CN116768351A - 电活性菌藻共生反应器及其系统和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电活性菌藻共生反应器及其系统和应用，属于环境水生态修复领域。该反应器包括阳极、阴极以及附着于阴阳极上高性能的电活性菌藻共生生物膜，同时还通过外电阻将阳极导线和阴极导线进行连接；本发明中的反应器在启动运行时，将混合脱氮功能菌种及绿藻等土著藻先后接种于反应器中，进水中的有机物和部分死亡藻类碳源在阳极区经生物氧化产生电子，该类电子经外电路传递至阴极，再由阴极附着生长的电活性菌藻共生阴极生物膜完成相应污染物去除及氧的还原反应；同时阴极共生的活性藻类可捕获光电子，促进污染去除反应持续发生，进而形成活性良好、结构稳定的电活性菌藻共生生物膜，最终获得良好的水体净化效果并回收绿色电能。
Description
技术领域
本发明属于环境水生态修复技术领域，具体涉及一种电活性菌藻共生反应器及其系统和应用。
背景技术
随着我国经济快速发展，含有N（氮）、P（磷）、抗生素的污水不断产生，虽经污水厂处理排放水体，但是依然会引发水体污染事件。特别是在新时期生态中国和美丽乡村政策下，各地陆续开展的公园城市建设的公园湖水、污水厂排放小河沟、以及新农村池塘等无管网连接的小面积人工水体中易发生；主要因为该类小水体来自河水、降水、达标排放污水等，水量较小，自净能力差，受人为活动影响大。
有研究报道电活性微生物在利用污水污染物进行氧化还原代谢时，能够去除C（碳）、N、P、抗生素、重金属体等污染物，微生物电化学技术已经成为污水处理及水生态修复的热门技术之一。还有报道表明：藻类可与细菌共生用于污水的净化处理；污染水体中存在大量的微生物，它们能够与藻类相互作用，促进水质净化。因此，利用微生物的氧化还原代谢反应协同藻类的代谢构建的菌藻共生系统，能够降解污水中的有机物，并能实现同步脱氮除磷。上世纪50年代，Oswald等首先利用氧化塘中藻菌共生处理污水，随后许多学者尝试开展菌藻共生系统的应用基础研究；其中：利用菌藻共生处理重金属污水，去除效率超过80%；而在处理抗生素污水中处理效率为32~74%；还有人利用其处理高氨氮养猪污水，N、P的去除效率分别在83%和58%；而在离网分散式水体污染的防治中少有报道。
目前，分散式水体污染的防治主要以减少农业面源污染、引入清水、曝气增氧、种植植物等措施为主，存在处理成本高、维护较难，根本上未构建可持续水质自净能力，同时还存在富营养化易反复等问题，并且上述方法浪费各种资源，还不能够有效的进行低碳循环利用。因此，对于持续保障公园水池、村塘等离网分散式水体的水质已成为亟待解决的研究课题。
发明内容
为了解决现有防治或净化离网分散式水体污染的方法存在成本高、自净能力弱、富营养化易反复等问题，本发明的目的之一是提供一种电活性菌藻共生反应器。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种电活性菌藻共生反应器，包括壳体；一端与壳体的一端连接，且其另一端朝壳体的另一端延伸的固定中心轴；以及沿固定中心轴的轴向依次设置于固定中心轴上的生物阳极、导流隔板和生物阴极，导流隔板将壳体划分为阳极区和阴极区；
其中，生物阳极包括位于固定中心轴上的阳极，位于阳极远离导流隔板一端上的阳极导线，以及附着于阳极上的电活性菌藻共生阳极生物膜；
生物阴极包括位于固定中心轴上的阴极，位于阴极靠近导流隔板一端上的阴极导线，以及附着于阴极上的电活性菌藻共生阴极生物膜；
阳极导线和阴极导线通过外电阻连接。
本发明的有益效果为：在本发明中，生物阳极上的电活性菌藻共生阳极生物膜中的细菌对位于阳极区的死亡藻体进行厌氧发酵并氧化利用其释放的内源碳，与反应水体中有机物协同氧化释放电子至外电路，从而完成有机物去除；同时，释放的电子经导线传递至生物阴极，传递至阴极的电子被电活性菌藻微生物利用完成含氮污染物和氧的还原反应，污染水体中的含氮污染物在生物阴极中的菌藻共生生物膜作用下完成硝化反硝化等脱氮反应，从而净化水体含氮污染物；另外，位于阴极的活性藻类还能捕获一定的光电子，促进污染去除过程的可持续发生。
此外，菌藻共生生物电极（即，生物阳极和生物阴极）表面还可以产生弱电场吸引磷酸盐等离子，这些离子在电极微电环境中通过络合沉淀或氧化还原反应得以去除，从而促进水体自净，减缓甚至抑制富营养化发展，维持水体清洁状态。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，阳极和阴极均呈螺旋状。
进一步，电活性菌藻共生阳极生物膜和电活性菌藻共生阴极生物膜均包括电活性混合菌和藻类；
电活性混合菌包括电活性细菌；藻类包括绿藻和/或蓝藻。
进一步，壳体的外侧壁上设有沿固定中心轴的轴向等间距分布的取样口，以及贯穿壳体侧壁设置且位于阴极区的导流孔。
进一步，电活性菌藻共生反应器还包括设置于固定中心轴延伸端且与壳体匹配的顶盖，顶盖靠近阴极区；以及设置于固定中心轴上且位于顶盖和生物阴极之间的辅助光照组件。
进一步，顶盖的外顶壁上设有把手。
本发明的目的之二是提供一种含目的之一中电活性菌藻共生反应器的系统。
进一步地，系统包括至少1个电活性菌藻共生反应器；
系统还包括光源，与电活性菌藻共生反应器连接的数据采集器，以及与数据采集器连接的数据储存器。
本发明的目的之三是电活性菌藻共生反应器或含电活性菌藻共生反应器的系统在防治、净化离网分散式水体中的应用；该反应器或系统能长效的去除污染物。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的电活性菌藻共生反应器可对含氮废水实现一步去除，该反应器在无需曝气、无需外源投加碳源的情况下能长效的自持运行，极大地节约了运行成本；同时还具有流程简单、操作方便、易维护运行推广的特点。
此外，本发明中的电活性菌藻共生阳极生物膜和电活性菌藻共生阴极生物膜均具有菌群代谢多样性，其具有优异并稳定可持续的污染降解性能，因此，本发明中的电活性菌藻共生反应器在离网、少动力的小微水体可持续水质自净能力，避免富营养化反复发生，其在防治和净化离网分散式水体污染可持续处理领域具有潜在的广泛应用价值。
另外，本发明中电活性菌藻共生反应器，可根据其应用场地大小选择不同数量的反应器组合使用，当然，该反应器也可单独使用。
2、本发明中的生物阳极和生物阴极中的阳极和阴极均设置为螺旋状，在本发明中，螺旋状构型的电极首先是增大了其与反应水体的接触面积，其次是截留更多的藻类有机生物质并促使其长时间的停留，利于生物阳极和生物阴极获得高浓度有机质并保持长效电子供体供应，最后螺旋结构可以使生物膜脱落顺利，有效防止阻塞。
3、本发明中的电活性菌藻共生反应器的生物阳极和生物阴极通过导流隔板隔开，避免电极短路，从而确保反应器的平稳运行。
另外，本发明中的阳极和阴极通过外接电路导线连接，在本发明中，生物阳极产生的电子经外电路传递至生物阴极，该类电子被生物阴极中电活性菌利用完成含氮污染物和氧的还原反应，同时生物阴极的活性藻类可利用光电子促进污染物去除，从而降低净化反应过程对外源碳的依赖，实现反应器长效自持运行的目的。
4、本发明同时利用反应水体中含有的藻类进行分次接种，从而形成活性良好、结构稳定的电活性菌藻共生生物膜，最终获得稳定电流输出和良好的碳氮污染净化效果。
附图说明
图1为本发明中电活性菌藻共生反应器爆炸结构示意图；
图2为本发明中电活性菌藻共生反应器第一结构示意图；
图3为本发明中电活性菌藻共生反应器第二结构示意图；
图4为本发明中包含1个电活性菌藻共生反应器的系统的结构示意图；
图5为本发明中包含5个电活性菌藻共生反应器的系统的结构示意图；
图6为本发明生物阳极和生物阴极的电子显微镜分析图，其中，a图为生物阳极表面图，b图为生物阴极表面图；
图7是本发明中的系统净化污染水体过程中产电结果图；
图8是本发明中的系统净化污染物结果图；其中，a图为有机物去除率图，b图为TN（总氮）去除率图；
图9是本发明中的系统应用场景示意图；
附图标记说明：
001-壳体，002-生物阳极，003-生物阴极，004-导流隔板，005-辅助光照组件，006-固定中心轴，007-顶盖，008-把手，009-阳极导线，010-阴极导线，011-取样口，012-光源，013-数据采集器，014-数据储存器，015-电活性菌藻共生反应器，016-导流孔，017-水面区域，018-底泥区域，019-水池，021-阳极区，022-阳极，031-阴极区，032-阴极。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明中的一种电活性菌藻共生反应器及其系统和应用进行描述。
然而，本发明可按照许多不同的形式示例并且不应被解释为限于在此阐述的具体实施例，更确切地说，提供这些实施例的目的是使得本发明将是彻底的和完整的，并且将要把本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
本发明第一方面的实施例提供一种电活性菌藻共生反应器，如图1~3所示，该电活性菌藻共生反应器包括壳体001、固定中心轴006、生物阳极002、导流隔板004以及生物阴极003；具体地，同时根据图1~3示意，本实施例中的壳体呈筒状，其一端为开口端，一端为封口端；本实施例中的固定中心轴006的一端与壳体的封口端连接，其另一端朝壳体的开口端延伸；生物阳极002、导流隔板004和生物阴极003沿固定中心轴的轴向依次设置于固定中心轴上，其中，导流隔板将壳体划分为阳极区021和阴极区031。
根据图1~3示意，本实施例中的生物阳极002包括阳极022、阳极导线009和电活性菌藻共生阳极生物膜；其中，阳极022设置于固定中心轴上，并且位于阳极区021；阳极导线009位于阳极022远离导流隔板004的一端上，电活性菌藻共生阳极生物膜负载于阳极022上（附图中未示出）。
根据图1~3示意，本实施例中的生物阴极003包括阴极032、阴极导线010和电活性菌藻共生阴极生物膜；其中，阴极032设置于固定中心轴上，并位于阴极区031；阴极导线010位于阴极032靠近导流隔板004的一端上，电活性菌藻共生阴极生物膜负载于阴极032上（附图中未示出）。
在本实施例中，阳极区021和阴极区031是指壳体经导流隔板004划分后阳极和阴极在壳体中对应的区域。
此外，在实际中，本实施例中的阳极导线009和阴极导线010通过外接电阻200 Ω连接；实际中，为了避免短路，阳极导线和阴极导线上通常需要包裹绝缘材料。
同时，本实施例中通常选用惰性多孔材料来制备导流隔板，惰性多孔材料可以是聚氨酯海绵、常用塑料板材等。在本实施例中，导流隔板将阳极和阴极分开，避免反应器中阳极和阴极短路；同时，导流隔板004上的流通孔不仅具有一定的导流作用，还能够截留阳极区的藻渣上浮。
此外，本实施例中阳极和阴极均由碳布、碳纤维绳、碳纤维毡、不锈钢网或不锈钢海绵等导电材料制成，前述导电材料具有导电性和生物相容性，因此，其表面可以附着生长电活性细菌、脱氮细菌和藻类生物等，从而在阳极和阴极上形成电活性菌藻共生生物膜。优选地，本实施例中的阳极和阴极均由导电碳纤维毡材料制成。
另外，在一些实施例中，电活性菌藻共生阳极生物膜和电活性菌藻共生阴极生物膜均包括电活性混合菌和藻类；电活性混合菌包括电活性细菌，还包括除反硝化细菌之外的异养菌、氨氧化细菌和反硝化细菌中的至少一种；藻类包括绿藻和/或蓝藻。本实施例中的电活性菌藻共生阳极生物膜和电活性菌藻共生阴极生物膜通过下述的方式进行制备，具体包括以下步骤：
步骤S1、电极功能菌群富集培养：将硝化反硝化污泥驯化后，按照2~10%接种量接入反应器中，以含氮模拟废水进行驯化启动，外接电阻10~1000 Ω，辅助补光带连接电源，通过批式连续换液培养，形成活力强的同步硝化反硝化电活性混合菌生物膜，即驯化得到的电活性生物电极；其中，含氮模拟废水中含有：乙酸钠0.0~1.0 g/L、氯化钠0.5 g/L、氨氮0.1~1.0 g/L、磷酸氢二钾0.25 g/L、硫酸镁0.2 g/L、碳酸氢钠1 g/L、酵母粉0.1~0.3 g/L、其余量为自来水，模拟废水pH值7.3~7.8，无需灭菌和通气除氧等预处理操作；
步骤S2、将步骤S1驯化得到的电活性生物电极置于富营养化含藻污水中，在电活性生物膜引入藻类继续运行，直到获得周期性稳定的电压输出、较好的有机物的去除效果，即认为获得电活性菌藻共生生物膜的生物阴阳极。
此外，在驯化过程中，反应器的阳极区是一直浸没在水中，因此，阳极区处于一个缺氧以及缺少光源的环境，基于此，主要由厌氧或兼性厌氧细菌和部分适应缺光生存的藻类来形成电活性菌藻共生阳极生物膜；而阴极区的部分区域是位于水面以上（详见图4和图5），因此，阴极区处于一个有氧和有光的环境，基于此，主要由好氧细菌和适用光照的藻类来形成电活性菌藻共生阴极生物膜；
另外，步骤S1中的电活性混合菌群包含：电活性菌、氨氧化菌、反硝化菌和除反硝化细菌之外的异养菌；其中，电活性菌包括但不限定于：地杆菌（Geobacter）、陶厄氏菌（Thauera）、亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）、假单胞菌（Pseudomonas）、厌氧醋菌（Acetoanaerobium）特吕珀菌（1pera）和惰杆菌（Ignavibacterium）中的一种；氨氧化菌，包括但不限定于：亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和/或亚硝化球菌（Nitrosococcus）；反硝化菌，包括但不限定于：陶厄氏菌（Thuaera）；除反硝化细菌之外的异养菌，包括但不限定于：沃氏水单胞菌（Aquimonas）和伊卢马托菌（Ilumatobacter）中的一种。
步骤S2中的藻类包括但不限定于：拟小球藻（Parachlorella）、四链藻（Tetradesmus）、双囊藻（Geminocystis）、Trichotorquatus、Anaerohalosphaera和Allocoleopsis中的一种。
优选地，本实施例中的电活性菌藻共生阳极生物膜和电活性菌藻共生阴极生物膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、电极功能菌群富集培养：将硝化反硝化污泥驯化后，按照6%接种量接入反应器中，以含氮模拟废水进行驯化启动，外接电阻50Ω，辅助补光带连接电源，通过批式连续换液培养，形成活力强的同步硝化反硝化电活性混合菌生物膜，即驯化得到的电活性生物电极；其中，反应器的阳极区一直浸没在水中，阴极区的部分区域位于水面以上，因此，阳极区处于一个缺氧以及缺少光源的环境，阴极区处于一个有氧和有光的环境。
另外，含氮模拟废水中含有：乙酸钠0.65 g/L、氯化钠0.5 g/L、氨氮0.4g/L、磷酸氢二钾0.25 g/L、硫酸镁0.2 g/L、碳酸氢钠1 g/L、酵母粉0.1 g/L、其余量为自来水，模拟废水pH值7.4，无需灭菌和通气除氧等预处理操作。
步骤S2、将步骤S1驯化得到的电活性生物电极置于富营养化含藻污水中，在电活性生物膜引入藻类继续运行，直到获得周期性稳定的电压输出、较好的有机物的去除效果，即认为获得电活性菌藻共生生物膜的生物阴阳极。
其中，生物阳极上包括陶厄氏菌（Thauera）、地杆菌（Geobacter）、假单胞菌（Pseudomonas）、厌氧醋菌（Acetoanaerobium）、惰杆菌（Ignavibacterium）、亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）、特吕珀菌（1pera）、沃氏水单胞菌（Aquimonas）和伊卢马托菌（Ilumatobacter）；还包括Trichotorquatus、拟小球藻（Parachlorella）、四链藻（Tetradesmus）和双囊藻（Geminocystis）；生物阴极上包括陶厄氏菌（Thauera）、假单胞菌（Pseudomonas）、亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）、亚硝化球菌（Nitrosococcus）、特吕珀菌（1pera）和惰杆菌（Ignavibacterium）；还包括拟小球藻（Parachlorella）、Trichotorquatus、Anaerohalosphaera、Allocoleopsis、四链藻（Tetradesmus）和双囊藻（Geminocystis）。
将上述制备的生物阳极和生物阴极进行电子显微镜分析，其分析结果详见图6。从图6可以看出，本实施例中的阳极和阴极表面附着了大量的电活性菌和藻类，即本实施例中的电活性菌藻共生阳极生物膜和电活性菌藻共生阴极生物膜是由菌以及藻类附着于电极上生长。
在一些实施例中，阴极032和阳极022呈螺旋状；根据图1和2所示，阴极和阳极呈圆柱螺旋状。在本实施例中，呈螺旋状的阳极和阴极增大了生物阳极和生物阴极与反应水体的接触面积，同时螺旋状的电极可截留更多的藻类有机生物质以及长时间的停留在电极上，获得高浓度有机质保正了电子供体的长效供给；此外，螺旋状电极还可以进行灵活组合切分，方便实际应用。在本实施例中，螺旋状的阴极和阳极均由单片圆形导电材料衔接组成，其具体制备为：
步骤C1、通过温和预处理导电材料，然后将导电材料置于烘箱40~60°C完全烘干；
步骤C2、将处理后的电极材料按主体尺寸裁剪为单片电极，将单片电极衔接并固定在中心固定轴上，制成螺旋状的电极；
此外，本实施例中单片电极直径为20~50厘米；当然在实际中可根据实际情况扩大或缩小单片电极的直径。
另外，在一些实施例中，壳体的外侧壁上设有沿固定中心轴的轴向等间距分布的取样口011，以及贯穿壳体侧壁设置且位于阴极区的导流孔016；在本实施例中，取样口的设置便于对阳极区和阴极区的物质取样，利于对阳极区和阴极区的菌藻共生生物膜中微生物群落结构、关键功能基因以及水质进行分析。而导流孔中靠近水面区的导流孔主要作用是溢流出水，而其他位置的导流孔可以引入空气和光线，使得阴极电活性菌藻共生阴极生物膜有足够的氧和一定的光电子供应；进一步加强反应器中净化后的水体与反应水体之间的交换以及提高自净化性能。在实际中，本实施例中的导流孔的孔径大小为0.5~1厘米，取样口间隔距离为20~30厘米，取样口的孔径大小为1~2.5厘米。
考虑到反应器的实际应用，为了便于反应器的安装，本实施例中壳体的高度为0.8~2米，直径为0.2~0.5米。
另外，如图1示意，在一些实施例中，反应器还包括顶盖007和辅助光照组件005；具体地，顶盖007位于固定中心轴的延伸端并与壳体匹配，并且顶盖是靠近阴极区；辅助光照组件005设置于固定中心轴上且位于顶盖和生物阴极之间，辅助光照主要是在驯化、调整运行期内的阴天或夜晚为阴极区补充光照，本实施例中的辅助光照组件优选选用的是光强度为1000~6000 lx的辅助光照带。
另外，在一些实施例中，为了便于反应器的安装以及更换等，顶盖的外顶壁上设有把手008。
基于上述的电活性菌藻共生反应器，该反应器对污水的净化机理为：
第一、在阳极区，生物阳极中的电活性菌藻共生阳极生物膜中的微生物对反应水体中的有机污染物进行降解，同时还对阳极区的部分死亡藻类进行厌氧发酵并利用其释放内源碳，反应水体中的有机物和藻类内碳源经氧化代谢释放电子至电极，从而完成水体有机物去除。
第二、在阴极区，生物阴极中的电活性菌藻共生阴极生物膜中的微生物进行硝化反硝化等脱氮反应，从而净化了反应水体中的含氮污染物。同时，生物阳极释放的电子经外电路传递至生物阴极，电子被电活性菌藻微生物利用完成含氮污染物和氧的还原反应；共生的活性藻类还可以捕获光电子，促进污染物持续去除；其中涉及反应详见式1~6。
NH4 ++ 1.5O2→ NO2 −+ 2H++ H2O（式1）
NO2 −+ 0.5O2→ NO3 −（式2）
NO3 −+ 5e−+ 6H+→ 0.5N2+ 3H2O（式3）
NO2 −+ 3e−+ 4H+→ 0.5N2+ 2H2O（式4）
O2+ 4e−+ 4H+→ 2H2O（式5）
NH4 ++ OH−→ NH3+ H2O（式6）
第三、生物阳极和生物阴极的表面还可以产生弱电场来吸附磷酸盐等离子，这些离子在电极微环境中通过络合沉淀或氧化还原反应得以去除，从而减轻水体富营养化程度，保持水体自净状态。具体为：
在反应器运行处理反应水体时，生物阴极和生物阳极发生的如下式反应：
生物阳极：2H2O → 4H++ O2↑ + 4e−（式7）
生物阴极：4H2O + 4e−→ 4OH−+ 2H2↑（式8）；
由上述反应式可以看出，水分子在生物阴极被还原成H2和OH−，导致阴极区局部pH值升高（见式8）。同时，由于电子迁移，阳离子（如Ca2+）会向生物阴极附近移动并积聚；因此，磷酸盐饱和指数会增加，进而驱动磷酸盐在阴极上形成沉淀（见式9）；
5Ca2++ 3HPO4 2−+ 4OH−→ Ca5(PO4)3OH↓ + 3H2O（式9）。
此外，反应器在对反应水体处理过程中，也可能存在由磷酸盐与其它金属盐离子直接发生络合反应，产生沉淀，实现除磷以及金属离子的目的，如下述式10和式11所示。
Fe3+ +PO4 3−→ FePO4↓(式10)
Al3++ PO4 3-→ AlPO4↓(式11)。
本发明第二方面的实施例提供一种含有第一方面实施例中的电活性菌藻共生反应器的系统。
根据图4~5所示，本实施例中的系统至少包括1个电活性菌藻共生反应器015；系统还包括光源012、数据采集器013和数据储存器014，其中，光源用于在阴天或晚上为反应器提供光照，此处的光源可以是自然光，或人工辅助光；数据采集器013与电活性菌藻共生反应器015连接，数据储存器用于将数据采集器收集的数据进行储存和分析，便于了解反应器运行情况；具体的，本实施例中的数据采集器主要是采集反应器中的电流、生物阳极和生物阴极的电势。
根据图4~5和图9可知，本实施例中的电活性菌藻共生反应器可单独1个使用；同时也可以多个电活性菌藻共生反应器组合使用。
此外，根据图4和图5可以看出，在实际使用中，是直接将电活性菌藻共生反应器015置于水池019的水面区域017中，其中，反应器的阳极区位于水面的下方，且阳极区的部分区域是嵌入到底泥区域018中。
本发明在使用时具有流程简单，操作方便，无需持续大量曝气及外源碳投加，易维护运行推广；所制备的电活性菌藻共生生物膜菌群代谢多样，性能优异，具有稳定可持续的污染降解性能，在离网、少动力的小微水体可持续处理领域具有潜在的广泛应用价值。
本发明第三方面的实施例将电活性菌藻共生反应器或含有电活性菌藻共生反应器的系统用于净化和治理离网分散式水体。
测试分析：
1、对上述中的电活性菌藻共生反应器的性能进行测试分析
（1）对较低浓度污染物的富营养化水体自净反应性能进行测试，具体为：按照图4所示，将1个电活性菌藻共生反应器置于模拟较低浓度污染物的富营养化水体中，连续运行35天以上，反应水体净化前后水体中各污染物的含量如表1所示。
表1. 反应水体自净化前后的COD、总氮浓度以及最大电流密度
从表1中可以看出，经过电活性菌藻共生反应器的处理，富营养化的反应水体得到很好的净化，出水总氮的浓度明显降低。
（2）对较高浓度污染物的富营养化水体反应自净性能进行测试，具体为：按照图4所示，将1个电活性菌藻共生反应器置于模拟的富营养化水体较高浓度污染物反应水体中，并连续运行25天以上，反应水体净化前后水体中各污染物的含量如表2所示。
表2. 反应水体自净化前后的COD、总氮浓度以及最大电流密度
从表2可以看出，经过电活性菌藻共生反应器的处理，富营养化水体中氮素得到很好的去除，总氮的浓度大幅降低。
2、本测试与上述1中的测试相同，不同之处在于，本测试中反应器壳体的内部只嵌入多孔聚氨酯泡沫海绵，为现有市售过滤器主要原理过程。
将只嵌入多孔聚氨酯泡沫海绵的反应器分别置于较低浓度污染物和较高浓度污染物的富营养化水体进行反应，对该反应器的水质净化性能进行测试，并将其作为对照组。
同时将上述（1）和（2）的测试作为实验组，其测试结果详见图7和图8。
从图7可以看出，与对照组相比，实验组能产生可再生的绿色电能，并且在进水（反应水体）高污染物浓度下，产生的电流更高，其电流最高可达0.28 mA。
从图8可以看出，在有机物的去除方面，实验组比对照组效果更好；同时，在氮的去除方面，实验组也比对照组效果更优。
由此可以看出，本发明中的电活性菌藻共生反应器或含有本发明中的电活性菌藻共生反应器的系统对反应水体净化具有更好的效果，并且在其污染水体净化的同时还能产生绿色电能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电活性菌藻共生反应器，其特征在于，包括壳体；一端与所述壳体的一端连接，且其另一端朝壳体的另一端延伸的固定中心轴；以及沿所述固定中心轴的轴向依次设置于所述固定中心轴上的生物阳极、导流隔板和生物阴极，所述导流隔板将壳体划分为阳极区和阴极区；
其中，所述生物阳极包括位于所述固定中心轴上的阳极，位于阳极远离导流隔板一端上的阳极导线，以及附着于所述阳极上的电活性菌藻共生阳极生物膜；
所述生物阴极包括位于所述固定中心轴上的阴极，位于阴极靠近导流隔板一端上的阴极导线，以及附着于所述阴极上的电活性菌藻共生阴极生物膜；
所述阳极导线和阴极导线通过外电阻连接。
2.根据权利要求1所述的电活性菌藻共生反应器，其特征在于，所述阳极和阴极均呈螺旋状。
3.根据权利要求1所述的电活性菌藻共生反应器，其特征在于，所述电活性菌藻共生阳极生物膜和电活性菌藻共生阴极生物膜均包括电活性混合菌和藻类；
所述电活性混合菌包括电活性细菌；藻类包括绿藻和/或蓝藻。
4.根据权利要求1所述的电活性菌藻共生反应器，其特征在于，所述壳体的外侧壁上设有沿固定中心轴的轴向等间距分布的取样口，以及贯穿所述壳体侧壁设置且位于阴极区的导流孔。
5.根据权利要求1所述的电活性菌藻共生反应器，其特征在于，所述电活性菌藻共生反应器还包括设置于所述固定中心轴延伸端且与所述壳体匹配的顶盖，所述顶盖靠近阴极区；以及设置于所述固定中心轴上且位于顶盖和生物阴极之间的辅助光照组件。
6.根据权利要求5所述的电活性菌藻共生反应器，其特征在于，所述顶盖的外顶壁上设有把手。
7.一种电活性菌藻共生反应器系统，其特征在于，包含权利要求1~6任一项所述电活性菌藻共生反应器。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统包括至少1个电活性菌藻共生反应器；
所述系统还包括光源，与所述电活性菌藻共生反应器连接的数据采集器，以及与所述数据采集器连接的数据储存器。
9.权利要求1~6任一项所述电活性菌藻共生反应器或权利要求7或8所述系统在防治、净化离网分散式水体中的应用。
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