CN109912012A - 对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法 - Google Patents

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徐鹏
毛旭辉
韩巍
张新全
吕竹
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Abstract

本发明提供了一种对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，其特征在于，包括：将一对微生物电极分别插入自然水体沉积物和上覆水中；在水体污染物得到降解，并且水质稳定后，移出微生物电极及寄居在该微生物电极上的水蚯蚓。本方法能够有效去除污染物，稳定水质，减缓水蚯蚓对水体水质不良影响，实验结果显示，沉积物中的有机物(即烧失量)去除率达到了28.8％，并且上覆水的COD、氨氮指标均比单独存在水蚯蚓的对照组更低。在水体沉积物和上覆水中的污染得到有效控制后，移除微生物电极，同时移除寄居在电极上的水蚯蚓，进而避免其对水质造成不良影响。

Description

对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法
技术领域
本发明属于水体污染治理方法领域，具体涉及一种对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法。
技术背景
水蚯蚓是一种底栖无脊椎动物，广泛存在于自然界水体中，并且对底泥具有扰动作用。生物扰动作用不但会促进上覆水与底泥的混合，使水质变坏，并且会改变底泥的理化性质。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，能够有效去除污染物，稳定水质，减缓水蚯蚓对水体水质不良影响，避免水质恶化。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
本发明提供一种对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，其特征在于，包括：将一对微生物电极分别插入自然水体沉积物和上覆水中；在水体污染物得到降解，并且水质稳定后，移出微生物电极及寄居在该微生物电极上的水蚯蚓。
本发明提供的对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，还可以具有以下特征：在一对微生物电极之间连接1～500欧姆外电阻。
本发明提供的对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，还可以具有以下特征：微生物电极为碳毡电极、碳布电极、碳刷电极中的任意一种。
本发明提供的对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，还可以具有以下特征：微生物电极的厚度为1mm～10mm，最佳为5mm。
本发明提供的对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，还可以具有以下特征：在水体中，水蚯蚓的群落密度为50～20000个/平方米沉积物。
发明的作用与效果
本发明将一对微生物电极分为插入自然水体沉积物和上覆水中，水体沉积物中水蚯蚓通过其的生物扰动作用，最终聚集在电极上，同时，微生物电极使水质稳定，并强化了沉积物有机质的去除。实验结果显示，沉积物中的有机物(即烧失量)去除率达到了28.8％，并且上覆水的COD、氨氮指标均比单独存在水蚯蚓的对照组更低。在水体沉积物和上覆水中的污染得到有效控制后，移除微生物电极，同时移除寄居在电极上的水蚯蚓，进而避免其对水质造成不良影响。
附图说明
图1为本发明实施例涉及的不同反应器内上覆水水质情况示意图：(a)COD，(b)氨氮，(c)DO，(d)电导率；
图2为本发明实施例涉及的底泥中烧失量(LOI)的变化情况示意图；
图3为本发明实施例涉及的底泥中水蚯蚓的栖息情况示意图：(a)为采用微生物电化学方法前水蚯蚓栖息在水体中对底泥进行扰动的痕迹，(b)为水蚯蚓转移至寄居在阳极上。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法的具体实施方案进行详细地说明。在实施例中未详细阐述的部分均属于现有技术。
<实施例>
本实施例所提供的对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法包括如下步骤：
步骤1.用去离子水将5mm厚的碳毡洗净，并将其剪裁成直径7.5cm(面积约44.2cm2)的两片圆片以用作SMFC的阳极和阴极，阳极和阴极的间距为7.0cm；
步骤2.将SMFC置于容积为1.0L的烧杯中，阳极置于泥水界面下3.0cm处(厌氧底泥中)，阴极则置于上覆水中。之后，将烧杯置于容积为10L的箱型容器中，并向其中加入3.0L的湖水，外电路负载为500Ω；用蠕动泵控制水流速度为1.0L/h；
步骤3.运行35天后，将SMFC转移到有新鲜底泥的烧杯中，并将水蚯蚓(群落密度约为5～2000个/0.1平方米)加入到烧杯中；
步骤4.将步骤3中的反应器中置于25℃的生化培养箱中培养90天，并定期向反应器中加入去离子水以保证水面高度不变。
另外，为进行比较，将上述本方案方法的反应器作为实验组，另外设置三个对照组：将不投加水蚯蚓且SMFC开路的反应器作为空白对照组，投加水蚯蚓且SMFC开路的反应器(对应下表1中“只投加水蚯蚓”)和未加水蚯蚓的SMFC(对应下表1中“SMFC”)作为另外两个对照组。三个对照组中，除了这里指出的投加条件不同以外，其余条件均与上述本方案实验组(对应下表1中“SMFC+水蚯蚓”)相同。
对以上各组反应器进行测试发现，除了投加水蚯蚓且SMFC开路的反应器以外的所有反应器中的COD和氨氮含量在开始的25天中迅速下降(如图1a和1b所示)，在开始15天之后，高的COD浓度促进了氨的氧化，从而加快的氨氮的去除速率(如图1b所示)。实验开始90天后，各组反应器上覆水DO值从5.0mg/L上升到了7.0mg/L，不同反应器最终的上覆水水质见下表1。
表1各反应器最终上覆水水质(90天)
从表1的数据中可以看出，由于水蚯蚓的在底泥中进行挖掘，促进了底泥中可溶性化学物质(COD，NH4 +，硫酸盐等)释放到上覆水中。SMFC利用生物阴极促进了上覆水的DO和氨氮的降解，投加水蚯蚓的SMFC的最终上覆水水质要远优于投加水蚯蚓且SMFC开路的反应器，反映出SMFC的存在减缓了水蚯蚓的存在对水质的影响，稳定了水质。
在各反应器中，烧失量(LOI)去除率最大的一组为投加水蚯蚓的SMFC，达到了28.8％(如图2所示)。在水蚯蚓和SMFC的协同作用下，使得LOI的去除率远高于SMFC单一作用下的反应器(未投加水蚯蚓的SMFC)，其去除率为18％。
在向SMFC中投加水蚯蚓并转入箱式反应器后的10天，并没有如图3a所示肉眼可见的水蚯蚓在底泥中的扰动痕迹。在运行50天后，SMFC的功率密度从70mW/m2提高到了93mW/m2。90天实验周期结束后，将电极从底泥中取出时发现，水蚯蚓从水体中转移栖息在了阳极碳毡上(图3b)。由于SMFC阳极上附着有大量的微生物(产电微生物会富集在阳极)，水蚯蚓为了捕食进而栖息于阳极上，并在阳极上挖掘，钻洞。可以通过这种现象，在水质稳定之后，将水蚯蚓随着电极一同取出，避免水质恶化。
如上所述，本实施例通过水蚯蚓与SMFC的协同处理，可以有效减缓水蚯蚓的生物扰动作用对水质的影响，并且可以减少底泥中的有机物含量，实现污泥减量化。水蚯蚓出于捕食的目的，会大量聚集在阳极上，因此，在水质稳定之后，可以将电极同水蚯蚓一并取出，从而防止水质恶化。本方法对水蚯蚓的去除效果约为5～2000个水蚯蚓/0.1平方米。
以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，其特征在于，包括：
将一对微生物电极分别插入自然水体沉积物和上覆水中；在水体污染物得到降解，并且水质稳定后，移出所述微生物电极及寄居在该微生物电极上的水蚯蚓。
2.根据权利要求1所述的对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，其特征在于：
其中，在所述一对微生物电极之间连接1～500欧姆外电阻。
3.根据权利要求1所述的对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，其特征在于：
其中，所述微生物电极为碳毡电极、碳布电极、碳刷电极中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的对水蚯蚓栖息水体进行污染物治理的微生物电化学方法，其特征在于：
其中，在水体中，水蚯蚓的群落密度为50～20000个/平方米沉积物。
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