[实用新型]利用微生物电解池技术原位修复受污染地下水的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于地下水处理技术领域，具体涉及利用微生物电解池技术原位修复受污染地下水并同时获得氢能或回收金属的装置。

背景技术

地下水作为人类宝贵的淡水资源，随着现代社会工业化进程的不断发展，出现了不同程度的污染问题。从上个世纪60年代开始，地下水污染逐渐加剧，于是地下水的修复技术也随之发展起来。地下水污染修复技术包括异位修复、原位修复和监测自然衰减技术。异位修复技术是将受污染的地下水抽出至地表再进行处理的技术。该技术在短期内处理量大、处理效率较高，但长期应用普遍存在着拖尾、反弹等现象，最终降低了处理效率，增加处理成本。监测自然衰减技术是充分依靠自然净化能力的修复技术，需要的修复时间很长。加之地下水中污染物的种类日益增多，除有机物外，还包括重金属、无机盐和放射性元素等，于是地下水污染原位修复技术便以其修复彻底、处理污染物的种类多、时间相对较短、成本相对低廉等优势在地下水污染修复领域崭露头角。其中原位生物修复技术是指在基本不破坏土体和地下水自然环境条件下，对受污染的对象不做搬运或运输，而是在原场所里，通过生物（特别是微生物）的作用去除地下水中污染物的方法。原位生物修复技术具有速度快、干扰小、效率高、成本低及反应条件温和等显著优点，已成为地下水污染原位修复的重要技术。但原位生物修复技术也存在着一些局限。例如，受污染地下水能够被微生物原位修复的关键是保持相应微生物的高活性，才能使得地下水的污染物能够被高效的去除。

近年来，微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）技术正成为新概念废水处理技术之一，其在对废水处理的同时可以获得电能。MFC技术以被用于原位修复受污染地下水（CN 102659237 A）。该方法利用阳极室的微生物将地下水中的还原性污染分解代谢去除，并利用阴极室将地下水中的氧化性污染物还原去除，同时获得电能。此外，该方法将阴极电极置于与大气相通的阴极室中，以克服向地下水中添加电子受体的实施难度，但是该方法中电子受体（空气中的氧气）是通过扩散的方式进入阴极室，电子受体供应速度慢，且该电子受体在水中的溶解度低，同时在阴极电极表面易形成生物膜，从而降低了阴极反应效率，进而降低了污染物的去除效率。此外，该方法无法对还原电位较低的Pb²⁺、Ni²⁺、氯代烃及五价铀（U（V））等污染物进行去除。

微生物电解池（Microbial Electrolysis Cell，MEC）是近年迅速发展起来的一种融合了污水处理和产生能源的新技术，可以在对污水进行生物处理的同时获得不同形式的能源，作为污水处理的新工艺，引起了国内外的广泛关注。在MEC中无需提供电子受体（O₂），从而可以避免MFC原位修复地下水污染物需向地下水中添加电子受体的问题。此外，在MFC中无法去除的一些还原电位较低的Pb²⁺、Ni²⁺、氯代烃及U（V）等污染物，可以在MEC的阴极被去除。

发明内容

本实用新型提供一种利用微生物电解池技术原位修复受污染地下水的装置，以避免传统原位修复受污染地下水及利用微生物燃料电池技术原位修复受污染地下水需向地下水中添加电子受体的问题，同时可以去除利用微生物燃料电池技术原位修复受污染地下水方法中无法去除的一些还原电位较低的Pb²⁺、Ni²⁺、氯代烃及U（V）等污染物。

为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型利用微生物电解池技术原位修复受污染地下水的装置，其特征在于：在受污染地下水中设置密封的阳极室和密封的阴极室，阳极室和阴极室的室壁均开有小孔；阳极室和阴极室内分别放置阳极电极和阴极电极；将稳压电源的高电位端和低电位端分别连接阳极电极和阴极电极；使受污染地下水通过阳极室和阴极室室壁的小孔流经阳极室和阴极室内的阳极电极和阴极电极，污水中的还原性有机污染物作为附着在阳极电极表面的产电微生物的代谢底物而被降解去除，同时在电辅助下，阳极电极表面产电微生物代谢有机污染物产生的H⁺和电子迁移到阴极室，并在阴极电极表面结合产生H₂。此外，地下水中的氧化还原电位较低的一些氧化性污染物在阴极电极表面被还原而去除。

所述阳极电极材料为碳布、石墨毡、网状玻璃碳、石墨或碳纤维刷。

所述阴极电极材料为Pt修饰的碳布、石墨毡、石墨或碳纤维刷，或者是铅和铜。