[实用新型]应用微生物燃料电池净化湖泊水体的组合生态浮床的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于能源与环境修复领域，特别是一种适用于水体污染修复与回收电能、生物质能的组合生态浮床耦合MFC（Microbial Fuel Cell，微生物燃料电池）装置。

背景技术

水，是生命之源，是一种无可替代的重要资源，但水资源危机已经成为当今世界许多国家社会经济发展的制约因素。据统计，过去的50多年，全世界淡水使用量增加将近4倍，每年高达4130 Km³，农业用水就占全部用水的60%。近年来，伴随着我国高投入、低产出的粗放型经济增长方式以及人们薄弱的环保意识，致使大量污染物质直接排放，导致水体生态结构变化，功能退化，出现富营养化状态。这无疑加剧了我国水质性缺水的局面，严重影响了经济发展和居民的饮用水安全。水体富营养化已引起全球范围内的广泛关注，富营养化水体的恢复和治理亦迫在眉睫，但是由于污染源的复杂性和水体中营养物质的难去除性，现在还未找到一条彻底防治水体富营养化的途径，目前主要通过控制污染源与减轻水体负荷相结合的方式进行处理。

浮床技术是运用无土栽培技术原理，以天然或环境友好材料为载体和基质，采用现代农艺与生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。其去除水体污染物，抑制浮游藻类的机理表现在以下几个方面。① 植物吸收：栽种在浮床上植物为了满足本身生长需要，会通过浸没在水中的根系不断吸收利用水体中的营养物质，通过收获水生植物减少水中营养盐；② 根系微生物降解：发达的植物根系可吸附水中的大量胶体，并逐渐在植物根系表面形成生物膜，吞噬和降解水中的污染物；③ 分泌物抑制：浮床植物根系能分泌化感物质，抑制藻类生长；④ 遮蔽阳光：人工浮岛通过遮挡阳光抑制藻类进行光合作用，控制藻类的生长。研究和应用实践证明，与一般目前国内外采用的化学，物理和生物治污技术相比，生态浮床技术的最大优势是能达到标本兼治，并能为水生生物的自然恢复和生存。繁衍营造良好的生境条件，最终达到修复水生态系统的目标。

微生物燃料电池（MFC）作为一种新的产能方式——利用微生物将有机质直接转化为电能而受到越来越多的研究和推广。MFC是利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将各种材料包括复杂的有机物和可再生生物质氧化产生电能的装置，这些燃料源使得MFC比只利用纯化学反应燃料的化学燃料电池更为先进。研究表明，MFC不仅可以降解简单有机物获取电能，也可以降解复杂综合有机底物产生电能，甚至可以降解难降解有机物获取电能。莫汉（Mohan）等对制药废水、染料、杀虫剂等综合化学废水的降解以及产电性能进行研究，污染物负荷为1.404 kg COD/（m³·d）时， 最大电压为304 mV，污染物降解率达到62.9％。骆海萍等以苯酚为燃料，在1000Ω外负载条件下，苯酚去除率约达到90％，最大输出电压为540mV。因此，利用MFC降解难降解污染物并且产生电能是可行的，经济的，也是可持续的。

充分利用组合生态浮床和MFC对水体污染修复和难降解性有机物有较高的降解性能的优势，对上述两种技术进行有机的融合，即利用MFC对难降解有机污染物的去除效能高的特点，提高其净化效果，同时能够获得电能，实现资源的最大化利用。应用MFC净化湖泊水体的组合生态浮床的装置从组合生态浮床及MFC的协同优化出发，强化了浮床植物根际效应和浮床微生物特别是产电细菌及污染物降解细菌的富集及固定化，提高复合系统的难降解性有机物的净化效能及产电性能。

目前组合生态浮床耦合MFC装置国内外尚未见报道。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是提供一种提供应用MFC净化湖泊水体的组合生态浮床的装置。 

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种应用微生物燃料电池净化湖泊水体的组合生态浮床的装置，该装置包括组合生态浮床以及微生物燃料电池两部分，

组合生态浮床从上到下包括表层水生植物单元、中层水生动物单元及下层人工介质单元，

其中，水生植物单元由水生经济植物及固定水生植物的导电材料构成，水生动物单元挂养滤食性水生动物贝类，人工介质单元由纳米活性炭人工介质大量富集微生物，形成高效生物膜净化区； 

所述的导电材料通过导线导出该装置外，构成微生物燃料电池空气阴极电极；所述的纳米活性炭人工介质利用纳米技术在其表面均匀喷涂纳米活性炭颗粒，合成具有良好导电性能以及高比表面积的微生物燃料电池阳极电极。

所述的水生经济植物是空心菜、水芹、菖蒲、茭白、莲、或菰米。