專利名稱：一種有機(jī)物污染土壤原位修復(fù)的土壤微生物燃料電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微生物電池裝置，特別涉及一種可原位修復(fù)有機(jī)物污染土壤的土壤微生物燃料電池裝置。
背景技術(shù)：
由于污水灌溉、垃圾填埋等人為活動(dòng)等影響，土壤往往受到苯酚、石油烴類等有機(jī)物污染。而在淹水土壤環(huán)境中，氧氣缺乏，微生物難以進(jìn)行好氧呼吸，這些有機(jī)污染物不能快速降解，日積月累，對(duì)環(huán)境潛在危害風(fēng)險(xiǎn)不斷增加。在目前土壤污染修復(fù)技術(shù)中，主要分為原位修復(fù)和客土法?？屯练ㄒ娦Э欤自斐啥挝廴?。土壤原位修復(fù)可避免二次污染問題，近年來受到強(qiáng)烈關(guān)注。微生物厭氧呼吸是土壤有機(jī)污染物降解的重要途徑，但往往由于缺乏合適的電子受體，有機(jī)污染物降解轉(zhuǎn)化過程受到抑制。往有機(jī)物污染土壤中添加鐵氧化物、硝酸鹽、硫酸鹽等電子受體能夠促進(jìn)酚類等有機(jī)污染物氧化降解，但由于這些電子受體在土壤厭氧環(huán)境下很快被還原，不具備可持續(xù)性。氧氣是一種良好氧化劑，但氧在水中溶解度低，且通氧耗時(shí)費(fèi)力，經(jīng)濟(jì)效益差。微生物燃料電池(MFC)是能將生物質(zhì)在陽極氧化，同時(shí)將電子傳遞至陰極電子受體進(jìn)行還原的裝置，具備產(chǎn)電和有機(jī)物處置雙重功效。自然界中廣泛存在具有將代謝活動(dòng)產(chǎn)生的電子傳遞至電極功能的微生物，因而MFC燃料種類廣泛，市政污水、工廠排放的有機(jī)廢水、人畜糞便等均可以作為MFC燃料，其中包括苯酚、石油烴類等有機(jī)污染物。MFC的電極作為電子受體為促進(jìn)有機(jī)污染物氧化提供了一個(gè)新的思路，即插入電極作為低成本、易維護(hù)電子接收體，將微生物氧化有機(jī)物產(chǎn)生的電子通過陽極和外電路傳遞至陰極和氧反應(yīng)，加快陽極有機(jī)污染物的氧化降解。MFC利用有機(jī)物作為燃料的工作原理為苯酚、石油烴類等有機(jī)物在厭氧陽極室被具有電化學(xué)活性的微生物厭氧氧化，產(chǎn)生的電子被微生物傳遞至電池陽極，再通過外電路到達(dá)陰極，從而在外電路產(chǎn)生電流，而陽極室質(zhì)子則到達(dá)陰極，與氧等氧化劑反應(yīng)生成水，從而構(gòu)成一個(gè)完整回路。在MFC研究中，經(jīng)久耐用的MFC陽極材料主要是碳?xì)趾褪忍抠|(zhì)材料，吸附有機(jī)物能力強(qiáng)，土壤中有機(jī)污染物可被吸附于陽極之上，特別是苯酚等可溶性有機(jī)污染物，在土壤淹水環(huán)境中，往往以離子形態(tài)存在，流動(dòng)性較強(qiáng)，更易吸附于陽極上從而被電極上的微生物利用。利用MFC原位降解土壤有機(jī)污染物方法的關(guān)鍵步驟之一是對(duì)MFC構(gòu)型進(jìn)行設(shè)計(jì)， 使得陽極微生物氧化有機(jī)物污染物產(chǎn)生的電子通過陽極和外電路到達(dá)陰極，和氧反應(yīng)，產(chǎn)生類似好氧反應(yīng)，從而加快淹水土壤有機(jī)污染物降解和轉(zhuǎn)化。目前，MFC主要分為單室型(空氣陰極)和雙室型兩種類型。雙室MFC比單室MFC 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要陰極有較多氧氣以便提高陰極反應(yīng)速率，而單室MFC結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，MFC性能改善相對(duì)較便利，提高電池輸出功率潛力較大，有利于可溶酚類有機(jī)污染物降解，兩者在產(chǎn)電、污染物降解轉(zhuǎn)化等具體應(yīng)用上各有千秋，均有很大提升空間。CN1874040A公開了一種處理有機(jī)廢水的單池式生物燃料電池，而CN1364146A則公開了一種處理廢水和活性污泥的雙池式生物燃料電池，但它們均是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的單體電池。另外，CN101315985A公開了一種微生物燃料電池堆，它提供了一種共陽極燃料的多級(jí)串/并聯(lián)的MFC電池堆，解決了燃料統(tǒng)一進(jìn)/出的問題，解決了微生物燃料電池?cái)U(kuò)展與放大的問題。然而，該裝置只適合以含固率低、流動(dòng)性好的液態(tài)或漿狀有機(jī)廢棄物為燃料，燃料通過泵輸入電池堆陽極室，經(jīng)生物氧化去除COD后，至另一端流出。值得注意的是，上述的微生物燃料電池裝置不適合處理土壤有機(jī)污染物，原因是 1)淹水土壤難以抽吸或泵入MFC陽極室，也達(dá)不到污染土壤原位處理和修復(fù)的目的；2)淹水土壤顆粒物容易造成堵塞。另外，CN101615685A公開了一種MFC裝置，利用向底泥中插入MFC，進(jìn)行底泥原位削減同時(shí)微生物產(chǎn)電。然而，這種類型MFC并未闡明其是否能進(jìn)行污染土壤有機(jī)物快速降解和轉(zhuǎn)化，而在目前現(xiàn)有文獻(xiàn)和專利中，也未見利用插入MFC電極技術(shù)原位治理有機(jī)物污染土壤的報(bào)道。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種可原位修復(fù)有機(jī)物污染土壤的土壤微生物燃料電池裝置。本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案為一種有機(jī)物污染土壤原位修復(fù)的土壤微生物燃料電池裝置，包括膜陰極和陽極， 膜陰極和陽極之間通過導(dǎo)線連接，膜陰極外邊緣設(shè)有隔水板。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，膜陰極上方設(shè)有擋水板，擋水板和隔水板形成的空腔設(shè)有與大氣相通的透氣道。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，透氣道上設(shè)有篩網(wǎng)。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，膜陰極下方設(shè)有濾網(wǎng)。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，膜陰極下方固定有浮塊。本實(shí)用新型的土壤微生物燃料電池裝置，膜陰極外邊緣設(shè)有隔水板，這樣可以形成一個(gè)空腔，提供足夠的浮力，使得膜陰極可漂浮在水面上，其兩面分別充分與大氣和水相接觸，其陽極埋于土壤中，可以方便地安裝在淹水土壤中，就地利用淹水土壤中的有機(jī)污染物為燃料，進(jìn)行氧化降解，生成(X)2和水等無害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)土壤的原位修復(fù)。膜陰極上方設(shè)有擋水板，擋水板和隔水板形成的空腔設(shè)有與大氣相通的透氣道。 可以有效避免積水，保證膜陰極負(fù)載的催化劑充分與空氣接觸，保證催化效率。透氣道上設(shè)有篩網(wǎng)，可有效地避免昆蟲、雜物等進(jìn)入，避免了雜物對(duì)膜陰極的影響。膜陰極下方設(shè)有濾網(wǎng)，同樣可以避免污物覆蓋膜陰極的接水面，影響電極性能。膜陰極下方固定有浮塊，可進(jìn)一步提供一定的浮力。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型膜陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型降解苯酚的實(shí)際效果圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。參照?qǐng)D1、圖2，一種有機(jī)物污染土壤原位修復(fù)的土壤微生物燃料電池裝置，包括膜陰極2和陽極1，膜陰極2和陽極1之間通過導(dǎo)線連接，膜陰極2外邊緣設(shè)有隔水板3。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，膜陰極2上方設(shè)有擋水板4，擋水板4和隔水板3 形成的空腔設(shè)有與大氣相通的透氣道5。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，透氣道5上設(shè)有篩網(wǎng)6。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，膜陰極2下方設(shè)有濾網(wǎng)7。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，膜陰極2下方固定有浮塊8。本實(shí)用新型的土壤微生物燃料電池裝置，膜陰極外邊緣設(shè)有隔水板，這樣可以形成一個(gè)空腔，提供足夠的浮力，使得膜陰極可漂浮在水面上，其兩面分別充分與大氣和水相接觸，其陽極埋于土壤中，可以方便地安裝在淹水土壤中，就地利用淹水土壤中的有機(jī)污染物為燃料，進(jìn)行氧化降解，生成(X)2和水等無害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)土壤的原位修復(fù)。膜陰極上方設(shè)有擋水板，擋水板和隔水板形成的空腔設(shè)有與大氣相通的透氣道。 可以有效避免積水，保證膜陰極負(fù)載的催化劑充分與空氣接觸，保證催化效率。透氣道上設(shè)有篩網(wǎng)，可有效地避免昆蟲、雜物等進(jìn)入，避免了雜物對(duì)膜陰極的影響。膜陰極下方設(shè)有濾網(wǎng)，同樣可以避免污物覆蓋膜陰極的接水面，影響電極性能。膜陰極下方固定有浮塊，可進(jìn)一步提供一定的浮力。將本實(shí)用新型的土壤微生物燃料電池的陽極埋入固定體積的淹水土壤中，人為調(diào)節(jié)淹水土壤初始苯酚含量至80 mg/L,設(shè)置不用MFC處理為空白，埋入MFC陽極但開路狀態(tài)作為對(duì)照。如圖3所示，經(jīng)過兩天，空白處理中苯酚含量下降了不到5 mg/L，而對(duì)照處理下降了約50%，而電池正常運(yùn)行2天狀態(tài)下，土壤苯酚已經(jīng)下降至約25 mg/L。另外，經(jīng)過10 天處理，空白處理中苯酚下降了約12%，對(duì)照中下降了約35%，而正常運(yùn)行電池處理中，土壤苯酚幾乎已經(jīng)全部降解轉(zhuǎn)化。
權(quán)利要求1.一種有機(jī)物污染土壤原位修復(fù)的土壤微生物燃料電池裝置，包括膜陰極和陽極，膜陰極和陽極之間通過導(dǎo)線連接，其特征在于膜陰極外邊緣設(shè)有隔水板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)物污染土壤原位修復(fù)的土壤微生物燃料電池裝置， 其特征在于膜陰極上方設(shè)有擋水板，擋水板和隔水板形成的空腔設(shè)有與大氣相通的透氣道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種有機(jī)物污染土壤原位修復(fù)的土壤微生物燃料電池裝置， 其特征在于透氣道上設(shè)有篩網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)物污染土壤原位修復(fù)的土壤微生物燃料電池裝置， 其特征在于膜陰極下方設(shè)有濾網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有機(jī)物污染土壤原位修復(fù)的土壤微生物燃料電池裝置， 其特征在于膜陰極下方固定有浮塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種有機(jī)物污染土壤原位修復(fù)的土壤微生物燃料電池裝置，包括膜陰極和陽極，膜陰極和陽極之間通過導(dǎo)線連接，膜陰極外邊緣設(shè)有隔水板。本實(shí)用新型的土壤微生物燃料電池裝置，膜陰極外邊緣設(shè)有隔水板，這樣可以形成一個(gè)空腔，提供足夠的浮力，使得膜陰極可漂浮在水面上，其兩面分別充分與大氣和水相接觸，其陽極埋于土壤中，可以方便地安裝在淹水土壤中，就地利用淹水土壤中的有機(jī)污染物為燃料，進(jìn)行氧化降解，生成CO2和水等無害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)土壤的原位修復(fù)。
文檔編號(hào)B09C1/00GK202025824SQ201120067748
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者周順桂, 陳青, 黃德銀 申請(qǐng)人:廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所