[发明专利]一种电动力-燃料电池耦合装置及污染土壤的修复方法

说明书

本发明提供了一种电动力‑微生物燃料电池耦合装置，所述装置包括直流电源；所述直流电源的负极与电动力阴极相连；所述直流电源的正极与任选存在的电极切换系统相连；所述电极切换系统与电动力阳极连，且所述EK阳极设置在呈中空圆筒状的微生物燃料电池阴极的中心；所述MFC阴极与外电阻相连；在所述MFC阴极与所述EK阴极之间，设置多根微生物燃料电池阳极；所述多根MFC阳极之间通过导线顺次连接，并与所述外电阻串联连接。还提供了使用该装置用于污染土壤的修复方法和用途。所述装置和修复方法具有良好的污染物脱除效果，从而具有良好的应用潜力和工业化生产前景。

技术领域

本发明涉及一种污染物的净化装置和处理方法，特别地涉及一种电动力-微生物电池耦合装置及污染土壤的修复方法，属于环境保护和污染防治与治理领域。

背景技术

目前，随着我国工业和农业的快速发展，人们生活水平在日益提高的同时，也造成了十分严重的土壤污染。而土壤污染又反过来对农产品、地下水、生态环境及人体健康等产生了很大的威胁。

因此，加强对污染土壤的治理已经刻不容缓，寻找一种快捷、低能耗、效率高的污染土壤的修复方法具有十分重要的现实意义。

目前，传统污染土壤的修复技术主要有化学法、物理法和生物修复法等。其中化学和物理法成本较高，且容易对土壤的理化性质造成严重的不利影响。生物修复法具有成本较低，操作简单、无二次污染等优点，因此具有非常好的应用前景。

而对于深层或淹水的污染土壤、污泥或沉积物而言，由于缺乏充足的氧气，缺氧或厌氧降解是土壤有机物降解的一个重要的途径。然而在缺氧或厌氧条件下，微生物降解有机污染物需要有硝酸盐、硫酸盐等电子受体，因此电子受体的缺乏会导致微生物降解速率降低甚至停止。添加外源电子受体可以促进微生物厌氧降解，但是这些电子受体不是持续的。在微生物电池的阴极，氧气因其在环境中方便易得并且产物干净环保，是一种理想的阴极电子受体。然而如果用曝气的方法提供氧气作为电子受体，具有能耗高，氧气的溶解度低的缺点。同时氧气很快就会被消耗。因此，该方法需要持续的人力、物力和能源向土壤或沉积物曝气，大大增加修复成本。

微生物电池系统是近十年来比较热门的技术，它主要利用电化学活性微生物作为催化剂，将有机物的化学能直接转化为电能。微生物电池可以在厌氧条件下源源不断地在阴极处为微生物提供最终电子受体，从而促进污染物在缺乏氧气、硝酸盐、硫酸盐等电子受体的条件下得到降解。自然界广泛存在具有通过代谢功能将产生的电子传递到电极的电化学微生物。

因此，微生物燃料电池可在土壤、污泥、沉积物、污水、人畜粪便等多种环境中利用。

近几年，微生物电池，尤其是沉积物微生物电池因其较好的产电性能和污染物去除效率越来越得到人们的关注。科学家对其进行了广泛深入的研究，研发出了多种微生物电池修复方法和相应装置。

CN102386431A公开了一种土壤微生物燃料电池及修复石油烃污染土壤的方法。所述土壤微生物燃料电池由U型管和包裹于其外表面的膜电极构成，U型管为中空管且管壁均布圆孔，膜电极自内向外包括扩散层、碳基层、阴极、催化层、玻璃纤维膜和阳极并缠绕组成层状结构，U型管两侧的阳极和阴极通过导线自身连接，阳极与阴极之间通过导线与外接电阻连接构成电池，U型管与膜电极之间粘接密封，U型管埋入污染土壤中的直管部分高度与污染土层厚度相同。

CN102368559A公开了一种碱性微生物燃料电池。所述微生物燃料电池包括容器状的电池壳体、阳极和空气阴极；所述阳极为活性炭纤维刷、碳布或碳纸，空气阴极为两面分别涂覆聚四氟乙烯扩散层和颗粒活性炭催化层的碳布集电体，且空气阴极以扩散层面向空气、催化层面向溶液置于容器两侧；该燃料电池的电解液分为启动时的电解液和产电运行时的电解液，其中产电运行时的电解液又分为有机物基质和有机废水两种主要成分。本发明阴极催化材料是采用活性炭，不含任何金属催化剂，大大降低成本。在碱性条件下运行，阴极氧还原性能得到提高，可提高有机物的能量转化效率。在高浓度有机物的条件下，电池能稳定运行，且有机物利用率高。