專(zhuān)利名稱(chēng)::一種底泥原位削減同時(shí)微生物產(chǎn)電的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明屬于環(huán)境與新能源
技術(shù)領(lǐng)域:
,涉及一種利用微生物燃料電池處理和治理底泥的技術(shù),具體涉及一種利用河涌、池塘、溝渠等水體的黑臭底泥生物發(fā)電并原位降低底泥化學(xué)需氧量(COD)的方法及裝置。
背景技術(shù):
:水體黑臭和富營(yíng)養(yǎng)化是我國(guó)水污染的普遍現(xiàn)象。由于長(zhǎng)期納污,導(dǎo)致河涌、池塘、溝渠等水體黑臭底泥淤積,在上述水體治理中,當(dāng)水質(zhì)明顯改善或水體受到擾動(dòng)時(shí),底泥中的污染組分會(huì)向上釋放,使底泥成為水體的內(nèi)在污染源。因此,底泥治理是改善水質(zhì)的根本,是我國(guó)水污染要解決的根本問(wèn)題,形勢(shì)急迫,大力發(fā)展底泥治理技術(shù)勢(shì)在必行。目前底泥治理的主要方法有底泥疏浚、化學(xué)掩蔽、微生物修復(fù)等三種。1)底泥疏浚,即采用工程措施挖除污染的底泥,清除污染水體的內(nèi)源。它是底泥治理中最常用的方法,但其費(fèi)用高昂,包括底泥疏挖、運(yùn)輸、處理、處置等諸多步驟,而且疏出底泥的處置易造成臭味散發(fā)、滲濾液污染等二次污染;2)底泥掩蔽,是指在污染底泥上投置大量的掩蔽材料,使底泥與水體隔離,防止底泥中的營(yíng)養(yǎng)物、重金屬與有機(jī)污染物進(jìn)入水體造成二次污染。例如,申請(qǐng)?zhí)枮?00710191195.2的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種富營(yíng)養(yǎng)化水體底泥掩蔽修復(fù)方法,此方法需要采用大量的粘土掩蔽材料和添加劑,對(duì)其材料還需粉碎過(guò)篩、高溫烘干等預(yù)處理工作,將其投入湖泊水體中,只能阻擋已有沉積物中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放和藻類(lèi)生物上浮繁殖,并不能從根本上削減污染,隨著水體污染物的沉降、積累,仍然會(huì)形成黑臭底泥淤積;3)微生物修復(fù),是指利用天然存在或經(jīng)過(guò)馴化的微生物,使底泥中的污染物原位降解成C02和水、或轉(zhuǎn)化成無(wú)害物質(zhì),它不是對(duì)污染物的分離或簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)移,而是將污染物就地消除的處理技術(shù)。微生物修復(fù)技術(shù)具有工程費(fèi)用低、實(shí)施簡(jiǎn)單、效果好、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)少、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。水體底泥中含有大量的有機(jī)物(245%),是底泥厭氧黑臭與危害水質(zhì)的主要原因,現(xiàn)有的底泥疏浚、化學(xué)掩蔽、微生物修復(fù)等三種主要底泥治理方法,只是采用各種措施異位或原位消除底泥中的污染物,主要是削減底泥中的化學(xué)需氧量(COD),但未考慮對(duì)底泥中蘊(yùn)含著豐富的生物質(zhì)能加以轉(zhuǎn)化、收集與利用,蘊(yùn)含在底泥有機(jī)物中豐富的生物質(zhì)能被白白浪費(fèi)了。近些年來(lái),一項(xiàng)新的技術(shù)—微生物燃料電池(MFC)蓬勃興起,它是微生物技術(shù)與電池技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是一種利用微生物作為催化劑將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置,具有產(chǎn)電與廢棄物處置雙重功效。MFC的基本原理是有機(jī)物作為燃料在厭氧陽(yáng)極室中被微生物氧化,產(chǎn)生的電子被微生物捕獲并傳遞給電池陽(yáng)極,電子通過(guò)外電路到達(dá)陰極,從而形成回路產(chǎn)生電流,而質(zhì)子通過(guò)交換膜到達(dá)陰極,與氧反應(yīng)生成水。除高濃度有機(jī)廢水外,MFC還能以生活污水、人畜糞便等污染物作為燃料發(fā)電。因此它是一項(xiàng)發(fā)展?jié)摿薮蟮南冗M(jìn)生物質(zhì)能利用技術(shù),有望成為未來(lái)有機(jī)廢物處理的支柱性技術(shù)。申請(qǐng)?zhí)枮?00510011855.5和00810805.6的發(fā)明專(zhuān)利分別公開(kāi)了一種處理有機(jī)廢水的單池式生物燃料電池與一種處理廢水和活性污泥的雙池式生物燃料電池,但它們只是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的單體電池(開(kāi)路電壓不超過(guò)0.8V),未涉及到多個(gè)單體電池的擴(kuò)展與放大。本申請(qǐng)人在申請(qǐng)?zhí)枮?00810029221.6的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)了一種微生物燃料電池堆,它提供了一種共陽(yáng)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(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了電壓/電流的提升,解決了微生物燃料電池?cái)U(kuò)展與放大的問(wèn)題。但是,該裝置仍然只適合以含固率低、流動(dòng)性好的、液態(tài)或槳狀有機(jī)廢棄物作為燃料,燃料通過(guò)泵輸入電池堆陽(yáng)極室,經(jīng)生物氧化產(chǎn)電與去除COD,至另一端流出,達(dá)到處理與產(chǎn)電的目的。但是,上述的微生物燃料電池裝置不適合處理底泥,原因是1)底泥必須抽吸并泵入微生物燃料電池陽(yáng)極室,工程量極大,在存在上覆水的條件下很難做到,而且也達(dá)不到底泥的原位就地處理的目的;2)底泥含固率高,所含的顆粒物容易造成堵塞;3)若要做到原位處理,就必需將MFC浸入水體底泥中,以使底泥接觸陽(yáng)極;現(xiàn)有的MFC若浸入水體中,陰極就不能曝露于空氣中,從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)MFC所必須的陰極氧還原反應(yīng)過(guò)程。這些技術(shù)難題,使得現(xiàn)有的微生物燃料電池不能直接應(yīng)用于底泥處理產(chǎn)生清潔電能。現(xiàn)有文獻(xiàn)中,未見(jiàn)利用微生物燃料電池技術(shù)治理底泥同時(shí)產(chǎn)生電能的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有底泥治理技術(shù)的不足,提供一種利用微生物燃料電池原位削減底泥污染同時(shí)產(chǎn)電的新方法。本發(fā)明方法可將底泥中的有機(jī)物就地氧化降解成C02和水,并同時(shí)產(chǎn)生清潔電能,具有底泥原位削減與微生物產(chǎn)電的雙重功效。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)底泥原位削減同時(shí)產(chǎn)電的微生物燃料電池裝置,所述裝置可簡(jiǎn)便地安裝于河涌、池塘、溝渠等水體中,就地利用底泥中的有機(jī)物為燃料,產(chǎn)生的電力可用于水體曝氧。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的提供一種底泥原位削減同時(shí)微生物產(chǎn)電的方法,將微生物電池安裝于水體底泥中,以底泥中的有機(jī)物為燃料;所述微生物燃料電池包括陰極室、陰極、陽(yáng)極和分別由陰極、陽(yáng)極引出的導(dǎo)線(xiàn);所述陰極室內(nèi)充滿(mǎn)空氣,陰極通過(guò)陰極室內(nèi)空氣曝氧,陽(yáng)極一面緊貼陰極,另一面接觸底泥。上述底泥原位削減同時(shí)微生物產(chǎn)電的方法具體包括以下步驟(1)設(shè)一絕緣帶鏤空段的電池骨架,骨架內(nèi)腔為陰極室,陰極室內(nèi)充滿(mǎn)空氣,陰極包裹骨架鏤空段并通過(guò)鏤空處曝露于骨架內(nèi)空氣,陽(yáng)極的一面包裹陰極外側(cè),導(dǎo)線(xiàn)分別由陰極和陽(yáng)極引出,構(gòu)建微生物燃料電池;(2)將所述微生物燃料電池置于底泥中,保證陰極室充滿(mǎn)空氣,陽(yáng)極另一面接觸底泥,接通電池回路,馴化微生物產(chǎn)電步驟(1)所述保證陰極室充滿(mǎn)空氣優(yōu)選的方案是可以采取電池骨架一端敞口、另一端密封的方法,敞口一端與空氣相通,骨架鏤空段被陰極包裹并做好防滲水處理,另一端密封。將電池骨架密封一端插入底泥,敞口的頂端露出水面,陽(yáng)極接觸底泥,構(gòu)建好電池。上述微生物燃料電池在使用時(shí),將密封一端插入河涌、池塘、溝渠底泥中,包裹了膜陰極和陽(yáng)極的鏤空段沒(méi)入底泥中,絕緣管頂端露出水面,保證陰極室充滿(mǎn)空氣,接通電池回路,馴化微生物產(chǎn)電。所述方法還可以包括將步驟(1)所述微生物燃料電池構(gòu)建成為微生物燃料電池堆的步驟,構(gòu)建好電池堆以后再進(jìn)行上述步驟(2)??梢酝ㄟ^(guò)檢測(cè)底泥COD去除效果以及輸出功率密度來(lái)檢驗(yàn)效果。步驟(1)所述微生物燃料電池的絕緣電池骨架可以是帶有鏤空段的PVC管,所述陰極采用膜陰極,當(dāng)然,所述鏤空段可以不僅僅是一段,可以是兩段或者若干段,每一段都先用膜陰極包裹,并做好膜陰極與絕緣管接觸的兩端的防滲水處理,然后用陽(yáng)極包裹在膜陰極外側(cè)。本發(fā)明同時(shí)提供了一種更為優(yōu)選的方案,將兩個(gè)以上的所述微生物燃料電池絕緣管密封的一端取消密封,通過(guò)連接管將原封閉的一端相接組成一個(gè)封閉回路,構(gòu)成微生物燃料電池堆。具體地說(shuō),所述電池堆包括若干個(gè)微生物燃料電池和若干條連接管,所述微生物燃料電池絕緣管原應(yīng)該密封的一端通過(guò)連接管連接;若干條連接管可相互連通形成封閉回路,回路內(nèi)充滿(mǎn)空氣;也可以不相互連通,只是起到密封骨架和保證電池骨架敞口一端露出水面的作用即可。根據(jù)上述方案,有多種具體的微生物燃料電池堆例如,兩個(gè)或兩個(gè)以上的上述微生物燃料電池,PVC管密封的一端取消密封,豎直(或垂直)設(shè)置于同一條連接直管上,連接直管的兩端密封,形成電池堆。適用于空間比較狹長(zhǎng)的水體或溝渠中。所述連接管也是采用絕緣材料制備的,例如PVC管。還可以是一塊固定板,兩個(gè)以上的上述微生物燃料電池密封固定于固定板上形成電池堆。還可以將所述若干個(gè)微生物燃料電池(MFC)豎直設(shè)置于交叉連接的多條連接直管上,多條連接直管相連通組成一個(gè)封閉回路,回路中充滿(mǎn)空氣,各個(gè)電池豎立于待處理底泥中,頂端露出水面,保證陰極室充滿(mǎn)空氣,空氣能在各個(gè)電池陰極室間順暢流通,形成微生物燃料電池堆。每個(gè)微生物燃料電池管道開(kāi)口的頂端露出水面,保證空氣充滿(mǎn)陰極室;根據(jù)具體情況,可增加電池直管和連接管的數(shù)量,將各個(gè)MFC串聯(lián)或并聯(lián)即擴(kuò)大電池堆的規(guī)模,獲得更好的放大效果。所述電池絕緣管和連接管道可采用廉價(jià)絕緣管材加工而成,優(yōu)選PVC管。所述鏤空可采用現(xiàn)有技術(shù)慣用的方式,例如開(kāi)通槽、鉆孔等,槽和孔的形狀、尺寸無(wú)特殊要求。本發(fā)明優(yōu)選鉆孔,并且可選用直徑為520cm的PVC管,在PVC管上選取長(zhǎng)為1030cm的管段作為鏤空段,在鏤空段上鉆孔,孔直徑0.52cm,密度約為每平方米1003000孔。所述膜陰極可采用附載催化劑的碳布與隔膜熱壓而成,為了降低成本,本發(fā)明采用低成本膜,如陰離子交換膜與陽(yáng)離子交換膜。也可以采用本申請(qǐng)人在申請(qǐng)?zhí)枮?00910040920.5的申請(qǐng)中所描述的布陰極。催化劑按照現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)選用,例如熱解酞菁亞鐵(pyr-FePc)、四甲氧基苯基鈷卟啉(CoTMPP)或二氧化錳(Mn02)等。所述膜陰極制作方法之一稱(chēng)取pyr-FePc、CoTMPP或Mn02、導(dǎo)電材料(石墨、乙炔黑、炭黑或活性炭等)和粘結(jié)劑(聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏二氟乙烯(PVDF)按重量比為65:20:15混勻,加N-甲基吡咯垸酮溶劑攪成糊狀,超聲分散后均勻涂敷于干燥碳布,真空干燥即得陰極;將此陰極與隔膜在11512(TC下熱壓310分鐘即得膜陰極。所述陽(yáng)極材料主要為比面積較大的碳材料,如碳?xì)?、碳纖維等。將膜陰極包裹管材鏤空段,膜陰極的碳布側(cè)在內(nèi),緊貼PVC管,通過(guò)管材上的鏤空處接觸骨架內(nèi)空氣,陽(yáng)極材料包裹于膜陰極外側(cè),與膜陰極的膜側(cè)相緊貼,導(dǎo)線(xiàn)分別從陰、陽(yáng)極導(dǎo)出,即得微生物燃料電池堆。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)底泥治理技術(shù)的不足,例如底泥疏浚方法費(fèi)用高昂、步驟繁瑣、易造成二次污染的缺陷、化學(xué)掩蔽材料和工藝處理復(fù)雜、不能從根本上削減污染的缺陷、微生物修復(fù)未考慮對(duì)底泥中蘊(yùn)含著豐富的生物質(zhì)能加以轉(zhuǎn)化、收集與利用的不足,利用微生物燃料電池方法來(lái)解決底泥原位削減的問(wèn)題,就地利用底泥中的有機(jī)物為燃料,原位削減污染的同時(shí)能產(chǎn)生電能,產(chǎn)生的電力可用于水體曝氧。本發(fā)明提供了實(shí)現(xiàn)所述方法的裝置,既不需要將底泥泵入微生物燃料電池的陽(yáng)極室,陰極也可以曝于空氣中,解決了微生物燃料電池技術(shù)應(yīng)用于底泥處理的技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)了對(duì)含固率高的黑臭底泥的有效處理,并能變廢為寶達(dá)到能源回收利用的效果。所述裝置根據(jù)具體情況可橫縱擴(kuò)展,維護(hù)簡(jiǎn)便,可長(zhǎng)期循環(huán)使用,具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、輸出功率密度高、底泥化學(xué)需氧量(COD)削減效果好、不影響河道流通、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),適合工程化推廣應(yīng)用圖1微生物燃料電池堆結(jié)構(gòu)示意圖圖2微生物燃料電池的膜陰極包裹鏤空骨架構(gòu)造示意圖圖3微生物燃料電池陽(yáng)極包裹膜陰極的構(gòu)造示意圖圖4微生物燃料電池單體的橫切面構(gòu)造示意圖圖5微生物燃料電池單體實(shí)物示例圖圖6管式微生物燃料電池單體處理河涌底泥的功率輸出動(dòng)態(tài)圖7管式微生物燃料電池單體處理河涌底泥的產(chǎn)電性能圖8管式微生物燃料電池堆骨架實(shí)物示例圖圖9裝配好的管式微生物燃料電池堆實(shí)物示例圖具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1本實(shí)施例采用一種管式微生物電池來(lái)實(shí)現(xiàn)底泥原位削減同時(shí)微生物產(chǎn)電的方法,包括以下步驟(1)設(shè)一絕緣帶鏤空段的電池骨架,骨架內(nèi)腔為陰極室,保證陰極室充滿(mǎn)空氣;陰極包裹骨架鏤空段并通過(guò)鏤空處曝露于骨架內(nèi)空氣,陽(yáng)極包裹陰極外側(cè)并接觸底泥,導(dǎo)線(xiàn)分別由陰極和陽(yáng)極引出,構(gòu)建微生物燃料電池;(2)將所述微生物燃料電池置于底泥中,接通電池回路,馴化微生物產(chǎn)電。具體是如附圖2、附圖3、附圖4和附圖5所示,附圖2是微生物燃料電池的膜陰極包裹鏤空骨架構(gòu)造示意圖,附圖3是微生物燃料電池陽(yáng)極包裹膜陰極的構(gòu)造示意圖,附圖4是電池單體橫切面構(gòu)造示意圖,附圖5是微生物燃料電池單體實(shí)物示例圖,其中密封一端省略未畫(huà)出。l為電池單體,箭頭所指處為陽(yáng)極包裹陰極處;2為骨架,9為骨架鏤空段,8為骨架鏤空段孔;3為膜陰極,包括載催化劑碳布層6和隔膜7;4為陽(yáng)極,5為連接管。所述電池包括設(shè)有鏤空段9的骨架2、膜陰極3和陽(yáng)極4,膜陰極3包裹骨架2鏤空段9形成陰極室,見(jiàn)附圖2,陽(yáng)極4包裹膜陰極3,見(jiàn)附圖3;分別以導(dǎo)線(xiàn)從陰、陽(yáng)極引出(常規(guī)技術(shù),圖中未標(biāo)出)。所述鏤空段9、陰極3、陽(yáng)極4作為一個(gè)結(jié)構(gòu),所述結(jié)構(gòu)可以在一個(gè)管式電池單體上設(shè)置多處。所述骨架2采用絕緣管材加工而成,優(yōu)選PVC管,價(jià)廉物美。所述鏤空可采用現(xiàn)有技術(shù)慣用的方式,本發(fā)明優(yōu)選鉆孔,并且可選用直徑為520cm的PVC管,在PVC管上間隔選取長(zhǎng)為1030cm的管段作為單體MFC鏤空骨架,在骨架鏤空管段上鉆孔8,孔8直徑0.52cm,密度約為每平方米骨架外表面積1003000孔。所述載催化劑碳布層6制備如下稱(chēng)取Mn02、炭黑導(dǎo)電材料和聚偏二氟乙烯(PVDF)粘結(jié)劑按重量比為65:20:15混勻,加N-甲基吡咯烷酮溶劑攪成糊狀,超聲分散后均勻涂敷于干燥碳布,真空干燥即得載催化劑碳布層6。所述隔膜7優(yōu)選陽(yáng)離子交換膜。所述膜陰極3由載催化劑碳布層6和隔膜7在115'C下熱壓5分鐘制得。所述陽(yáng)極4優(yōu)選碳?xì)帧⑺鲭姵胤忾]的一端插入河涌、池塘、溝渠底泥中。實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置見(jiàn)附圖6。陽(yáng)極與底泥接觸即形成陽(yáng)極室,厭氧微生物在陽(yáng)極室富集、繁殖、馴化。骨架2頂端露出水面不被水淹沒(méi),保證陰極室充滿(mǎn)空氣、不能有水。膜陰極3包裹鉆有小孔8的PVC管材上,可采用環(huán)氧樹(shù)脂密封膜陰極兩端與PVC管材接觸處,膜7在外側(cè),載催化劑碳布層6在接觸管材的內(nèi)側(cè)并面向骨架內(nèi)空氣,空氣通過(guò)小孔與陰極接觸。陰陽(yáng)極均按照常規(guī)技術(shù)設(shè)導(dǎo)線(xiàn)引出,構(gòu)成回路。底泥中的有機(jī)污染物被厭氧產(chǎn)電微生物催化氧化產(chǎn)生電子與質(zhì)子,質(zhì)子通過(guò)膜、電子通過(guò)外電路傳遞到陰極與氧氣反應(yīng),從而輸出電流。實(shí)施例2微生物燃料電池堆的構(gòu)建兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)施例所述的微生物燃料電池,絕緣管密封的一端取消密封,豎直(或垂直)設(shè)置于同一條連接直管上,連接直管的兩端密封,形成電池堆。適用于空間比較狹長(zhǎng)的水體或溝渠中。所述連接管也是采用絕緣材料制備的。實(shí)施例3微生物燃料電池堆的構(gòu)建本發(fā)明提供一種微生物燃料電池堆如附圖8和附圖9所示。附圖8是管式微生物燃料電池堆骨架示例圖,附圖9是裝配好的管式微生物燃料電池堆示例圖。所述的微生物燃料電池堆由若千個(gè)電池單體和連接管相接構(gòu)成,各陰極室相互連通。所述電池單體如附圖2、附圖3、附圖4和附圖5所示,同實(shí)施例l。將所述若干個(gè)微生物燃料電池(MFC)豎直設(shè)置于交叉連接的多條連接直管上,多條連接直管相連通組成一個(gè)封閉回路,各個(gè)電池豎立于待處理底泥中,頂端露出水面,保證陰極室充滿(mǎn)空氣,空氣能在各個(gè)電池陰極室間順暢流通,形成高效的微生物燃料電池堆。將所述電池堆置于河涌、池塘、溝渠底泥中,陽(yáng)極與底泥接觸即形成陽(yáng)極室,厭氧微生物在陽(yáng)極室富集、繁殖、馴化。各個(gè)單體的骨架頂端露出水面,保證陰極室充滿(mǎn)空氣。膜陰極包裹鉆有小孔的PVC管材上(膜在外,碳布在內(nèi),即碳布層接觸管材),空氣通過(guò)小孔與陰極接觸。各單體MFC陰陽(yáng)極均有導(dǎo)線(xiàn)引出,并可根據(jù)需要進(jìn)行多個(gè)單體電池的串聯(lián)或并聯(lián)。底泥中的有機(jī)污染物被厭氧產(chǎn)電微生物催化氧化產(chǎn)生電子與質(zhì)子,質(zhì)子通過(guò)膜、電子通過(guò)外電路傳遞到陰極與氧氣反應(yīng),從而輸出電流。實(shí)施例4微生物燃料電池對(duì)河涌底泥的處理與產(chǎn)電效果實(shí)驗(yàn)1、管式MFC單體的構(gòu)建與裝配步驟如下1)鏤空骨架制備取一段聚氯乙烯(PVC)水管(20cm長(zhǎng)X5cm直徑)作為MFC骨架,在骨架管段上鉆孔,孔直徑lcm,密度約為每平方米骨架外表面積2000孔;2)膜陰極制備將二氧化錳粉末、石墨粉、聚偏二氟乙烯(PVDF)按65:20:15的質(zhì)量比混勻,向混合物中加入N-甲基吡咯垸酮,攪拌成糊狀,然后將糊狀混合物均勻地涂抹于碳纖維布(15cm長(zhǎng)X12cm寬)上,于IO(TC烘干,即得載催化劑的陰極(MnO2載量5.0mg/cm2、將載有Mn02催化劑陰極與陽(yáng)離子交換膜(涂有催化劑的一面與膜接觸)在溫度為115°C,壓強(qiáng)為14MPa下熱壓5分鐘,取出冷卻至室溫,即為膜陰極;也可以參照現(xiàn)有的其它膜陰極的制備。3)將上述膜陰極包裹于鏤空的PVC骨架上,膜在外側(cè),碳布在接觸管材的內(nèi)側(cè)并面向空氣,密封(可采用環(huán)氧樹(shù)脂密封),用一根鈦絲連接導(dǎo)電層作為陰極導(dǎo)線(xiàn);4)取一塊碳?xì)?16cm長(zhǎng)X12cm寬X0.5cm厚)巻曲成圓筒狀,包裹于膜陰極上,用一根鈦絲連接碳?xì)肿鳛殛?yáng)極導(dǎo)線(xiàn),即為構(gòu)建好的管式微生物燃料電池單體,附圖4為電池單體橫切面構(gòu)造示意2、將上述電池插入于河涌底泥中,陽(yáng)極與底泥接觸形成陽(yáng)極室,厭氧產(chǎn)電微生物在陽(yáng)極室富集、繁殖、馴化,鏤空骨架頂端露出水面,保證陰極室充滿(mǎn)空氣。底泥中的有機(jī)物被產(chǎn)電微生物氧化產(chǎn)生電子與質(zhì)子,質(zhì)子通過(guò)膜、電子通過(guò)外電路傳遞到陰極與氧氣反應(yīng),從而形成電流。采用30Q外阻連接MFC的陰、陽(yáng)兩極,進(jìn)行為期半年的底泥產(chǎn)電試驗(yàn)。采用常規(guī)技術(shù)測(cè)定電池的功率輸出、反應(yīng)前后底泥的氧化還原電位、化學(xué)需氧量(COD)與酸可揮發(fā)性硫化物(AVS),結(jié)果見(jiàn)附圖6、附圖7與表1。結(jié)果表明,黑臭底泥經(jīng)6個(gè)月的原位產(chǎn)電修復(fù)處理后,由于底泥有機(jī)物氧化產(chǎn)電,底泥顏色由深黑色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S褐色,臭味基本消除,由表l可以看出,底泥COD去除率為36.2%、酸可揮發(fā)性硫化物去除率達(dá)94.4%,底泥的氧化還原電位由起始的-169.5mV上升至+237.2mV。表1河涌底泥經(jīng)MFC原位產(chǎn)電處理前后的性質(zhì)變化<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>由附圖6與附圖7可以看出,底泥MFC的輸出功率呈先上升后下降的趨勢(shì),前期(即啟動(dòng)后的第一個(gè))功率增加是產(chǎn)電微生物馴化的結(jié)果,而后期功率下降主要是陰極氧還原催化劑活性下降的結(jié)果,底泥MFC的最大輸出功率約為100.4mW/m2(即折算成陰極表面積的輸出功率),開(kāi)路電壓為0.84V。實(shí)施例5微生物燃料電池堆對(duì)池塘底泥的處理與產(chǎn)電效果按照實(shí)施例4的方法構(gòu)建與裝配管式MFC電池堆,只是鏤空骨架由實(shí)施例4的一根改為10根,膜陰極的氧還原催化劑由二氧化錳(Mn02)改為四甲氧基苯基鈷卟啉(CoTMPP)。各單體電池通過(guò)相同管徑的空心連接管道相接,各陰極室相互連通,即為管式微生物燃料電池堆,見(jiàn)附圖8與附圖9所示。將上述電池堆插入于池塘底泥中,即形成陽(yáng)極室,厭氧產(chǎn)電微生物在陽(yáng)極室富集、繁殖、馴化,鏤空骨架頂端露出水面,保證陰極室充滿(mǎn)空氣,但又不被水淹沒(méi)。各單體MFC間采用并聯(lián)方式連接(外阻為5Q),進(jìn)行為期半年的底泥原位產(chǎn)電修復(fù)試驗(yàn)。采用常規(guī)技術(shù)測(cè)定電池的功率輸出、反應(yīng)前后底泥的氧化還原電位、化學(xué)需氧量(COD)與酸可揮發(fā)性硫化物(AVS),結(jié)果表明,黑臭池塘底泥經(jīng)6個(gè)月的原位產(chǎn)電修復(fù)處理后,由于底泥有機(jī)物氧化產(chǎn)電,底泥顏色由深黑色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S褐色,臭味基本消除。底泥的COD由起始的23680mg/L降低至14560mg/L,去除率為38.5%;酸可揮發(fā)性硫化物(AVS)由起始的5.35mg/g降低至0.46mg/L去除率達(dá)91.4%,底泥的氧化還原電位由起始的-151.2mV上升至+245.5mV,為期6個(gè)月的產(chǎn)電數(shù)據(jù)表明,底泥MFC的最大輸出功率約為56.1mW/m2(即折算成陰極表面積的輸出功率),開(kāi)路電壓為0.76V。權(quán)利要求1、一種底泥原位削減同時(shí)微生物產(chǎn)電的方法,其特征在于將微生物電池安裝于水體底泥中,以底泥中的有機(jī)物為燃料;所述微生物燃料電池包括陰極室、陰極、陽(yáng)極和分別由陰極、陽(yáng)極引出的導(dǎo)線(xiàn);所述陰極室內(nèi)充滿(mǎn)空氣,陰極通過(guò)陰極室內(nèi)空氣曝氧,陽(yáng)極一面緊貼陰極,另一面接觸底泥。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于包括以下步驟(1)設(shè)一絕緣帶鏤空段的電池骨架,骨架內(nèi)腔為陰極室,陰極室內(nèi)充滿(mǎn)空氣,陰極包裹骨架鏤空段并通過(guò)鏤空處曝露于骨架內(nèi)空氣,陽(yáng)極的一面包裹陰極外側(cè),導(dǎo)線(xiàn)分別由陰極和陽(yáng)極引出,構(gòu)建微生物燃料電池;(2)將所述微生物燃料電池置于底泥中,保證陰極室充滿(mǎn)空氣,陽(yáng)極另一面接觸底泥,接通電池回路,馴化微生物產(chǎn)電。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述底泥原位削減同時(shí)微生物產(chǎn)電的方法,其特征在于所述電池骨架一端敞口,另一端密封,敞口一端與空氣相通;陰極包裹骨架鏤空段并做防滲水處理,陽(yáng)極包裹陰極外側(cè)并接觸底泥;電池骨架密封一端插入底泥,敞口頂端露出水面,保證陰極室充滿(mǎn)空氣。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述底泥原位削減同時(shí)微生物產(chǎn)電的方法,其特征在于還包括將微生物燃料電池構(gòu)建成為微生物燃料電池堆的步驟,構(gòu)建好電池堆以后再進(jìn)行上述步驟(2)。5、一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述方法的裝置,其特征在于包括帶有鏤空段的絕緣管,所述絕緣管的一端密封、一端敞開(kāi)與空氣相通,膜陰極包裹絕緣管的鏤空段,所述陽(yáng)極包裹在膜陰極外側(cè);導(dǎo)線(xiàn)從膜陰極、陽(yáng)極分別導(dǎo)出。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置,其特征在于所述鏤空段為若干段;若干鏤空段分別采用膜陰極包裹后再用陽(yáng)極包裹。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置,其特征在于所述管道采用PVC管。8、根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置,其特征在于所述膜陰極采用陰離子交換膜、陽(yáng)離子交換膜或布陰極;所述陽(yáng)極采用碳?xì)只蛱祭w維。9、一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求4所述方法的裝置,其特征在于包括若干個(gè)微生物燃料電池和固定板,所述微生物燃料電池絕緣管密封一端固定于固定板上。10、一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求4所述方法的裝置,其特征在于包括若干個(gè)微生物燃料電池和若干條連接管,所述微生物燃料電池絕緣管一端豎直連接于連接管;連接管相互連通形成封閉回路。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種底泥原位削減同時(shí)微生物產(chǎn)電的方法及裝置。所述方法包括構(gòu)建微生物燃料電池、將所述微生物燃料電池置于底泥中、接通電池回路、馴化微生物產(chǎn)電等步驟。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)底泥治理技術(shù)的不足,利用微生物燃料電池就地利用底泥中的有機(jī)物為燃料,原位削減污染的同時(shí)能產(chǎn)生電能;本發(fā)明同時(shí)提供了實(shí)現(xiàn)所述方法的裝置,根據(jù)具體情況可橫縱擴(kuò)展,維護(hù)簡(jiǎn)便,可長(zhǎng)期循環(huán)使用,具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、輸出功率密度高、底泥化學(xué)需氧量削減效果好、不影響河道流通、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),適合工程化推廣應(yīng)用。文檔編號(hào)H01M8/16GK101615685SQ20091004123公開(kāi)日2009年12月30日申請(qǐng)日期2009年7月17日優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日發(fā)明者周順桂,莉莊,張禮霞,王躍強(qiáng)申請(qǐng)人:廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所