[发明专利]一种微生物燃料电池及其在去除自然沉积物中有机物的应用

说明书

技术领域

本发明属于环境工程领域，具体涉及一种污染沉积物治理的修复技术，尤其涉及一种微生物燃料电池及其在去除自然沉积物中的有机物的应用。

背景技术

随着工农业生产的快速发展和人民群众生活水平的日益提高，大量的有毒有机污染物通过工业废水和生活污水的直接排放以及农用化学品的土壤渗漏、地表径流和大气沉降进入到水体中。这些由于有毒有机污染物脂溶分配系数大、溶解性小、易于和矿物质、有机质结合，使其长久蓄积于沉积物中。这些有毒有机污染物主要为多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)和有机氯农药(OCPs)，它们不但对水生生态系统带来长远危害，并且通过食物链的传递对人类健康造成严重影响。美国EPA在1998年的调查报告中指出，美国已发生2100起事件声称鱼类消费中的问题，多次证实污染来自底泥。在中国，也已发现并证实了水体底泥具有生物毒性，如太湖梅梁湾、乐安江段沉积物均显示出毒性。因此，污染沉积物的治理已刻不容缓，势在必行。

目前，根据污染沉积物治理的修复技术的作用机理不同，可分为物理修复、化学修复和生物修复3大类技术方法。物理修复虽然见效快，但是工程量大、耗财耗力，而且通过物理修复难以使沉积物达到要求的标准，不是最理想的沉积物修复方法；沉积物化学修复主要是在通过在已污染的沉积物表层加入化学试剂，使沉积物中的污染物得到转化(无害化)或固化，从而减少污染沉积物的环境影响的治理措施，这种方法的最大缺陷是对水生生态系统存在潜在的威胁，因此一般只用于应急措施；与物理和化学修复方法相比，生物修复方法具有节省费用、不破坏原有生态、去污效率高等优点，因此在过去30年中就已得到较快发展。

沉积物生物修复可以分为原位生物修复和异位生物修复。异位生物修复需要将受污染的沉积物搬运到其他场所再进行集中的生物修复，成本高昂；原位生物修复不需疏浚而直接对底泥进行处理，这样既可节省大量的疏浚费用，又能减少疏浚带来的环境干扰，因而是理想的污染沉积物治理方法。对于本发明所涉及的对象——有机污染物沉积物而言，让微生物在原地直接分解是比较理想的办法。虽然经过纯培养，发现有些微生物能较大程度分解PAHs、PCBs等有机物，但要制成在原位能活跃分解有机物的产品，目前的效果还不理想。原位处理需要投加具有高效降解作用的微生物和营养物，有时还需投加电子受体或供氧剂，但外加的微生物或其它物质易受水力条件及土著微生物等因素的强烈影响，难以达到预期的效果。

微生物燃料电池(MFC)是利用电化学技术将微生物代谢能转化为电能的一种装置。其最早由英国植物学家Potter于1911年提出，此后在空间科学研究领域取得较大研究进展，到20世纪90年代起，利用微生物发电的技术出现了较大突破，特别是Logan等研发的以市政及工业污水为底物的MFC，可以在对污水进行生物处理的同时获得电能，不仅会降低污水处理厂的运行费用，而且有望实现废物资源化。但现有技术对MFC的研究多注重从污水/废水中获取电能的技术研发，而对于其用于自然水体的修复方案未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明的技术目的在于提供一种用于去除自然沉积物中有机物的生物原位修复技术产品，使得利用该产品来原位修复自然沉积物中的有机污染物，可以相对于传统的原位生物修复技术而言，不需要投加电子受体或供氧剂，并可以在氧化有机物的同时产生一定的电能，使得所发明提供的该技术具有可移动、原位修复效率高、运行过程低能耗并能产生能源的特点，应用前景广泛。

为实现本发明的技术目的，本发明的技术方案如下：

一种微生物燃料电池，包括MFC阴极、MFC阳极、导线和电阻，其中通过导线将阴极、阳极以及电阻串联起来形成一个回路。

本发明所述的微生物燃料电池还包括电极支架，MFC阴极和MFC阳极分别置于电极支架的两端；

本发明所述的阴极材料可以是不锈钢、石墨或者活性炭；

本发明所述的阳极材料可以是不锈钢或石墨；

本发明所述的导线是铜线或铂线；

本发明所述的电阻为可调电阻器；

本发明所述的电阻的电阻值为10欧姆～1000欧姆。

本发明所述的微生物燃料电池在去除自然沉积物中有机物的应用。

具体的应用方法为：

A、电极安装

将MFC阴极和MFC阳极分别固定于电极支架的两端后，将两电极及支架置于自然沉积物中，并分别将MFC阴极置于沉积物上层好氧的水相中，将MFC阳极置于沉积物中；

B、电路连接

将MFC阴极和MFC阳极和电阻用导线串联在一起形成一个回路；