CN113213719B - 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 - Google Patents

Abstract

本申请属于环保领域，尤其涉及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。本申请的装置，包括：两个光电组件；光电组件包括阳极、阴极、太阳能聚光板、太阳能电池、太阳能光电容和计时继电器；太阳能聚光板分别与阳极和阴极连接；太阳能电池通过计时继电器分别与阳极和阴极连接；太阳能光电容通过计时继电器分别与阳极和阴极连接；阳极和阴极均包括固定棒和导光导电纤维，导光导电纤维固定在固定棒的表面。本申请的导光导电纤维刺激底泥中光‑电活性微生物生长和富集，强化降解底泥中有机污染物和去除重金属。本申请的装置，有效解决现有修复底泥方法中存在二次污染、修复效率低、无法从根本上去除底泥重金属的技术问题。

Description

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

技术领域

本申请属于环保领域，尤其涉及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。

背景技术

随着社会经济和工农业的快速发展，大量人工合成污染物进入城市内河道，如氮、磷、PPCPs、POPs和重金属等，导致城市内河道水体成为各种污染物的汇集地，水体发黑发臭，对城市居民身体健康和生态安全造成巨大威胁。研究表明，进入河道的污染物，尤其是高生态风险的毒性有机污染物(PPCPs、POPs)和重金属主要蓄存在底泥中，因此，城市黑臭水体的污染属于底泥内源污染，去除底泥中污染物才能从根本上根治黑臭水体。目前，底泥修复技术主要有原位修复技术和异位修复技术。异位修复技术由于需要将底泥挖出运往他处处理，涉及较高的人力、物力和处理成本，同时有导致污染扩散的问题。相比之下，原位修复技术具有便捷、成本低和节省人力等优点。

目前，底泥的原位修复技术主要有物化法和生物法，其作用原理和存在问题如下：

(1)物化法：投加化学药剂氧化降解底泥有机污染物；投加重金属稳定剂钝化底泥重金属，但该方法存在二次污染、环境风险高、成本高和无法从根本上去除底泥重金属存在污染隐患的问题；

(2)生物法：利用水生植物提取底泥中重金属和利用植物根系微生物降解底泥有机污染物，但植物生长缓慢，重金属提取和有机污染物降解效率低，且涉及植物提取重金属后的后续处置问题；直接投加微生物菌剂主要对水中的污染物去除效果明显，而难以降解底泥中的有机污染物。

综上所述，以上两种方法都不能同时快速和高效地去除底泥毒性有机物和重金属、需要额外能耗或存在成本高和二次污染问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种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，有效解决现有修复底泥的物化法中存在二次污染、环境风险高、无法从根本上去除底泥重金属，以及生物法中存在的修复效率低，费时费力的技术问题。

本申请第一方面提供了一种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，包括：

第一光电组件和第二光电组件；

所述第一光电组件包括外阳极、外阴极、第一太阳能聚光板、第一太阳能电池、第一太阳能光电容和第一计时继电器；所述第一太阳能聚光板分别与所述外阳极和所述外阴极连接；所述第一太阳能电池通过所述第一计时继电器分别与所述外阳极和所述外阴极连接；所述第一太阳能光电容通过所述第一计时继电器分别与所述外阳极和所述外阴极连接；所述外阳极包括固定棒和导光导电纤维，所述导光导电纤维固定在所述固定棒的表面；所述外阴极包括固定棒和导光导电纤维，所述导光导电纤维固定在所述固定棒的表面；

所述第二光电组件包括内阳极、内阴极、第二太阳能聚光板、第二太阳能电池、第二太阳能光电容和第二计时继电器；所述第二太阳能聚光板分别与所述内阳极和所述内阴极连接；所述第二太阳能电池通过所述第二计时继电器分别与所述内阳极和所述内阴极连接；所述第二太阳能光电容通过所述第二计时继电器分别与所述内阳极和所述内阴极连接；所述内阳极包括固定棒和导光导电纤维，所述导光导电纤维固定在所述固定棒的表面；所述内阴极包括固定棒和导光导电纤维，所述导光导电纤维固定在所述固定棒的表面。

具体的，所述阳极附近富集有：光-电活性微生物，以阳极的导光导电纤维传导太阳光为光源，阳极为光合电子受体，氧化底泥中腐殖质有机物，并共代谢降解持久性毒性有机物。所述阴极附近富集有：光-电活性微生物，以阴极的导光导电纤维传导的太阳光为光源，阴极为电子受体，还原降解底泥中氧化型污染物。阳极光-电活性微生物分解底泥腐殖质有机物的同时，降低阳极附近底泥pH，促进腐殖质吸附重金属的解吸，并在阳极和阴极电场力的驱动下从阳极迁移到阴极，富集在阴极表面，通过更换阴极去除底泥中重金属。

另一实施例中，所述导光导电纤维为负载透明导电薄膜的导光纤维。具体的，所述导光导电纤维可以为现有常规的柔性导光-导电碳纤维复合材料。

具体的，所述导光导电纤维捆绑固定或缠绕固定在所述固定棒的表面。

具体的，所述导光纤维选自石英导光纤维。

另一实施例中，所述透明导电薄膜选自In-Sn透明导电薄膜。

具体的，石英导光纤维用于导光、In-Sn透明导电薄膜用于导电，使得所述导光导电纤维同时导光和导电；In-Sn透明导电薄膜是透明的，用于石英导光纤维的光照射到底泥中；所述导光导电纤维可同时作为阳极和阴极。

另一实施例中，所述导光导电纤维的制备方法包括：

步骤1、将铟盐和锡盐溶解于乙二醇中，再加入等体积比的NaOH/乙二醇溶液，搅拌均匀形成乳浊液，之后进行水热反应，洗涤干燥后得到纳米In-Sn粉末；

步骤2、将所述纳米In-Sn粉末分散于高分子聚合物中，得到纳米In-Sn分散液，将导光纤维浸泡在所述纳米In-Sn分散液中，进行退火处理，得到负载纳米In-Sn透明导电薄膜的导光纤维。

另一实施例中，步骤1中，所述铟盐选自In(NO₃)₃，所述锡盐选自SnCl₄；In(NO₃)₃和SnCl₄的摩尔比为(5～20):1。

另一实施例中，步骤1中，所述水热反应的温度为200～300℃，所述水热反应的时间为10～14h。

具体的，步骤1中，所述水热反应的温度为250℃，所述水热反应的时间为12h。

另一实施例中，步骤2中，所述退火处理的温度为450～550℃；所述退火处理的时间为0.5～1.5h。

具体的，步骤2中，所述退火处理的温度为500℃；所述退火处理的时间为1h。

另一实施例中，步骤2中，所述导光纤维选自石英，所述固定棒选自石墨导体棒、不锈钢棒或钛棒中的一种。

具体的，步骤2中，所述高分子聚合物为PEG200。

具体的，负载纳米In-Sn透明导电薄膜的导光纤维的制备方法包括：将In(NO₃)₃和SnCl₄按(5～20):1的摩尔配比溶解于乙二醇中，再混入等体积比的NaOH/乙二醇溶液，搅拌均匀形成乳浊液，之后转移至水热反应釜中250℃反应12小时后取出离心，无水乙醇洗净和60℃干燥后得到纳米In-Sn粉末。将In-Sn纳米粉末通过超声和搅拌均匀分散于PEG200中得到纳米In-Sn分散液。将石英导光纤维在纳米In-Sn分散液中浸泡镀膜，在100℃下预热10分钟后放入马弗炉中500℃退火1小时，得到负载纳米In-Sn透明导电薄膜的导光纤维。本申请的负载纳米In-Sn透明导电薄膜的导光纤维同时具有良好的导光和导电性能。

具体的，本申请的导光导电纤维光线折射率1.436，电导率5.6×10^-4Ω。

另一实施例中，所述外阳极与所述外阴极之间的电压为3～10V；所述内阳极与所述内阴极之间的电压为0.1～0.4V。所述外阳极与所述外阴极施加的电压明显高于所述内阳极与所述内阴极，因此所述外阳极与所述外阴极之间具有更大的电场力，可以更有效的驱动重金属阳离子向阴极迁移富集。所述内阳极与所述内阴极施加的电压很低，主要是刺激底泥中光-电活性微生物代谢的作用。电压过高不利于底泥光-电活性微生物的光合电子的提取和刺激代谢。

另一实施例中，所述装置还包括稳压器；

所述第一太阳能聚光板通过所述稳压器分别与所述外阳极和所述外阴极连接；所述第一太阳能电池通过所述稳压器和所述第一计时继电器分别与所述外阳极和所述外阴极连接；所述第一太阳能光电容通过所述稳压器和所述第一计时继电器分别与所述外阳极和所述外阴极连接；

所述第二太阳能聚光板通过所述稳压器分别与所述内阳极和所述内阴极连接；所述第二太阳能电池通过所述稳压器和所述第二计时继电器分别与所述内阳极和所述内阴极连接；所述第二太阳能光电容通过所述稳压器和所述第二计时继电器分别与所述内阳极和所述内阴极连接。

另一实施例中，所述装置还包括固定框；所述外阳极和所述外阴极固定在所述固定框的两端；所述内阳极和所述内阴极固定在所述固定框的中部。

本申请第二方面提供了一种导光导电纤维电极联合光-电活性微生物原位修复底泥的方法，包括：

步骤1、将所述装置的外阳极、外阴极、内阳极和内阴极插入底泥中；

步骤2、所述外阳极、所述外阴极、所述内阳极和所述内阴极的导光导电纤维将光照导至所述底泥中；所述外阳极与所述外阴极在所述底泥中施加3～10V的电压；所述内阳极与所述内阴极在所述底泥中施加0.1～0.4V的电压。

具体的，利用本申请的装置可以刺激底泥中本来就有的光-电活性微生物的富集和快速生长，以及降解底泥中的有机污染物。

另一实施例中，第一太阳能光电容17和第二太阳能光电容18的容量范围在0.1～30F。

具体的，所述外阳极、所述外阴极、所述内阳极和所述内阴极一天24小时一直对底泥施加电压；白天，所述外阳极、所述外阴极、所述内阳极和所述内阴极将光传到至底泥中，且对底泥施加电压；黑夜，所述外阳极、所述外阴极、所述内阳极和所述内阴极对底泥施加电压。

本申请提供的一种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，利用导光导电纤维联合-电化学原位促进底泥中光电活性微生物富集和代谢，同时去除底泥中持久性毒性有机污染物和重金属的技术方法，底泥可以为城市黑臭水体底泥、湖泊底泥、污水处理厂底泥、河流底泥、海洋底泥等。本申请提供的一种底泥修复装置包括：以导光导电纤维分别作为底泥修复装置的光电生物化学系统的阳极和阴极。本申请的光电组件运行原理为：将阳极和阴极通过导线与太阳能聚光板、太阳能光合电容和计时继电器相连。将阳极和阴极埋入河道底泥中，太阳能聚光板、太阳能电池、太阳能光合电容和计时继电器浮在水面。太阳能聚光板高效收集太阳光，并通过导光导电纤维将太阳光导至底泥中，分别在阳极和阴极为底泥中的光合微生物提供太阳光源。同时，太能聚光板为太阳能电池充电并在阳极和阴极之间施加电压，使阳极为正电势，阴极为负电势。底泥中光合微生物利用导光导电纤维提供的太阳光为光源，以阳极的导光导电纤维为电子受体，进行代谢，大量富集与阳极附近。光合微生物以阴极导光导电纤维提供的太阳光为光源，以阴极为电子受体进行代谢并富集。

可见，本申请利用导光导电纤维将太阳光引入底泥中，同时利用太阳能光电场阳极提供电子受体，促进底泥中光-电活性微生物的生长和富集，强化底泥有机污染物去除和重金属解吸，并在阳极和阴极电场力作用下促进重金属在阴极富集，通过更换阴极去除底泥重金属。同时通过太阳能电池和太阳能光电容驱动整个过程，全天候能量自维持、无额外能耗、无二次污染。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例提供的底泥修复装置的结构示意图；

其中：外阳极1、内阳极2、外阴极3、内阴极4、左侧外固定件5、左侧内固定件6、右侧外固定件7、右侧内固定件8、第一太阳能聚光板9、稳压器10、第二太阳能聚光板11、中部固定件12、第一计时继电器13、第二计时继电器14、第一太阳能电池15、第二太阳能电池16、第一太阳能光电容17、第二太阳能光电容18、底部固定件19、顶部固定件20。

具体实施方式

本申请提供了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和方法，用于解决现有技术中存在二次污染、环境风险高、无法从根本上去除底泥重金属，以及修复效率低和费时费力的技术缺陷。

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

其中，以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制。

以下实施例的底泥修复方法采用的底泥修复装置，请参阅图1，本申请的底泥修复装置包括：

第一光电组件和第二光电组件；

第一光电组件包括外阳极1、外阴极3、第一太阳能聚光板9、第一太阳能电池15、第一太阳能光电容17和第一计时继电器13；第一太阳能聚光板9分别与外阳极1和外阴极3连接；第一太阳能电池15通过第一计时继电器13分别与外阳极1和外阴极3连接；第一太阳能光电容17通过第一计时继电器13分别与外阳极1和外阴极3连接；外阳极1包括固定棒和导光导电纤维，导光导电纤维固定在固定棒的表面；外阴极3包括固定棒和导光导电纤维，导光导电纤维固定在固定棒的表面；

第二光电组件包括内阳极2、内阴极4、第二太阳能聚光板11、第二太阳能电池16、第二太阳能光电容18和第二计时继电器14；第二太阳能聚光板11分别与内阳极2和内阴极4连接；第二太阳能电池16通过第二计时继电器14分别与内阳极2和内阴极4连接；第二太阳能光电容18通过第二计时继电器14分别与内阳极2和内阴极4连接；内阳极2包括固定棒和导光导电纤维，导光导电纤维固定在固定棒的表面；内阴极4包括固定棒和导光导电纤维，导光导电纤维固定在固定棒的表面。

具体的，第一太阳能聚光板9和第二太阳能聚光板11为现有常规的太阳能极板装置。

具体的，第一太阳能电池15和第二太阳能电池16为现有常规的电容充电极板装置。

具体的，第一太阳能光电容17和第二太阳能光电容18为现有常规的光合电容充装置。

具体的，第一计时继电器13和第二计时继电器14为现有常规的可电脑控制的计时继电器。

具体的，第一太阳能聚光板9、第一太阳能电池15和第一太阳能光电容17并联后分别与外阳极1和外阴极3连接；第二太阳能聚光板11、第二太阳能电池16和第二太阳能光电容18并联后分别与内阳极2和内阴极4连接。

具体的，外阳极1、内阳极2、外阴极3和内阴极4靠近底部固定件19端为尖端，便于外阳极1、内阳极2、外阴极3和内阴极4插入底泥。

另一实施例中，所述导光导电纤维包括负载有透明导电薄膜的石英导光纤维。

另一实施例中，所述透明导电薄膜选自In-Sn透明导电薄。

另一实施例中，所述导光导电纤维的制备方法包括：

步骤1、将铟盐和锡盐溶解于乙二醇中，再加入等体积比的NaOH/乙二醇溶液，搅拌均匀形成乳浊液，之后进行水热反应，洗涤干燥后得到纳米In-Sn粉末；

步骤2、将所述纳米In-Sn粉末分散于高分子聚合物中，得到纳米In-Sn分散液，将导光纤维浸泡在所述纳米In-Sn分散液中，进行退火处理，得到负载纳米In-Sn透明导电薄膜的导光纤维。

另一实施例中，步骤1中，所述水热反应的温度为250℃，所述水热反应的时间为12h。

另一实施例中，步骤2中，所述退火处理的温度为500℃；所述退火处理的时间为1h。

另一实施例中，步骤2中，所述导光纤维选自石英，所述固定棒选自石墨导体棒、不锈钢或钛棒中的一种。

另一实施例中，外阳极1与外阴极3之间的电压为3～10V；内阳极2与内阴极4之间的电压为0.1～0.4V。内阳极2与内阴极4之间电压较小，主要在于强化底泥微生物电化学代谢的作用。外阳极1与外阴极3之间电场力更大，主要在于增强阳极重金属向阴极迁移。

另一实施例中，第一太阳能光电容17和第二太阳能光电容18的容量范围在0.1～30F。

请参阅图1，另一实施例中，还包括稳压器10；

第一太阳能聚光板9通过稳压器10分别与外阳极1和外阴极3连接；第一太阳能电池15通过稳压器10和第一计时继电器13分别与外阳极1和外阴极3连接；第一太阳能光电容17通过稳压器10和第一计时继电器13分别与外阳极1和外阴极3连接；

第二太阳能聚光板11通过稳压器10分别与内阳极2和内阴极4连接；第二太阳能电池16通过稳压器10和第二计时继电器14分别与内阳极2和内阴极4连接；第二太阳能光电容18通过稳压器10和第二计时继电器14分别与内阳极2和内阴极4连接。

具体的，上述稳压器10为电极稳压器。

请参阅图1，另一实施例中，还包括固定框；外阳极1和外阴极3固定在固定框的两端；内阳极2和内阴极4固定在固定框的中部。

具体的，固定框包括底部固定件19、顶部固定件20、左侧外固定件5、左侧内固定件6、右侧外固定件7、右侧内固定件8和中部固定件12；

左侧外固定件5和右侧外固定件7分别贯穿固定在底部固定件19与顶部固定件20的边缘；左侧内固定件6和右侧内固定件8分别贯穿固定在底部固定件19与顶部固定件20的两侧；中部固定件12贯穿固定在底部固定件19与顶部固定件20的中部，使底部固定件19与顶部固定件20对齐层叠设置。

具体的，左侧外固定件5、左侧内固定件6、右侧外固定件7、右侧内固定件8和中部固定件12设有不同高度的弹性伸缩卡口，从而调节底部固定件19和顶部固定件20之间的距离，进而控制固定框深度。

实施例

本申请实施例提供了原位修复底泥的方法，具体包括：

1、负载纳米In-Sn透明导电薄膜的导光纤维的制备：将In(NO₃)₃和SnCl₄按20:1的摩尔配比溶解于乙二醇中，再混入等体积比的NaOH/乙二醇溶液，搅拌均匀形成乳浊液，之后转移至水热反应釜中250℃反应12小时后取出离心，无水乙醇洗净和60℃干燥后得到纳米In-Sn粉末。将1g的In-Sn纳米粉末通过超声和搅拌均匀分散于500mL的PEG 200中得到2g/L纳米In-Sn分散液。将石英导光纤维在纳米In-Sn分散液中浸泡镀膜，在100℃下预热10分钟后放入马弗炉中500℃退火1小时，得到负载纳米In-Sn膜的石英导光纤维。利用该纳米In-Sn膜石英导光纤维分别作为生物电化学系统的阳极和阴极。

如图1所示，将外阳极1和内阳极2、外阴极3和内阴极4埋入含有5mg/L菲和30mg/LPb的模拟污染底泥中，外阳极1和内阳极2、外阴极3和内阴极4可分别通过底部固定件19与顶部固定件20固定在固定框上，外阳极1和外阴极3固定在固定框的两端；内阳极2和内阴极4固定在固定框的中部；并可根据底泥深度调节外阳极1和内阳极2、外阴极3和内阴极4的埋入深度。

对于第一光电组件，将外阳极1和外阴极3通过导线与第一太阳能聚光板9、第一太阳能电池15、第一太阳能光电容17和第一计时继电器13相连。将外阳极1和外阴极3埋入河道底泥中，第一太阳能聚光板9、第一太阳能电池15、第一太阳能光电容17和第一计时继电器13浮在水面。第一太阳能聚光板9高效收集太阳光，并通过外阳极1和外阴极3的导光导电纤维将太阳光导至底泥中，外阳极1和外阴极3为底泥中的光合微生物提供太阳光源。同时，第一太阳能聚光板9为第一太阳能电池15充电并在外阳极1和外阴极3之间施加电压，使外阳极1为正电势，外阴极3为负电势。底泥中光合微生物利用导光导电纤维提供的太阳光为光源，以外阳极1的导光导电纤维为电子受体，进行代谢，大量富集于外阳极1附近。光合微生物以外阴极3的导光导电纤维提供的太阳光为光源，以外阴极3为电子受体进行代谢并富集。第二光电组件的结构和作用与第一光电组件相似。

使用时，白天，利用全光谱的氙灯光源(12000lux)照射第一太阳能聚光板9，通过稳压器10在外阳极1和外阴极3之间施加1.5V电压。通过第二太阳能聚光板11和稳压器10在内阳极2和内阴极4之间施加0.3V电压。同时，第一计时继电器13、第二计时继电器14断开，第一太阳能电池15为电容量为10F的第一太阳能光电容17充电；第二太阳能电池16为电容量为3F的第二太阳能光电容18充电。晚上，第一计时继电器13、第二计时继电器14闭合，第一太阳能光电容17和第二太阳能光电容18放电，分别在外阳极1和外阴极2之间及内阳极2和内阴极4之间施加电压。

在上述试验条件下，与未采用本申请实施例上述装置修复的底泥相比，30天后测试底泥中菲和Pb的浓度。结果表明，外阳极1和内阳极2附近底泥中菲浓度低63％，Pb浓度低43％，外阴极3和内阴极4附近底泥中Pb浓度增高37％。说明底泥中菲被强化加速去除，而底泥Pb被活化并迁移到外阴极3和内阴极4附近，可通过更换外阴极3和内阴极4可将Pb从底泥中去除。本申请实施例中的底泥中富集的主要光-电活性微生物为Cyanobacteria、Rhodopseudomonaspalustris和Acidobacteria。

综上所述，本申请实施例为采用导光导电纤维作为生物化学系统的阳极和阴极，联合太阳能光-电生物化学系统原位去除底泥中持久性有机物和重金属。其原理为：

以柔性的导光导电纤维分别作为阳极和阴极。联用太阳能聚光板、太阳能电池、太阳能光电容和微电脑控制的计时继电器，组成光电组件。本实施例的光电组件原理为：将阳极和阴极通过导线与太阳能聚光板、太阳能电池、太阳能光合电容和计时继电器相连。将阳极和阴极埋入河道底泥中，太阳能聚光板、太阳能电池、太阳能光合电容和计时继电器浮在水面。太阳能聚光板高效收集太阳光，并通过导光导电纤维将太阳光导至底泥中，分别在阳极和阴极为底泥中的光合微生物提供太阳光源。同时，太能聚光板为太阳能电池充电并在阳极和阴极之间施加电压，使阳极为正电势，阴极为负电势。底泥中光合微生物利用导光导电纤维提供的太阳光为光源，以导光导电纤维阳极为光合电子受体，进行代谢，大量富集与阳极附近。在阴极，光合微生物以阴极导光导电纤维提供的太阳光为光源，以阴极为电子受体进行代谢并富集。

具体的，底泥持久性毒性有机物和重金属去除途径分为：

(1)阳极：在阳极的导光导电纤维提供太阳光能和作为电子受体条件下，促进底泥中光-电活性微生物在阳极附近大量生长和富集，通过光合-生物电化学联合代谢加速氧化降解底泥中腐殖质类有机物，同时促进难降解毒性有机物的共代谢降解。

(2)阴极：在阴极的导光导电纤维提供太阳光能和作为电子供体条件下，促进底泥中光-电活性微生物在阴极附近大量生长和富集，通过光合-生物电化学联合代谢促进氧化型难降解毒性有机物的还原生物降解和重金属的还原脱毒和稳定化。

(3)电动力学：阳极光-电活性微生物代谢底泥腐殖质同时降低阳极附近底泥pH，促进重金属离子从底泥腐殖质表面解析出来，同时，通过联合额外的放大功率电场，促进重金属离子在阴、阳极之间电场力的作用下从阳极附近底泥迁移到阴极附近底泥中，并在阴极表面富集，通过定期更换阴极，去除底泥和回收底泥重金属。

(4)其他生物效应：利用导光导电纤维将太阳光导入沉积物可促进底泥中产氧光合微生物和不产氧光合菌的生长。产氧光合微生物如藻、藻青菌可通过光合作用释放氧气，促进底泥中腐殖质有机物和持久性毒性有机物的好氧氧化降解。同时可以促进不产氧光合微生物的异养光合代谢和自养光合代谢，强化对还原型有机污染物的氧化降解和对氧化型有机污染物的还原降解及氧化型重金属的还原脱毒。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种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，其特征在于，包括：

第一光电组件和第二光电组件；

所述第一光电组件包括外阳极、外阴极、第一太阳能聚光板、第一太阳能电池、第一太阳能光电容和第一计时继电器；所述第一太阳能聚光板分别与所述外阳极和所述外阴极连接；所述第一太阳能电池通过所述第一计时继电器分别与所述外阳极和所述外阴极连接；所述第一太阳能光电容通过所述第一计时继电器分别与所述外阳极和所述外阴极连接；所述外阳极包括固定棒和导光导电纤维，所述导光导电纤维固定在所述固定棒的表面；所述外阴极包括固定棒和导光导电纤维，所述导光导电纤维固定在所述固定棒的表面；

所述第二光电组件包括内阳极、内阴极、第二太阳能聚光板、第二太阳能电池、第二太阳能光电容和第二计时继电器；所述第二太阳能聚光板分别与所述内阳极和所述内阴极连接；所述第二太阳能电池通过所述第二计时继电器分别与所述内阳极和所述内阴极连接；所述第二太阳能光电容通过所述第二计时继电器分别与所述内阳极和所述内阴极连接；所述内阳极包括固定棒和导光导电纤维，所述导光导电纤维固定在所述固定棒的表面；所述内阴极包括固定棒和导光导电纤维，所述导光导电纤维固定在所述固定棒的表面；

所述外阳极与所述外阴极之间的电压为3～10V；所述内阳极与所述内阴极之间的电压为0.1～0.4V。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导光导电纤维为负载透明导电薄膜的导光纤维。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述透明导电薄膜选自In-Sn透明导电薄膜。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导光导电纤维的制备方法包括：

步骤1、将铟盐和锡盐溶解于乙二醇中，再加入等体积比的NaOH/乙二醇溶液，搅拌均匀形成乳浊液，之后进行水热反应，洗涤干燥后得到纳米In-Sn粉末；

步骤2、将所述纳米In-Sn粉末分散于高分子聚合物中，得到纳米In-Sn分散液，将导光纤维浸泡在所述纳米In-Sn分散液中，进行退火处理，得到负载纳米In-Sn透明导电薄膜的导光纤维。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，步骤1中，所述水热反应的温度为200～300℃，所述水热反应的时间为10～14h。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，步骤2中，所述退火处理的温度为450～550℃；所述退火处理的时间为0.5～1.5h。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，步骤2中，所述导光纤维选自石英，所述固定棒选自石墨导体棒、不锈钢棒或钛棒中的一种。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括稳压器；

所述第一太阳能聚光板通过所述稳压器分别与所述外阳极和所述外阴极连接；所述第一太阳能电池通过所述稳压器和所述第一计时继电器分别与所述外阳极和所述外阴极连接；所述第一太阳能光电容通过所述稳压器和所述第一计时继电器分别与所述外阳极和所述外阴极连接；

所述第二太阳能聚光板通过所述稳压器分别与所述内阳极和所述内阴极连接；所述第二太阳能电池通过所述稳压器和所述第二计时继电器分别与所述内阳极和所述内阴极连接；所述第二太阳能光电容通过所述稳压器和所述第二计时继电器分别与所述内阳极和所述内阴极连接。

9.一种导光导电纤维电极联合光-电活性微生物原位修复底泥的方法，其特征在于，包括：

步骤1、将权利要求1～8任意一项所述的装置的外阳极、外阴极、内阳极和内阴极插入底泥中；

步骤2、所述外阳极、所述外阴极、所述内阳极和所述内阴极的导光导电纤维将光照导至所述底泥中；所述外阳极与所述外阴极在所述底泥中施加3～10V的电压；所述内阳极与所述内阴极在所述底泥中施加0.1～0.4V的电压。

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