[发明专利]基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水利工程生态河道修复，尤其涉及一种沟渠或河道的富营养化水体的修复。

背景技术

我国每年生产大量的生活和工业污水，许多污水未达标便排放至湖泊河流中使其富营养化。河流湖泊的富营养化会使水体爆发水华，发臭，使水体严重恶化。富营养化水体修复是水污染防治领域长期未能解决的问题，与此同时，在河湖水体抑制微型藻的生长也未能得到有效的解决，致使我国地表水水华爆发频率日益增加。

沉积物微生物燃料电池(SMFC，SedimentMicrobialFuelCell)是一种新型生物电化学系统，是在电化学技术基础上发展起来的以微生物在阳极降解有机污染物的同时产生电能的一种装置。SMFC克服了传统污染物生物处理过程的缺点，其最大的优势在于处理污染物的同时可以获得电能，从而抵消处理过程中的部分运行成本。虽然SMFC能很好的去除沉积物中的有机物，但是对于水中氮磷的去除效果不佳。为了提高SMFC对水体氮磷的去除效果，常常将SMFC与其他的氮磷去除手段联合使用。

生活污水脱氮除磷技术中主要通过细菌和微型藻(Chlorellavulgaris、Scenedesmusdimorphus、Spirulinaplatensis)等微生物完成。微型藻类需要固定化后才有使用价值，且微型藻容易泄漏，导致重新污染水体。大型丝状绿藻是典型的着生藻类生物。比微型藻更加容易生长，且用于污水处理后，由于其个体大，易附着等特性，更加容易与污水分离。

并且，大型丝藻对易引起水华的微型藻有化感作用，对微型藻活性有很强的抑制作用。同时，未来有可能代替污水处理厂的加氯预氧化灭活藻细胞工序的作用。这样就有可能在水厂取消加氯预氧化工艺，从而降低消毒副产物的产生。

大型丝状绿藻在光照充足的条件下，经过光合作用产生大量氧气，既有利于富营养化水体的水质改善，更为SMFC的阴极提供了充足的电子受体；同时，SMFC阳极分解有机物产生的CO₂为大型丝状绿藻的生长繁殖提供了良好的养料。

其次，藻类和SMFC共同提高了水体的pH值，较高的pH值对水体中大肠杆菌等细菌有很好的杀菌作用，减少了水体有害细菌的滋生，有助于改善水体的微生物环境。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法是一种全新的，可行的，并且经济实用的方法。本发明适用范围非常广泛，在确保河道，沟渠，湖泊等水体行洪设计的前提下，利用大型丝状藻类和SMFC构建生态水体环境，在优化了水质，去除了沉积物中的有机污染物的同时，又产生了可供利用的电能。本发明在城市河道，自然湖泊，农村沟渠的生态建设，富营养化水体的水质改善等方面前景广阔。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法，步骤如下：选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阳极和阴极；将阳极填埋于沟渠或河道内的沉积物中，所述阳极距沟渠或河道内泥水界面3～10cm；将阴极贴伏于沟渠或河道的内坡面上、并且完全沉浸在水体中；将小功率用电器或是电能储存器或是电阻通过导线串联在阴极和阳极之间；将大型丝状绿藻按照接种密度为1-10mg/cm²均匀地固定接种在所述阴极的表面，所述大型丝状绿藻是刚毛藻、丝藻和水棉中的一种或几种。

本发明基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的方法，其中，所述阴极表面上涂有铂碳催化剂。所述小功率用电器的功率为1mW至100mW。所述小功率用电器是原位水质监测仪器。所述电阻是10至2000欧姆的可调电阻或固定阻值电阻。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

利用本发明方法可以通过SMFC的阳极将微生物氧化沉积物中有机污染物的同时生产电能，利用电化学系统将有机污染物分解产生的无机碳供给大型丝状绿藻生长。大型丝状绿藻对水中氮磷有较强的去除效果，并且对富营养化水体中形成水华的微型藻有很强的化感抑制作用。丝状绿藻通过光合作用生成大量氧气，不仅有利于SMFC的产电效率，更能够增加水体的溶氧。并且，在藻类去除氮磷工艺上，大型丝状绿藻较传统微型绿藻更易于固定使用，更易于与水体分离回收，不易产生二次污染。因此，本发明创新性的将SMFC和大型丝状绿藻联合使用，达到了相辅相成的实用效果。

附图说明

图1是本发明联合修复富营养化水体的方法示意图；

图2是本发明联合修复富营养化水体的方法实验例示意图；