[发明专利]一种受污染水体中黑臭底泥资源化处理的方法

说明书

技术领域

本发明属于微生物燃料电池及废弃生物处理技术领域，具体涉及一种受污染水体中黑臭底泥资源化处理的方法。

背景技术

现在社会每年的能量需求十分巨大，而这些能量大部分来自于化石燃料的燃烧，主体为煤、石油和天然气，这些均是不可再生资源。目前，在这些资源中有很大一部分是用来发电，事实上这些资源发电的效率不到50%。如果人类继续大量使用这类燃料，在不久的将来随着这些燃料的储备不足，人类将面临严峻的能源短缺问题。因而，开发新能源是一件亟待解决的问题。

随着城市的发展，人们生活和生产产生的污染物越来越多，大量的污染物被排入城市水体，从而导致水体污染急剧增加，生态平衡遭到破坏，水体发黑发臭，城市水体出现大量黑臭底泥，破坏城市景观且其产生的气味严重影响人们的生活质量。黑臭底泥淤积，还致使鱼类等水生物死亡，破坏水体自净能力和生态系统的稳定。目前，黑臭底泥处理主要采取底泥清淤、底泥固化、引水冲淤，黑臭底泥处置主要为脱水填埋。这些方法处理成本高，同时占地面积大，随着全球范围内对城市环境保护问题的日益重视，这些治理方法也面临巨大的挑战。

在国内城市黑臭底泥治理部分已完工的项目中，其河床有的用混凝土浇铸而成，有的用石头、鹅卵石铺垫，此法虽可减少河水及土壤中的污染物渗入河体，但混凝土、石头以及鹅卵石无吸附污染物的能力、也不适宜于生物生长，削弱了水体的自净能力。大量污水涌向外河，加剧了水资源的污染，增加了饮用水的治污成本。而引水冲污等方式更是花费巨大，成本高昂，且不能从根本上解决内河污染问题。

近年来，以生物电化学为理论基础的微生物燃料电池得到国内外研究者的热切关注。该技术具有净化污水并获取生物电能的双重功能，这是污水污泥治理技术理念的重大革新，必将赢取更多关注。微生物燃料电池是利用厌氧或兼性微生物的催化作用，在氧化有机物、无机物的过程中提取电子并将其转移至电极上，实现化学能向电能转化的新技术，可以把未经处理的污水转变成干净用水和电源。

如果对内河黑臭底泥采取变废为宝的措施，以添加有益微生物菌群的黑臭底泥为底物的燃料电池将具有十分重要的实际意义和可行性。一是内河水质改善；二是内河的底泥黑臭问题得以解决；三是微生物燃料电池产电能力方面具有很大的提升空间，待技术成熟，其产生的电量可用于城市供电，缓解城市用电紧张等问题。因此以黑臭底泥为底物的生物燃料电池是一项“一举三得”的技术手段。生物燃料电池自身潜在的优点使人们对它的发展前景看好，如果能充分利用内河黑臭底泥，将大大缓解内河污染带来的城市发展问题，带来巨大的经济效益。

发明内容

    本发明的目的在于针对现有的受污染水体中黑臭污泥未得到有效处置，提供一种受污染水体中黑臭底泥资源化处理的方法。通过在黑臭污泥中添加有益菌群构建沉积型微生物燃料电池，使得黑臭底泥变废为宝，具有产电的前景，具备巨大的经济效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种受污染水体中黑臭底泥资源化处理的方法：以黑臭底泥、EM菌作为阳极底物，以河水或pH=7的磷酸盐缓冲液作为阴极电解液，石墨板或碳纤维布作为电极材料；外电路由铜导线和可变电阻连接而成；构建沉积型微生物燃料电池。阳极微生物菌群在吸附降解黑臭底泥中的有机物和臭味物质的同时产生电子，电子通过导线传输到阴极，阴极中的溶解氧接受电子产生水；EM菌的作用是对黑臭底泥进行除臭以及降解底泥中的有机物。

所述的受污染水体中黑臭底泥资源化处理的方法：在黑臭底泥中添加EM菌，EM菌投入后与底泥充分混合，EM菌的投加量为阳极底物体积的0.5% ~ 2.5%。

所述的EM菌为EM菌原液。

阳极底物与阴极电解液的体积比为1:1 ~ 2:1。

阴极石墨极板悬浮于阴极电解液与空气交界面处。

所述的外电路电阻为300Ω - 1000Ω。

所述的沉积型微生物燃料电池：外电阻为500Ω时，在外电路的电压降到50 mV时，完成阳极黑臭底泥的处理，同时完成一个产电周期。

石墨电极可用碳布进行替换。

该微生物燃料电池的工作原理为阳极微生物菌群在吸附降解黑臭底泥中的有机物和臭味物质的同时产生电子，电子通过导线传输到阴极。具体反应式为：

阴极：6O₂+24e^-+24H⁺→12H₂O；