[发明专利]一种用于受污染水体原位修复的集成式装置及修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及受污染水体的修复领域，具体涉及一种用于受污染水体原位修复的集成式装置及修复方法。

背景技术

沉积物是水体的重要组成部分，也是水体富营养物和污染物富集的区域。以往改善水体多采用冲刷河道，换水稀释等物理方法，可以再短期内达到是水体洁净的目的。然而一经水动力扰动或环境变化(温度、pH)等外因干扰，水体沉积物中富含污染物往往会向上层水体二次释放，从而导致水环境恶化。相对于物理修复方法和化学修复方法，近年来生物修复因成本相对低，副作用小，作用温和等优势逐渐被采用。然而因植物、微生物等对环境(如温度、光照、COD等)具有较高的要求往往限制了生物修复的使用。

微生物电化学系统(Microbial-electrochemical System，MES)，将此技术运用于有机质丰富的沉积物中可以获得电能。而这种系统的构建必须满足：①将阳极材料放置于厌氧的沉积物中，支撑材料位于上层好氧的水相中，阴极和阳极之间通过导线和电阻相连接；②沉积物中有机物能够在阳极区附近被沉积物中土著微生物氧化分解，产生的电子能够传递到阳极，再经过外电路到达阴极，与阴极区中的氧气和从阳极区传递来的质子结合生成水，从而实现在去除沉积物中有机污染物的同时又回收能量的目的。这种阴阳极分开且需要另外利用导线连接的特殊构造使得生物电化学系统在应用的过程中遇到很多困难，例如施工需要先排水，阴阳极需要花费大量人工布置，导线用量很大，难以回收，成本较高等。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种促进有机物降解将受污染水体原位修复的集成式装置及修复方法。本发明基于微生物电化学系统(Microbial-electrochemical System，MES)提出一种低成本、效率高的应用于受污染水体及湖泊沉积物的微生物氧还原-原位修复集成式装置，同时能够输出电能用于其他用电器。

本发明采用了如下技术方案：

一种用于受污染水体原位修复的集成式装置，其包括电子收集端、电子导出端、电子传导系统和集成支撑体系；电子收集端由辅助系统和支撑材料；所述的电子导出端固定在集成支撑体系下端表面，电子收集端固定在集成支撑体系上端，电子收集端置于受污染水体上层或/和水面空气中，电子导出端置于受污染水体下层的污染底泥中，电子传到系统连接电子收集端、电子导出端。

辅助系统置于支撑材料的上方或/和下方。

当电子收集端在水体上层时，辅助系统置于支撑材料的上方，辅助系统可收集水体中溶解氧用于电子收集端发生氧化还原反应；当电子收集端在水面空气中时，辅助系统置于支撑材料的下方，辅助系统具有的亲水性可传导水体中的水和质子到达电子收集端用于发生氧化还原反应；当水面波动较大或潮汐时，辅助系统支撑材料的上方和下方均设置辅助系统。

所述的辅助系统为亲水性的耐腐蚀环保材料，电子导出端为具有导电性和生物亲和性的碳基材料或金属基材料。

所述的支撑材料为具有导电性的碳基或金属基材料；集成支撑体系为棒状或杆状绝缘材料。

所述的电子传导系统包括第一导线、第二导线和电阻，电子收集端通过第一导线与电阻的一端相连接，电子导出端通过第二导线与电阻的另一端相连接。

电子收集端富集好氧微生物，电子导出端富集厌氧产电微生物。

利用上述受用于污染水体原位修复的集成式装置进行修复方法，其特征在于：按以下步骤进行：

将用于受污染水体原位修复的集成式装置中的集成支撑体系垂直插入受污染水体的底泥之中，且调整电子导出端位置使之置于受污染水体下层的污染底泥之中，电子收集端置于上层水体的上层或/和水面空气中且接近水面，使用第一导线和第二导线将电子收集端和电子导出端分别与电阻两端相连接，电子收集端开始富集好氧微生物，电子导出端开始富集厌氧产电微生物，启动运行后60天内，去除水体和底泥中的污染物。

本发明与现有的技术相比有如下有益的技术效果：

一、本发明受污染水体原位修复的集成装置中的电子收集端、电子导出端固定在集成支撑体系上，传统反应器二者必须分开放置的构型缺陷，大大减少施工量和施工费用使其能适用于自然水体修复；

二、本发明受污染水体原位修复的集成装置中的电子收集端、电子导出端无需催化剂或粘合剂，通过富集产电微生物达到去除污染物的目的；

三、本发明应用于底泥修复的生物电化学系统的电子收集端辅助系统具有良好的传递水和物质功能，使本装置能适用于不同水位高度的环境；