[发明专利]利用植物-沉积微生物燃料电池处理污染河水的方法

说明书

本发明提供一种利用植物‑沉积微生物燃料电池处理污染河水的方法，属于生态修复技术领域。该方法取污染河流浅滩3‑5cm深处的底泥，研碎过筛后与石英砂1：1混合用作基质；然后在污染河流底泥下5‑8cm处设置阳极板，将沉水植物根系通过阳极扎根在底泥中；再在水‑空气界面设置悬浮于水面的浮床浮板，在浮板上部覆盖同尺寸同形状的阴极板；在浮床浮板上设置种植篮，篮内添加基质，将挺水植物通过基质定植种植在浮床上；最后将阳极、阴极板用外导线和外电阻连接起来，形成电流回路。该方法空气中的氧气可不断补充到阴极，同时浮床上挺水植物泌氧扩散到阴极，提高系统电能输出的稳定性及植物‑沉积微生物电池对污染水体的修复性能。

技术领域

本发明涉及生态修复技术领域，特别是指一种利用植物-沉积微生物燃料电池处理污染河水的方法。

背景技术

随着近年来水体修复技术的发展，河流水体沉积物污染状况成为衡量水体水质的重要因素之一。当水体环境改变，沉积物中的污染物会释放到水体中，加重水体污染，其中底泥硫化物含量高低是衡量底泥污染状况的重要指标之一。河流底泥大多处于还原状态，存在大量厌氧微生物如硫酸盐还原菌，这些微生物将硫酸盐还原成硫化物，导致磷酸根的释放，造成内源污染。高浓度硫化物还会威胁到水体中水生生物的生存，并对植物产生毒害作用。

污染河流修复技术可分为物理修复、化学修复和生物修复。化学修复修复周期短，速度快，但是需要大量投加化学药剂，不能从根源上去除污染物，造成巨大的资金投入，可能造成二次污染；物理修复单独使用时效果不佳，对环境条件等的要求比较高，一般用作前处理措施。生物修复可以在净化污染物的同时修复生态平衡，管理维护简单，运行成本低，无二次污染，被广泛用于农业面源污染河流、湖泊的治理修复中。

微生物燃料电池(MFC)是一种能源与环境学科交叉延伸出的新领域，通过微生物呼吸作用将废水中污染物质转换成电子和质子，电子通过介质在阴阳极之间传递，形成电流，产生电能。在此基础上延伸出的沉积型微生物燃料电池(SMFC)将阳极埋进沉积物中，阴极则悬浮在水-空气界面中，SMFC取缔了MFC中的膜结构，结构简单，不需要投加电子受体，且其环境更接近自然水体，具有极大的工程潜力。

本发明在SMFC的基础上引入沉水和挺水植物，根据植物本身的新陈代谢特性作用与SMFC有机耦合形成植物-沉积微生物燃料电池(P-SMFC)，用于原位修复水体和产能，其中沉水植物的根系分泌特征与微生物的生长发育需求耦合，提高SMFC产能的稳定性；而挺水植物根系泌氧可扩散至SMFC阴极，增加阴极区的溶解氧浓度，提高SMFC对水质的修复性能，可改善底泥氧化还原电位，从而提高原位修复效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用植物-沉积微生物燃料电池处理污染河水的方法。

该方法包括步骤如下：

S1：取污染河流浅滩3-5cm深处的底泥，烘干研碎过筛后与石英砂按质量比1：1混合作为基质；

S2：在污染河流底泥下5-8cm处设置阳极，将沉水植物根系通过阳极扎根在底泥层中；

S3：在水-空气界面设置悬浮于水面的浮床浮板，在浮床浮板上部覆盖与浮床浮板同尺寸同形状的阴极板；

S4：在浮床浮板上设置种植篮，种植篮内添加S1所制的基质，将挺水植物通过基质定植种植在浮床浮板上；

S5：将S2中设置的阳极和S3中设置的阴极板用导线连接起来，形成电流回路。

其中，S5中导线上设置电阻。

S1中基质厚度为8cm，其中石英砂粒度为2-3mm，底泥过筛20-100目。

S2中沉水植物包括金鱼藻、菹草、黑藻、狐尾藻中的一种或几种。

S4中挺水植物包括野古草、大米草、水稻、水甜茅、蕹菜、菖蒲、芦苇中的一种或几种。