CN107555609A - 一种强化生物地球电池产电能力的方法 - Google Patents

Abstract

一种强化生物地球电池产电能力的方法：1)构建成富集产电微生物的生物地球电池体系，培养至该阳极板表面富集产电微生物絮体；2)实现产电微生物的纯化；3)实现产电微生物的繁殖；4)实现产电微生物的接种；5)构建用于修复受污染底泥的生物地球电池体系。本发明通过产电微生物的富集、纯化、接种提高了生物地球电池的产电能力，强化了有机污染物的削减，同时在沉水植物的协同作用下，提高了沉积物中氮、磷、有机质等营养盐的去除效率。

Description

一种强化生物地球电池产电能力的方法

技术领域

本发明属于水生态修复领域，具体地涉及一种强化生物地球电池产电能力的方法。

背景技术

一般来说，沉积物中生物地球化学反应包括电子供体和电子受体的直接反应、细胞内电子传递反应两部分。前者主要是铁锰氧化物的还原作用，后者主要是微生物胞内的氧化还原反应。前者主要发生在偏酸性或有微生物胞外酶参加的条件下；后者主要发生在微生物细胞内部，在此过程中，部分微生物利能够氧化有机物产生电子，产生的电子穿过细胞膜进入上覆水层与O₂反应生成水，从而产生电能。然而，在2005年，Reguera在海洋沉积物中发现了长达数十微米，直径约100nm的长丝微生物，这些微生物能够在厌氧区域氧化有机碳、硫化物等电子供体，产生的电子经长丝微生物细胞表面“长距离”传输至好氧区域，从而与空间上隔离的O₂等电子受体发生还原反应的过程，被称为“天然生物地球电池效应”。这一过程通常发生在一些有机质丰富、具备氧化还原界面的生境中。因此，人们开始将这一技术应用于沉积物的修复研究中。

影响电池产电能力的因素很多，包括：沉积物的性质、电极材料、O₂浓度、温度、微生物丰度等。相比于淡水沉积物而言，由于海水的电导率较高，海洋沉积物中天然生物地球电池的产电性能较高。通常采用持续曝气充氧的方式提高阴极区还原反应的性能，但该方法的能耗很高。

Scott等人比较了碳布、泡沫碳、碳纤维和网状玻璃碳作为生物地球电池阳极时的产电效率，发现泡沫碳的功率密度最高，可达55mW/m²，网状玻璃最差。

梁会会等人采用石墨烯和层状双氢氧化物分别修饰在生物地球电池的阳极和阴极，使得电池的功率密度提高到519mW/m²，硝氮去除率达74.7％。

在已申请的发明专利中，有向阳极区投加培养基和接种物提高产电效率的方法(CN106315825 A)，但培养基的投加会重新引入新的污染物；也有通过在沉积物微生物燃料电池体系中种植浮床植物增加阴极区溶解氧浓度以提高污染物去除效果的方法(CN105236576 A)，但浮床植物根系的产氧能力相对较小，导致该方法的最大产电效果维持时间较短，且在厌氧环境下，阳极表面还存在产甲烷菌和反硝化菌与产电微生物竞争，从而导致产电微生物丰度下降，污染物去除能力降低。

天然生物地球电池中污染物的降解主要发生在阳极表面，在这一过程中，阳极表面具有导电性能的长丝微生物起着重要作用。通过对阳极表面产电微生物的16S rRNA的基因序列分析，人们发现几乎所有的产电阳极表面富集了大量δ-蛋白菌，其中，地杆菌属微生物的丰度最高，如硫酸盐还原菌(Desulfuromonas acetoxidans)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)等。无论是在海洋还是淡水沉积物产电过程中，均发现了这一种属的细菌。这些细菌具有较强的硫还原和铁还原能力，能够直接将有机碳氧化而无需加入电子中间体。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种强化生物地球电池产电能力和提高生物电池阴极区溶解氧浓度的方法。

为实现上述目的，本发明提供的强化生物地球电池产电能力的方法，包括以下步骤：

(1)将预处理后的沉积物和上覆水构建沉积物-水界面体系，并安置生物地球电池装置，阳极埋藏于沉积物层中，阴极悬浮于上覆水层中，阳极和阴极通过导线与可调电阻构成闭合回路，电压数据采集器用于实时采集可调电阻两端的电压；上覆水层用曝气充氧的方式保证溶解氧含量，由此构建成富集产电微生物的生物地球电池体系，培养至该阳极板表面富集产电微生物絮体；

(2)将富集产电微生物的生物地球电池体系中的阳极板取出，收集该阳极板上的微生物颗粒，在厌氧条件下连续稀释培养以获得产电微生物。共培养4组，每组菌液在纯化期间采用16S rRNA技术进行全基因序列测定，直至其中1组中菌株与硫酸盐还原菌(Desulfuromonas acetoxidans)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)等产电菌株的16S rRNA序列匹配度在85％以上，才能实现产电微生物的纯化；

(3)在厌氧条件下，将纯化的产电微生物在无菌培养基中继续扩大培养后获得产电微生物菌液，实现产电微生物的繁殖；

(4)在厌氧条件下，将用于修复受污染底泥的阳极板接种于产电微生物菌液中，培养至阳极板表面产生生物膜，实现产电微生物的接种；

(5)构建用于修复受污染底泥的生物地球电池体系，阳极板埋藏于沉积物层以下，阴极板悬浮于上覆水层，阳极和阴极通过导线与可调电阻相连形成闭合回路，电压数据采集器用于实时采集可调电阻两端的电压，导线外层涂有绝缘漆，并在沉积物层种植沉水植物。

所述的方法中，所述沉积物的预处理的方法是将采集的沉积物剔除大颗粒物后，过0.5mm筛后保留筛下物。

所述的方法中，富集产电微生物的生物地球电池体系中上覆水层用曝气充氧的方式保证溶解氧含量为8-10mg/L。

所述的方法中，产电微生物的纯化步骤为：

(1)将富集产电微生物的生物地球电池体系中的阳极板用经过灭菌的镊子取出后，用含1mM Na₂S的无菌水将阳极板表面的颗粒物冲洗干净，在无菌条件下将阳极板表面的菌丝刮入到无菌培养基中，使菌液分散；

(2)将分散的菌液置于振荡器中振荡处理后，取上清液以梯度稀释的方式稀释到10^-6倍后加入到含有无菌培养基的缺氧瓶中，加入乙酸作为电子供体，在厌氧条件下，在暗处15℃下进行培养；

(3)培养后取出混匀的菌液再次稀释到10^-6倍后，在厌氧条件下，继续扩大培养，连续稀释数次后即可得到纯的产电微生物菌液，实现产电微生物的纯化。

所述的方法中，无菌培养基采用如下步骤制作：

(1)在1L超纯水中加入20g NaCl、0.77g KCl、0.25g NH₄Cl、0.1g KH₂PO₄、0.2gMgSO₄·7H₂O、10mL维生素液、10ml微量元素液和2.0g NaHCO₃，制成培养基；在加入NaHCO₃前，用5N NaOH调节pH值到6.8；

其中10mL维生素液为：0.01g钴铵素、0.025g抗坏血酸、0.025g核黄素、0.02g柠檬酸、0.05g吡多醛、0.01g叶酸、0.01g对氨基苯甲酸以及0.025g肌酸；

其中10ml微量元素液为：0.01g MnSO₄·7H₂O、0.05g ZnSO₄·7H₂O、0.01g H₃BO₃、4.5g N(CH₂COOH)₃、0.01g CaCl₂·2H₂O、0.01g Na₂MoO₄、0.2g CoCl₂·6H₂O以及0.01g AlK(SO₄)₂；

(2)将制好的培养基盛于三角烧瓶中，用体积比N₂:CO₂＝80:20充气以去除溶解氧，用丁基橡胶塞密封后灭菌，得到无菌培养基。

所述的方法中，沉水植物为狐尾藻、菹草和金鱼藻等。

本发明通过在受污染沉积物中提取产电细菌，并将其纯化、扩大培养后重新富集于阳极表面，用于受污染沉积物的修复，有效提高了阳极区的催化氧化反应的速度。同时，本发明结合了沉水植物修复技术，利用植物叶片光合作用较高的产氧能力，为生物地球电池阴极反应提供了较高的溶解氧浓度。

附图说明

图1是本发明修复受污染底泥的生物地球电池体系的装置示意图。

图2是本发明富集产电微生物的生物地球电池体系的示意图。

图3是本发明的产电微生物接种的流程图。

图4是三组实施例的产电性能变化图。

图中标识说明：

1有机玻璃槽；2沉积物层；3上覆水层；4大型阴极板；4A小型阴极板；5大型阳极板；5A小型阳极板；6导线；7可调电阻；8电压数据采集器；9沉水植物；10微孔曝气头；11硅胶管；12空气压缩机；13培养瓶。

具体实施方式

本发明从增加阳极产电微生物丰度和提高阴极区溶解氧浓度的角度，提出了一种强化生物地球电池产电能力的方法，并将其应用于受污染底泥的修复中。

需要说明的是，为便于叙述，以下将“富集产电微生物的生物地球电池体系”简称为“小型生物地球电池体系”；将“修复受污染底泥的生物地球电池体系”简称为“大型生物地球电池体系”，从而也明确了“小型阳极板、小型阴极板”和“大型阳极板、大型阴极板”的定义。

本发明的技术方案如下：

1)小型生物地球电池体系的构建：将采集的沉积物样品剔除枯枝、碎石等大颗粒物，过0.5mm筛后，取部分筛下物均匀地平铺于1L的圆底烧杯中；将采集的部分上覆水用注射器缓慢将其注入上覆水层，构成小型沉积物-水界面体系。在上覆水层中，用空气压缩机通过微孔曝气器曝气维持上覆水中溶解氧浓度在8-10mg/L之间。将圆形石墨板埋藏于沉积物层中作为阳极，圆形石墨板悬浮于上覆水层中作为阴极，二者之间通过涂有环氧树脂的纯铜导线与可调电阻连接在一起，构成闭合回路，由电压数据采集器实时采集电池产电过程中电压的变化。经过10-15天的培养后使得小型阳极板表面富集大量产电微生物絮体，实现产电微生物的富集。

2)产电微生物的分离、纯化和扩大培养：将小型阳极板用经过灭菌的镊子取出后，用含1mM Na₂S的无菌水将极板表面的颗粒物冲洗干净，用无菌的特氟龙刀将极板表面的菌丝刮入到含有无菌培养基三角烧瓶中，使菌液分散。将分散的菌液置于振荡器中振荡处理后，取适量上清液以梯度稀释的方式稀释到10^-6倍后加入到含有无菌培养基的缺氧瓶中，加入一定量的乙酸作为电子供体，在厌氧条件下，在暗处15℃下进行培养。共培养4组，每组菌液在纯化培养期间采用16S rRNA技术进行全基因序列测定，直至其中1组中菌株与硫酸盐还原菌(Desulfuromonas acetoxidans)、硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)等产电菌株的16S rRNA序列匹配度在85％以上，才能实现产电微生物的纯化。将纯化的菌种，在无菌培养基中继续扩大培养后获得产电微生物菌液，实现产电微生物的繁殖。

3)产电微生物的接种：将用于修复受污染底泥的大型阳极板接种于产电微生物菌液中，在暗处15℃下以乙酸为电子受体进行培养，直至极板表面生成一层薄薄的生物膜絮体。

4)大型沉积物生物地球电池体系的构建：将预处理后的沉积物均匀地平铺于反应装置底部，至沉积物层厚度为10cm左右，用蠕动泵向沉积物表面泵入上覆水，至上覆水层深度为15cm左右，构成大型沉积物-水界面体系。将接种后的大型阳极板小心用无菌工具从产电微生物菌液中取出，用无菌水冲洗干净，在阳极板的一端用导电银胶与连接导线相连接，将大型阳极板埋藏于沉积物界面以下，连接导线另一端与外接可调电阻的一端相连接，外接可调电阻的另一端与大型阴极板相连接，大型阴极板悬浮于上覆水中，用连接线固定在反应装置上。可调电阻两端用导线与电压数据采集器相连接。

5)沉水植物的种植：在大型阳极板两侧种植易生活在相对静止的水体中的、耐污性强的狐尾藻、菹草和金鱼藻等沉水植物，利用沉水植物的光合作用为阴极区供氧的同时，从沉积物中汲取氮磷等营养物，实现沉积物修复。

其中，产电微生物的纯化步骤为：

(1)将小型阳极板用经过灭菌的镊子取出后，用含1mM Na₂S的无菌水将极板表面的颗粒物冲洗干净，用无菌的特氟龙刀将极板表面的菌丝刮入到含有无菌培养基三角烧瓶中，使菌液分散；

(2)将分散的菌液置于振荡器中振荡处理后，取适量上清液以梯度稀释的方式稀释到10^-6倍后加入到含有无菌培养基的厌氧瓶中，加入一定量的乙酸作为电子供体，在暗处15℃下进行培养；

(3)共培养4组，每组菌液在纯化培养期间采用16S rRNA技术进行全基因序列测定，直至其中1组中菌株与硫酸盐还原菌(Desulfuromonas acetoxidans)和硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)等产电菌株的16S rRNA序列匹配度在85％以上，才能实现产电微生物的纯化。

其中，无菌培养基采用如下步骤制作：

(1)在1L超纯水中加入20g NaCl、0.77g KCl、0.25g NH₄Cl、0.1g KH₂PO₄、0.2gMgSO₄·7H₂O、10mL维生素液(钴铵素，0.01g；抗坏血酸，0.025g；核黄素，0.025g；柠檬酸，0.02g；吡多醛，0.05g；叶酸，0.01g；对氨基苯甲酸，0.01g；肌酸，0.025g)，10ml微量元素液(MnSO₄·7H₂O，0.01g；ZnSO₄·7H₂O，0.05g；H₃BO₃，0.01g；N(CH₂COOH)₃，4.5g；CaCl₂·2H₂O，0.01g；Na₂MoO₄，0.01g；CoCl₂·6H₂O，0.2g；AlK(SO₄)₂，0.01g)和2.0g NaHCO₃，制成培养基。在加入NaHCO₃前，用5N NaOH调节pH值到6.8；

(2)将制好的培养基盛于三角烧瓶中，用N₂:CO₂(80:20，体积比)充气15min以去除溶解氧，用丁基橡胶塞密封后灭菌，得到无菌培养基。

与传统方法相比，本发明提供的方法提高了产电微生物的丰度，降低了能耗，能够实现对受污染的沉积物中有机污染物、氮磷等营养盐的有效去除。

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的大型生物地球电池-沉水植物体系包括：有机玻璃槽1、沉积物层2、上覆水层3、大型阴极板4、大型阳极板5、导线6、可调电阻7、电压数据采集器8、沉水植物9。

沉积物层2平铺于有机玻璃槽1中，其上盛有上覆水层3；大型阳极板5的一端通过导线6和可调电阻7的一端连接，可调电阻7的一端通过导线6与大型阴极板4的一端连接，可调电阻7的两端通过导线6与电压数据采集器8的两端连接；沉水植物9根部种植于沉积物层2中，沉水植物9叶片生长在上覆水层3中。大型阴极板4为石墨板；大型阳极板5为石墨板，阳极板表面接种了一层产电微生物生物膜絮体，极大地提高了产电能力；导线7为纯铜线，外层包有绝缘漆；沉水植物9可选用狐尾藻、菹草和金鱼藻等耐污性能强的沉水植物，在汲取沉积物层2中氮、磷等营养盐的同时，还能通过光合作用向上覆水层3中释放溶解氧，从而为悬浮于上覆水层3中的大型阴极板4提供氧气。

如图2所示，本发明的小型生物地球电池体系包括：培养瓶13、沉积物层2、上覆水层3、小型阴极板4A、小型阳极板5A、导线6、可调电阻7、电压数据采集器8、微孔曝气头10、硅胶管11、空气压缩机12。

上覆水层3和沉积物层2由上至下位于培养瓶13中，小型阳极板5A通过导线6与可调电阻7相连接，可调电阻7通过导线6与小型阴极板4A相连接，可调电阻7两端通过导线6与电压数据采集器8相连接，空气压缩机12通过硅胶管11与微孔曝气头10相连接。电池启动后，用电压数据采集器8实时测定可调电阻7两端的电压值，来保证电池的稳定运行。经过10-15天的培养后使得小型阳极板表面富集大量产电微生物絮体，实现产电微生物的富集。小型阴极板4A和小型阳极板5A为石墨板，导线6为外层包有绝缘漆的纯铜线。

如图3所示：将小型阳极板5A取出，用无菌水将极板表面的颗粒冲洗干净，用经灭菌处理的特氟龙刀片刮下微生物颗粒于无菌培养基中悬浮分散，在厌氧条件下连续稀释培养以获得纯正的产电微生物，实现产电微生物的纯化。将纯化的菌种，在厌氧条件下在无菌培养基中继续扩大培养后获得产电微生物菌液，实现产电微生物的繁殖。将用于修复受污染底泥的大型阳极板5接种于产电微生物菌液中，在厌氧条件下在暗处15℃下以乙酸为电子受体进行培养，直至大型阳极板5表面产生一层薄薄的生物膜后，实现产电微生物的接种。

将接种后的大型阳极板5置于图1的大型生物地球电池-沉水植物体系中。

比较例：

分别构建未接种产电微生物的生物地球电池体系(SMFC-0)、接种产电微生物的生物地球电池体系(SMFC-1)、接种产电微生物的生物地球电池-金鱼藻体系(SMFC-C)。

(1)SMFC-0实验组

如图1所示，将过0.5mm不锈钢筛的沉积物平铺于有机玻璃槽1(规格为80cm×60cm×50cm(长×宽×高))中，构成深度为15cm左右的沉积物层2，用蠕动泵向沉积物层2表面泵入采集的上覆水，构成深度为20cm左右的上覆水层3，二者构成沉积物-水界面体系。在沉积物层2中埋入大型阳极板5(规格为50cm×30cm×1.5cm(长×宽×高))，埋藏深度为5-8cm，上覆水层3中悬浮有大型阴极板4(规格为50cm×30cm×1.5cm(长×宽×高))，距离沉积物-水界面约8-10cm，阴极四角开孔通过4条橡胶线固定在装置侧壁。大型阴极板4的一端和大型阳极板5的一端通过绝缘漆包裹的导电铜线6与可调电阻7相连接，由电阻范围在0-1000Ω的可调电阻7调节生物地球电池体系的电流密度，可调电阻7两端与电压数据采集器8相连接，用于实时采集可调电阻两端的电压变化。经过24d的运行，考察该体系的产电性能及其对沉积物中有机质、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果。

(2)SMFC-1实验组和SMFC-C实验组

如图2所示，在河流、湖泊等水体中采集沉积物样品和水样，将所采集的沉积物剔除枯枝、碎石等大颗粒物，过0.5mm不锈钢筛后，取部分筛下物均匀平铺于规格为2L的培养瓶1中，构成沉积物层2，深度为10cm；将采集的部分上覆水用注射器缓慢将其注入培养瓶中，构成上覆水层3，深度为10cm，并向其中加入10ml 1g/L的葡萄糖溶液，为小型生物地球电池体系提供营养物质；将一块圆形石墨板(直径10cm，厚8mm)埋藏于沉积物层中作为小型阳极5A，距离沉积物-水界面3-5cm，将另一块圆形石墨板(直径10cm，厚8mm)埋藏于上覆水层3中作为小型阴极4A，距离沉积物-水界面5-8cm，二者之间通过涂有环氧树脂的纯铜导线6与可调电阻7(电阻值为1000Ω)连接在一起，构成闭合回路，由电压数据采集器8实时采集电池产电过程中电压的变化。在小型阴极4A附近安装有微孔曝气头10，通过硅胶管11与空气压缩机9相连接，向小型阴极4A实时提供氧气。经过10-15天的培养后使得小型阳极5A表面富集大量产电微生物絮体，实现产电微生物的富集。

在无菌操作台内，将小型阳极板5A用经过灭菌的镊子取出后，用含1mM Na₂S的无菌水将小型阳极板5A表面的颗粒物冲洗干净，用无菌的特氟龙刀将小型阳极板5A表面的菌丝刮入到含有无菌培养基的三角烧瓶中，使菌液分散。将分散的菌液置于振荡器中振荡处理后，取1ml上清液以梯度稀释的方式稀释到10^-6倍后加入到含有200ml无菌培养基的500ml缺氧瓶中，加入10ml质量分数为10％的乙酸作为电子供体，在厌氧条件下在暗处15℃下进行培养。一周后，取出10ml混匀的菌液再次稀释到10^-6倍后，在厌氧条件下在暗处15℃下继续扩大培养，连续稀释3次后即可得到纯的产电微生物菌液，实现产电微生物的纯化。将纯化的菌种，在厌氧条件下在无菌培养基中继续扩大培养后获得产电微生物菌液，实现产电微生物的繁殖。将用于修复受污染底泥的大型阳极板5接种于产电微生物菌液中，在厌氧条件下在暗处15℃下以乙酸为电子受体进行培养，15d后大型阳极板5表面生成一层薄薄的生物膜絮体。

如图1所示，将过0.5mm不锈钢筛的沉积物平铺于有机玻璃槽1(规格为80cm×60cm×50cm(长×宽×高))中，构成深度为15cm左右的沉积物层2，用蠕动泵向沉积物层2表面泵入经0.45μm滤膜过滤的上覆水，构成深度为20cm左右的上覆水层3，二者构成沉积物-水界面体系。在沉积物层2中埋入接种了产电微生物的大型阳极板5(规格为50cm×30cm×1.5cm(长×宽×高))，埋藏深度为5-8cm，上覆水层3中悬浮有大型阴极板4(规格为50cm×30cm×1.5cm(长×宽×高))，距离沉积物-水界面约8-10cm，阴极四角开孔通过4条橡胶线固定在装置侧壁。大型阴极板4的一端和大型阳极板5的一端通过绝缘漆包裹的导电铜线6与可调电阻7相连接，由电阻范围在0-1000Ω的可调电阻7调节生物地球电池体系的电流密度，可调电阻7两端与电压数据采集器8相连接，用于实时采集可调电阻两端的电压变化。

在SMFC-1组实验中，只构建生物地球电池体系；在SMFC-C组实验中，构建生物地球电池-金鱼藻体系，在沉积物层中插入株高为8-12cm的狐尾藻，种植密度为20株/m²，要求有2cm左右的根部深度在沉积物层中。

比较结果：

1)如图4所示，反应开始后，SMFC-0实验组、SMFC-1实验组和SMFC-C实验组的电流密度在反复波动中逐渐增加，三个实验组的电流密度分别在第8、9和11天达到最大，分别为10.78mA/cm²、12.93mA/cm²和17.23mA/cm²。此后，三组实验的电流密度均开始下降，24d后分别下降至3.18mA/cm²、4.23mA/cm²和7.64mA/cm²。从产电性能上看，SMFC-C组的产电性能最大，SMFC-1组的产电性能其次，SMFC-0组的产电性能最小。产电微生物接种后，阳极板表面初始产电微生物密度较大，增殖较快，产电效率较高。沉水植物的光合作用能够为阴极区持续地提供氧气，加快氧化还原反应的进行，也有助于提高产电性能。因此，SMFC-C实验组即接种产电微生物的生物地球电池-金鱼藻体系的产电性能最高。

2)经过24d的运行后，SMFC-0、SMFC-1和SMFC-C实验组沉积物中有机质含量(以烧失量表示)分别由12.51％、12.38％和13.03％下降至11.06％、10.67％和11.02％，分别下降了11.6％、13.8％和15.4％。SMFC-0、SMFC-1和SMFC-C实验组沉积物中TN含量分别由2177mg/kg、2107mg/kg和2310mg/kg下降至1988mg/kg、1892mg/kg和1913mg/kg，分别下降了8.7％、10.2％和17.2％。SMFC-0、SMFC-1和SMFC-C实验组沉积物中TP含量分别由780mg/kg、758mg/kg和815mg/kg下降至750mg/kg、723mg/kg和762mg/kg，分别下降了3.8％、4.6％和6.5％。综上可以发现，SMFC-C实验组(即接种产电微生物的生物地球电池-金鱼藻体系)对沉积物中有机质、TN、TP去除率明显高于其他两个实验组。

结论：从上述比较例中可以看出，本发明能够有效提高生物地球电池的产电性能，并对沉积物中氮、磷、有机质的去除率更高，更适于受污染沉积物的修复。

Claims (7)

1.一种强化生物地球电池产电能力的方法，包括以下步骤：

(1)将预处理后的沉积物和上覆水构建沉积物-水界面体系，并安置生物地球电池装置，阳极埋藏于沉积物层中，阴极悬浮于上覆水层中，阳极和阴极通过导线与可调电阻构成闭合回路，电压数据采集器用于实时采集可调电阻两端的电压；上覆水层用曝气充氧的方式保证溶解氧含量，由此构建成富集产电微生物的生物地球电池体系，培养至该阳极板表面富集产电微生物絮体；

(2)将富集产电微生物的生物地球电池体系中的阳极板取出，收集该阳极板上的微生物颗粒，在厌氧条件下连续稀释培养以获得产电微生物，实现产电微生物的纯化；

(3)在厌氧条件下，将纯化的产电微生物在无菌培养基中继续扩大培养后获得产电微生物菌液，实现产电微生物的繁殖；

(4)将用于修复受污染底泥的阳极板接种于产电微生物菌液中，在厌氧条件下培养至阳极板表面产生生物膜，实现产电微生物的接种；

(5)构建用于修复受污染底泥的生物地球电池体系，阳极板埋藏于沉积物层以下，阴极板悬浮于上覆水层，阳极和阴极通过导线与可调电阻相连形成闭合回路，电压数据采集器用于实时采集可调电阻两端的电压，导线外层涂有绝缘漆，并在沉积物层种植沉水植物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积物的预处理的方法是将采集的沉积物剔除大颗粒物后，过0.5mm筛后保留筛下物。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的产电微生物为硫酸盐还原菌(Desulfuromonas acetoxidans)和/或硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，富集产电微生物的生物地球电池体系和修复受污染底泥的生物地球电池体系中上覆水层用曝气充氧的方式保证溶解氧含量为8-10mg/L。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，产电微生物的纯化步骤为：

(1)将富集产电微生物的生物地球电池体系中的阳极板用经过灭菌的镊子取出后，用含1mM Na₂S的无菌水将阳极板表面的颗粒物冲洗干净，在无菌条件下将阳极板表面的菌丝刮入到无菌培养基中，使菌液分散；

(2)将分散的菌液置于振荡器中振荡处理后，取上清液以梯度稀释的方式稀释到10^-6倍后加入到含有无菌培养基的缺氧瓶中，加入乙酸作为电子供体，在厌氧条件下在暗处15℃下进行培养；

(3)培养后取出混匀的菌液再次稀释到10^-6倍后，在厌氧条件下，继续扩大培养，连续稀释数次后即可得到纯的产电微生物菌液，实现产电微生物的纯化。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，无菌培养基采用如下步骤制作：

(1)在1L超纯水中加入20g NaCl、0.77g KCl、0.25g NH₄Cl、0.1g KH₂PO₄、0.2g MgSO₄·7H₂O、10mL维生素液、10ml微量元素液和2.0g NaHCO₃，制成培养基；在加入NaHCO₃前，用5NNaOH调节pH值到6.8；

其中10mL维生素液为：0.01g钴铵素、0.025g抗坏血酸、0.025g核黄素、0.02g柠檬酸、0.05g吡多醛、0.01g叶酸、0.01g对氨基苯甲酸以及0.025g肌酸；

其中10ml微量元素液为：0.01g MnSO₄·7H₂O、0.05g ZnSO₄·7H₂O、0.01g H₃BO₃、4.5g N(CH₂COOH)₃、0.01g CaCl₂·2H₂O、0.01g Na₂MoO₄、0.2g CoCl₂·6H₂O以及0.01g AlK(SO₄)₂；

(2)将制好的培养基盛于三角烧瓶中，用体积比N₂:CO₂＝80:20充气以去除溶解氧，用丁基橡胶塞密封后灭菌，得到无菌培养基。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，沉水植物为狐尾藻、菹草和金鱼藻。