[实用新型]一种有机物污染土壤原位修复的土壤微生物燃料电池装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微生物电池装置，特别涉及一种可原位修复有机物污染土壤的土壤微生物燃料电池装置。

背景技术

由于污水灌溉、垃圾填埋等人为活动等影响，土壤往往受到苯酚、石油烃类等有机物污染。而在淹水土壤环境中，氧气缺乏，微生物难以进行好氧呼吸，这些有机污染物不能快速降解，日积月累，对环境潜在危害风险不断增加。在目前土壤污染修复技术中，主要分为原位修复和客土法。客土法见效快，但易造成二次污染。土壤原位修复可避免二次污染问题，近年来受到强烈关注。

微生物厌氧呼吸是土壤有机污染物降解的重要途径，但往往由于缺乏合适的电子受体，有机污染物降解转化过程受到抑制。往有机物污染土壤中添加铁氧化物、硝酸盐、硫酸盐等电子受体能够促进酚类等有机污染物氧化降解，但由于这些电子受体在土壤厌氧环境下很快被还原，不具备可持续性。氧气是一种良好氧化剂，但氧在水中溶解度低，且通氧耗时费力，经济效益差。

微生物燃料电池（MFC）是能将生物质在阳极氧化，同时将电子传递至阴极电子受体进行还原的装置，具备产电和有机物处置双重功效。自然界中广泛存在具有将代谢活动产生的电子传递至电极功能的微生物，因而MFC燃料种类广泛，市政污水、工厂排放的有机废水、人畜粪便等均可以作为MFC燃料，其中包括苯酚、石油烃类等有机污染物。

MFC的电极作为电子受体为促进有机污染物氧化提供了一个新的思路，即插入电极作为低成本、易维护电子接收体，将微生物氧化有机物产生的电子通过阳极和外电路传递至阴极和氧反应，加快阳极有机污染物的氧化降解。MFC利用有机物作为燃料的工作原理为：苯酚、石油烃类等有机物在厌氧阳极室被具有电化学活性的微生物厌氧氧化，产生的电子被微生物传递至电池阳极，再通过外电路到达阴极，从而在外电路产生电流，而阳极室质子则到达阴极，与氧等氧化剂反应生成水，从而构成一个完整回路。

在MFC研究中，经久耐用的MFC阳极材料主要是碳毡和石墨等炭质材料，吸附有机物能力强，土壤中有机污染物可被吸附于阳极之上，特别是苯酚等可溶性有机污染物，在土壤淹水环境中，往往以离子形态存在，流动性较强，更易吸附于阳极上从而被电极上的微生物利用。利用MFC原位降解土壤有机污染物方法的关键步骤之一是对MFC构型进行设计，使得阳极微生物氧化有机物污染物产生的电子通过阳极和外电路到达阴极，和氧反应，产生类似好氧反应，从而加快淹水土壤有机污染物降解和转化。

目前，MFC主要分为单室型（空气阴极）和双室型两种类型。双室MFC比单室MFC结构复杂，需要阴极有较多氧气以便提高阴极反应速率，而单室MFC结构相对简单，MFC性能改善相对较便利，提高电池输出功率潜力较大，有利于可溶酚类有机污染物降解，两者在产电、污染物降解转化等具体应用上各有千秋，均有很大提升空间。

CN1874040A公开了一种处理有机废水的单池式生物燃料电池，而CN1364146A则公开了一种处理废水和活性污泥的双池式生物燃料电池，但它们均是实验室规模的单体电池。另外，CN101315985A公开了一种微生物燃料电池堆，它提供了一种共阳极燃料的多级串/并联的MFC电池堆，解决了燃料统一进/出的问题，解决了微生物燃料电池扩展与放大的问题。然而，该装置只适合以含固率低、流动性好的液态或浆状有机废弃物为燃料，燃料通过泵输入电池堆阳极室，经生物氧化去除COD后，至另一端流出。

值得注意的是，上述的微生物燃料电池装置不适合处理土壤有机污染物，原因是：1）淹水土壤难以抽吸或泵入MFC阳极室，也达不到污染土壤原位处理和修复的目的；2）淹水土壤颗粒物容易造成堵塞。

另外，CN101615685A公开了一种MFC装置，利用向底泥中插入MFC，进行底泥原位削减同时微生物产电。然而，这种类型MFC并未阐明其是否能进行污染土壤有机物快速降解和转化，而在目前现有文献和专利中，也未见利用插入MFC电极技术原位治理有机物污染土壤的报道。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可原位修复有机物污染土壤的土壤微生物燃料电池装置。

本实用新型所采取的技术方案为：

一种有机物污染土壤原位修复的土壤微生物燃料电池装置，包括膜阴极和阳极，膜阴极和阳极之间通过导线连接，膜阴极外边缘设有隔水板。

作为本实用新型的进一步改进，膜阴极上方设有挡水板，挡水板和隔水板形成的空腔设有与大气相通的透气道。

作为本实用新型的进一步改进，透气道上设有筛网。

作为本实用新型的进一步改进，膜阴极下方设有滤网。