接接触导电连接，表示水中的质子传输。图中，1-不锈钢丝网；2-聚草；4-钛丝网；7-电阻器。
具体实施方式
实施例1
(1)微生物燃料电池系统
如图1和2所示，一种用于同步修复污染底泥中有机物及重金属的微生物燃料电池系统，该系统底部设有由取自河段的底泥形成的底泥层，该底泥层为严格的厌氧环境，底泥层上设有水层，水层由营养液和水组成，其中，营养液组成如表1所示。
表1
成分 浓度(mg/L) 成分 浓度(mg/L)
NH4Cl 30 MgSO4·7H2O 20
KCl 10 CaCl2 2
NaH2PO4 500 FeCl3·6H2O 1
Na2HPO4 300 MnSO4·H2O 3
(NH4)2SO4 60 C6H12O6 300
底泥中原始Cu浓度为500mg/kg，Zn浓度为200mg/kg。通过绝缘板5将底泥分隔为多个区域，每个区域面积在4平方米左右，区域的个数视底泥面积大小而定。本实施例中，底泥被多个垂直相交的绝缘板5分隔为8个区域，每个区域中分别设有一个MFC。绝缘板5采用聚酰胺系化学合成纤维材料制成。
以8个区域中一个区域为例，该区域的底泥中埋有钛丝网4，钛丝网4由钛材料制成，作为微生物燃料电池(MFC)的阳极，钛丝网4通过导线6与电阻为500Ω的电阻器7导电连接，导线6为钛导线；电阻器7通过导线6与聚草2顶端导电连接，不锈钢丝网1对应钛丝网4固定在该区域上方的水面上，聚草2的主干插入作为MFC阴极的不锈钢丝网1的网眼中，因此聚草2与不锈钢丝网1通过直接接触导电连接，不锈钢丝网1捆绑有碳毡以增强导电性。聚草2悬浮在水中，其枝叶和部分枝干露出水面，根部和部分枝干浸没在水中。通过聚酰胺纤维丝网3对聚草2浸没在水中的枝干部分进一步固定，聚酰胺纤维丝网3上开有一组3cm圆孔用以固定聚草2，圆孔成行列排列得尽量密集，防止植物根系进入底泥中。由此，该区域内形成一个独立的MFC-1，聚草2水面以上的部分和电阻器7共同作为MFC-1的外接电阻。该MFC-1中，水深30cm，底泥高10cm，阳极距底泥底部2cm，即所构成的微生物燃料电池阴极与阳极间距为38cm。
另外7个区域中的MFC，除外电路中没有电阻器7因而钛丝网4直接通过导线6与聚草2顶端导电连接外，其余构造与MFC-1完全相同，在此不再赘述。
相邻区域的MFC相互串联，构成MFC系统。图3为多个微生物燃料电池串联形成微生物燃料电池系统的电路简图，其中，钛丝网4(阳极)、电阻器7、聚草2以及不锈钢丝网1(阴极)相互串联，形成单个微生物燃料电池；不同微生物燃料电池的阳极与阴极导电连接，从而形成8个微生物燃料电池串联形成的微生物燃料电池系统。
(2)同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法
向底泥中投加无水硫酸铜和硫酸锌并搅拌均匀，使底泥的原始Cu浓度为500mg/kg，Zn浓度为200mg/kg。在底泥和底泥上的水层中构建微生物燃料电池系统。微生物燃料电池系统同步修复污染底泥中有机物及重金属的过程为：
A、底泥处于严格的厌氧环境中，埋在底泥中的钛丝网4(阳极)富集底泥中的产电菌，富集的产电菌降解底泥中的有机物产生质子和电子，电子被导出产电菌胞外，经钛丝网4(阳极)、导线6和聚草2的水面以上部分传输至不锈钢丝网1(阴极)，质子通过反应器内水传输至不锈钢丝网1(阴极)，不锈钢丝网1(阴极)位于水层表面，水层表面附近溶解有一定浓度的氧气，由钛丝网4(阳极)经反应器内溶液传输至不锈钢丝网1的质子，在氧气的参与下，发生电极反应生成水，完成了产电功能的全过程。
B、串联的MFC产生的电流刺激底泥中降解菌的生长，从而促进降解浅层水体底泥中的污染物，同时也可刺激产电菌的生长，从而进一步促进电流的产生。
C、钛丝网4(阳极)处厌氧微生物的反应会活化底泥中的重金属，加速重金属释放，释放的游离态重金属离子经MFC内部溶液向不锈钢丝网1(阴极)传输，固定在阴极处的水生植物聚草2将重金属离子吸收进体内。系统的微电流直接通过水生植物聚草2，从而刺激聚草2的生理生化活性，又进一步强化了水生植物对污染物尤其是重金属的吸收。
D、水生植物枝叶光合作用释放的氧气可增加水体顶部空气阴极的溶解氧环境，进一步提高微生物燃料电池的阴极电势，从而提高产电性能。MFC外电路中产生的电流可强化水生植物根际效应及根系分泌简单化合物作用，促进根际微生物活化，从而促进难降解性有机污染物的降解以及中间产物的降解。
实施例2
一种用于同步修复污染底泥中有机物及重金属的微生物燃料电池系统，该系统底部设有由取自河段的底泥形成的底泥层，该底泥层为严格的厌氧环境，底泥层上设有水层，水层由营养液构成，水层中营养液组成如表1所示。底泥中原始Cu浓度为500mg/kg，Zn浓度为200mg/kg。底泥被4个垂直相交的绝缘板5分隔为9个区域，每个区域中分别设有一个MFC，绝缘板5采用聚酰胺系化学合成纤维材料制成。
以9个区域中一个区域为例，该区域的底泥中埋有钛丝网4，该钛丝网4由钛材料制成，作为微生物燃料电池(MFC)的阳极，钛丝网4通过导线6与电阻为500Ω的电阻器7导电连接，导线6为铜导线；电阻器7通过导线6与聚草2顶端导电连接，不锈钢丝网1对应钛丝网4固定在该区域上方的水面上，聚草2的主干插入作为MFC阴极的不锈钢丝网1的网眼中，因此聚草2与不锈钢丝网1通过直接接触导电连接，不锈钢丝网1捆绑有碳毡以增强导电性。聚草2悬浮在水中，其枝叶和部分枝干露出水面，根部和部分枝干浸没在水中。通过聚酰胺纤维丝网3对聚草2浸没在水中的枝干部分进一步固定，聚酰胺纤维丝网3上开有一组3cm圆孔用以固定聚草2，圆孔成行列排列得尽量密集，防止植物根系进入底泥中。由此，该区域内形成一个独立的MFC-1，聚草2水面以上的部分和电阻器7共同作为MFC-1的外接电阻。MFC-1中，水深42cm，底泥高12cm，阳极距底泥底部4cm，即所构成的微生物燃料电池阴极与阳极间距为50cm。
另外8个区域中的MFC，除外电路中没有电阻器7因而钛丝网4直接通过导线6与聚草2顶端导电连接外，其余构造与MFC-1完全相同，在此不再赘述。
相邻区域的MFC相互串联，构成MFC系统。图3为多个微生物燃料电池串联形成微生物燃料电池系统的电路简图，其中，钛丝网4(阳极)、电阻器7、聚草2以及不锈钢丝网1相互串联，形成单个微生物燃料电池；不同微生物燃料电池的阳极与阴极导电连接，从而形成9个微生物燃料电池串联形成的微生物燃料电池系统。
用该微生物燃料电池系统同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法与实施例1的第(2)部分相同，在此不再赘述。
实施例3
一种用于同步修复污染底泥中有机物及重金属的微生物燃料电池系统，该系统底部设有由取自河段的底泥形成的底泥层，该底泥层为严格的厌氧环境，底泥层上设有水层，水层由营养液构成，水层中营养液组成如表1所示。底泥中原始Cu浓度为500mg/kg，Zn浓度为200mg/kg。底泥被多个垂直相交的绝缘板5分隔为10个区域，每个区域中分别设有一个MFC，绝缘板5采用聚酰胺系化学合成纤维材料制成。
以10个区域中一个区域为例，该区域的底泥中埋有钛丝网4，钛丝网4由钛材料制成，作为微生物燃料电池(MFC)的阳极，钛丝网4通过导线6与电阻为500Ω的电阻器7导电连接，电阻器7通过导线6与聚草2顶端导电连接，该导线6为钛导线；不锈钢丝网1对应钛丝网4固定在该区域上方的水面上，聚草2的主干插入作为MFC阴极的不锈钢丝网1的网眼中，因此聚草2与不锈钢丝网1通过直接接触导电连接，不锈钢丝网1捆绑有碳毡以增强导电性。聚草2悬浮在水中，其枝叶和部分枝干露出水面，根部和部分枝干浸没在水中。通过聚酰胺纤维丝网3对聚草2浸没在水中的枝干部分进一步固定，聚酰胺纤维丝网3上开有一组3cm圆孔用以固定聚草2，圆孔成行列排列得尽量密集，防止植物根系进入底泥中。由此，该区域内形成一个独立的MFC-1，聚草2水面以上的部分和电阻器7共同作为MFC-1的外接电阻。MFC-1中，水深12cm，底泥高10cm，阳极距底泥底部2cm，即所构成的微生物燃料电池阴极与阳极间距为20cm。
另外9个区域中的MFC，除外电路中没有电阻器7因而钛丝网4直接通过导线6与聚草2顶端导电连接外，其余构造与MFC-1完全相同，在此不再赘述。
相邻区域的MFC相互串联，构成MFC系统。图3为多个微生物燃料电池串联形成微生物燃料电池系统的电路简图，其中，钛丝网4(阳极)、电阻器7、聚草2以及不锈钢丝网1相互串联，形成单个微生物燃料电池；不同微生物燃料电池的阳极与阴极导电连接，从而形成10个微生物燃料电池串联形成的微生物燃料电池系统。
用该微生物燃料电池系统同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法参见实施例1的第(2)部分，在此不再赘述。
对比例1
单独使用大聚藻富集底泥中的重金属Cu、Zn，并且投加螯合剂使得重金属尽量从底泥中脱附出来。具体实验步骤参见《大聚藻铜锌富集特性及生理机制初探》，冯海峰，四川农业大学，中国优秀硕士学位论文全文数据库，2013年。
将实施例1-3和对比例1修复前后的底泥中以及水生植物中的重金属含量进行对比，如表1所示。
表1
其中，富集系数＝植株重金属含量/底泥重金属含量；
转运系数＝地上部分重金属含量/根部重金属含量；
富集系数越大表明植物富集能力越大，转运系数越大表明越多转移到植物地上部，有利于重金属的回收利用。
由表1可知，实施例1中，污染后的聚草地上部分Cu含量为1613.26mg/kg，Zn的含量为10862.32mg/kg；根部Cu含量为1153.61mg/kg，Zn的含量为10271.53mg/kg。聚草对Cu的地上富集系数3.227，根部富集系数2.307，Cu的转运系数1.399；聚草对Zn的地上富集系数54.312，根部富集系数51.358，Zn的转运系数1.058。Cu的去除率为96.214％，Zn的去除率为91.365％。实施例1对复合污染底泥中重金属Cu、Zn具有显著的修复效果。
实施例2中，污染后的聚草地上部分Cu含量为1537.85mg/kg，Zn的含量为10594.62mg/kg；根部Cu含量为1068.45mg/kg，Zn的含量为10086.53mg/kg。聚草对Cu的地上富集系数3.076，根部富集系数2.137，Cu的转运系数1.439；聚草对Zn的地上富集系数52.973，根部富集系数50.433，Zn的转运系数1.050。Cu的去除率为94.769％，Zn的去除率为90.045％。实施例2对复合污染底泥中重金属Cu、Zn具有显著的修复效果。
实施例3中，污染后的聚草地上部分Cu含量为1753.68mg/kg，Zn的含量为10984.82mg/kg；根部Cu含量为1248.94mg/kg，Zn的含量为10457.67mg/kg。聚草对Cu的地上富集系数3.507，根部富集系数2.498，Cu的转运系数1.404；聚草对Zn的地上富集系数54.924，根部富集系数52.288，Zn的转运系数1.050。Cu的去除率为98.130％，Zn的去除率为94.300％。实施例3对复合污染底泥中重金属Cu、Zn具有显著的修复效果。
对比例1中，底泥的原始Cu浓度为500mg/kg，Zn浓度为200mg/kg。污染后的大聚藻地上部分Cu含量为1158.02mg，/kg，Zn的含量为9303.21mg/kg；根部Cu含量为987.94mg/kg，Zn的含量为7284.12mg/kg。大聚藻对Cu的地上富集系数2.316，根部富集系数1.976，Cu的转运系数1.172；大聚藻对Zn的地上富集系数46.516，根部富集系数36.420，Zn的转运系数1.277。Cu的去除率为72.131％，Zn的去除率为64.254％。均低于实施例1，2，3。
以上数据表明，本发明的微生物燃料电池系统通过阳极处的微生物以及阴极处的水生植物协同催化效应，可方便高效地实现污染底泥中有机物降解以及重金属去除，具体较好的应用前景。

Claims (10)

1.一种用于同步修复污染底泥中有机物及重金属的微生物燃料电池，其特征在于，所述微生物燃料电池包括阳极、阴极以及分别与阳极和阴极导电连接的外接电阻，所述阳极埋入到污染底泥中，所述阴极为固定在水面上的网状电极且作为支撑水生植物生长的载体，所述外接电阻包括水生植物的水上部分。
2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述阳极为钛丝网。
3.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述阴极为不锈钢丝网。
4.根据权利要求3所述的微生物燃料电池，其特征在于，在所述不锈钢丝网上捆绑有碳毡。
5.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述水生植物为水生经济作物。
6.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述微生物燃料电池内部设有用于固定水生植物并防止植物根系进入底泥中的合成纤维丝网。
7.一种用于同步修复污染底泥中有机物及重金属的微生物燃料电池系统，其特征在于，该微生物燃料电池系统由多个权利要求1所述的微生物燃料电池串联而成，且该微生物燃料电池系统中设有至少一个电阻器。
8.一种使用权利要求7所述的微生物燃料电池系统同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用绝缘板将底泥分隔为多个区域，每个区域中分别埋入阳极；
2)在每个区域上方水面对应阳极设置阴极；
3)通过所述阴极将水生植物支撑在水面上生长，并使所述水生植物分别与所述阳极和所述阴极导电连接，使所述微生物燃料电池产生的微电流直接通过所述水生植物；
4)将不同区域中的阳极和阴极连接，形成多个微生物燃料电池串联的微生物燃料电池系统；
5)在微生物燃料电池系统内部电场的作用下，污染底泥中的有机物和重金属得到去除。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤4)中，通过钛导线或铜导线将不同区域中的阳极和阴极串联，并对连接点进行绝缘密封处理。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，应用于同步修复浅层地表水底泥中的有机物和重金属。
CN201710016952.6A 2017-01-10 2017-01-10 一种同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法和装置 Active CN106745678B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710016952.6A CN106745678B (zh) 2017-01-10 2017-01-10 一种同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710016952.6A CN106745678B (zh) 2017-01-10 2017-01-10 一种同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106745678A true CN106745678A (zh) 2017-05-31
CN106745678B CN106745678B (zh) 2020-09-11

Family

ID=58948890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710016952.6A Active CN106745678B (zh) 2017-01-10 2017-01-10 一种同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106745678B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107900095A (zh) * 2017-11-27 2018-04-13 哈尔滨工业大学 一种自产电升流湿地污染土壤修复装置及修复方法
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
CN108862613A (zh) * 2018-07-20 2018-11-23 西南科技大学 低压电场-植物去除水体放射性核素/重金属的方法及系统
CN109065930A (zh) * 2018-06-26 2018-12-21 河南师范大学 一种含重金属小麦籽粒液化及回收电能的方法
CN109261713A (zh) * 2018-08-20 2019-01-25 陕西科技大学 一种植物-微生物燃料电池阻截土壤纳米颗粒源金属离子流转的方法
CN109659591A (zh) * 2018-11-15 2019-04-19 天津大学 一种用于污泥中重金属回收的沉积型微生物燃料电池
CN110492160A (zh) * 2019-08-08 2019-11-22 天津大学 一种用于发电的草坪微生物燃料电池系统
CN113213719A (zh) * 2021-06-18 2021-08-06 广东工业大学 导光导电纤维电极联合光-电活性微生物原位修复底泥的装置与方法
CN113461142A (zh) * 2021-07-07 2021-10-01 清华大学 一种自驱动底泥有机质和地下水硝酸盐同时去除的方法及其应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080050637A1 (en) * 2006-08-22 2008-02-28 Georgia Tech Research Corporation Microfabricated Fuel Cell
CN102531181A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 东南大学 应用微生物燃料电池净化湖泊水体的组合生态浮床的装置
CN103395891A (zh) * 2013-07-23 2013-11-20 东南大学 一种微生物燃料电池型立体组合生态浮床装置及应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080050637A1 (en) * 2006-08-22 2008-02-28 Georgia Tech Research Corporation Microfabricated Fuel Cell
CN102531181A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 东南大学 应用微生物燃料电池净化湖泊水体的组合生态浮床的装置
CN103395891A (zh) * 2013-07-23 2013-11-20 东南大学 一种微生物燃料电池型立体组合生态浮床装置及应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NUZAHAT HABIBUL ET AL: "Bioelectrochemical Chromium(VI) Removal in Plant-Microbial Fuel Cells", 《ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY》 *
孟宪信等: "《千万个为什么[新编]》", 30 April 1991, 三环出版社 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107900095A (zh) * 2017-11-27 2018-04-13 哈尔滨工业大学 一种自产电升流湿地污染土壤修复装置及修复方法
CN107900095B (zh) * 2017-11-27 2020-01-14 哈尔滨工业大学 一种自产电升流湿地污染土壤修复装置及修复方法
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
CN109065930A (zh) * 2018-06-26 2018-12-21 河南师范大学 一种含重金属小麦籽粒液化及回收电能的方法
CN108862613A (zh) * 2018-07-20 2018-11-23 西南科技大学 低压电场-植物去除水体放射性核素/重金属的方法及系统
CN108862613B (zh) * 2018-07-20 2021-08-10 西南科技大学 低压电场-植物去除水体放射性核素/重金属的方法及系统
CN109261713A (zh) * 2018-08-20 2019-01-25 陕西科技大学 一种植物-微生物燃料电池阻截土壤纳米颗粒源金属离子流转的方法
CN109659591A (zh) * 2018-11-15 2019-04-19 天津大学 一种用于污泥中重金属回收的沉积型微生物燃料电池
CN110492160A (zh) * 2019-08-08 2019-11-22 天津大学 一种用于发电的草坪微生物燃料电池系统
CN113213719A (zh) * 2021-06-18 2021-08-06 广东工业大学 导光导电纤维电极联合光-电活性微生物原位修复底泥的装置与方法
CN113213719B (zh) * 2021-06-18 2022-09-23 广东工业大学 导光导电纤维电极联合光-电活性微生物原位修复底泥的装置与方法
CN113461142A (zh) * 2021-07-07 2021-10-01 清华大学 一种自驱动底泥有机质和地下水硝酸盐同时去除的方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN106745678B (zh) 2020-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106745678A (zh) 一种同步修复污染底泥中有机物及重金属的方法和装置
Apollon et al. Progress and recent trends in photosynthetic assisted microbial fuel cells: a review
CN103395891B (zh) 一种微生物燃料电池型立体组合生态浮床装置及应用
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
Hidayat et al. Recent development of double chamber microbial fuel cell for hexavalent chromium waste removal
CN102531181A (zh) 应用微生物燃料电池净化湖泊水体的组合生态浮床的装置
CN105906159A (zh) 一种用于灌区污水强化处理的双耦合系统
Kuleshova et al. Plant microbial fuel cells as an innovative, versatile agro-technology for green energy generation combined with wastewater treatment and food production
CN107900095B (zh) 一种自产电升流湿地污染土壤修复装置及修复方法
CN108706720A (zh) 一种利用微生物燃料电池-水生植物原位修复黑臭水体的方法及装置
CN108821439A (zh) 原位修复地表水体中营养盐污染的浸没式微藻-微生物电化学系统及修复方法
CN110357245A (zh) 处理农药废水的铁碳微电解-微生物燃料电池-人工湿地复合装置
Samal et al. Challenges in the implementation of Phyto Fuel System (PFS) for wastewater treatment and harnessing bio-energy
CN110092475A (zh) 一种铁碳微电解耦合沉水植物模块及其应用
CN114380387B (zh) 一种景观水体修复处理方法
CN210261492U (zh) 一种微生物燃料电池修复城市感潮河涌黑臭底泥的植物浮床装置
Wang et al. Effects of flow pattern, Leersia hexandra, and circuit mode on the Cr (Ⅵ) removal capacity, electricity generation performance, and microbial community of constructed wetland-microbial fuel cells
Greenman et al. Energy harvesting from plants using hybrid microbial fuel cells; potential applications and future exploitation
CN202400905U (zh) 应用微生物燃料电池净化湖泊水体的组合生态浮床的装置
CN211125848U (zh) 用于油泥处理的沉积型微生物燃料电池
CN207566948U (zh) 一种微生物燃料电池与电容去离子联用的脱盐装置
Türker et al. Boron (B) removal and bioelectricity captured from irrigation water using engineered duckweed-microbial fuel cell: effect of plant species and vegetation structure
CN213583886U (zh) 一种用于河道水质提升的新型微生物燃料电池
Htet Htet et al. Performance evaluation of three constructed wetland-microbial fuel cell systems: wastewater treatment efficiency and electricity generation potential
CN115286120A (zh) 电极式人工生态浮岛装置及同步修复水体与底泥的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant