[发明专利]一种生物炭耦合生物电化学的土壤修复系统和方法

说明书

本发明公开了一种生物炭耦合生物电化学的土壤修复系统和方法，所述土壤修复系统包括生物电化学反应器和用于与待修复土壤混合的生物炭；所述生物电化学反应器包括用于盛放待修复土壤的反应容器、用于插入待修复土壤的电极和电化学工作站；所述电极包括工作电极、辅助电极和参比电极，所述工作电极、辅助电极和参比电极与电化学工作站电连接。该生物炭耦合生物电化学的土壤修复系统，适合土壤的原位修复，减少了物化修复法带来的二次污染的环境风险，缩短了污染物降解周期，同时提高土壤污染物降解的有效降解半径，而且设备成本较低、能耗较低，可广泛应用于持久性有机污染土壤的原位修复。

技术领域

本发明涉及土壤原位修复技术领域，更具体地，涉及一种生物炭耦合生物电化学的土壤修复系统和方法。

背景技术

工业化和农业种植集约化过程产生的有机物在挥发、吸附、解吸及淋滤等作用下发生迁移，对土壤环境造成污染。持久性有机污染物因其具有高毒性、不易分解且残效期长、残留量高，现已成为全球土壤环境保护关注的热点。持久性有机物主要分为杀虫剂、工业化学品(如多氯联苯)和生产过程中产生的副产品(如二噁英)三大类。现阶段已由最初12种污染物增至29种，且还在逐步增加。土壤及沉积物是持久性有机污染物主要的蓄积库，因其具有亲脂性，因此极易被生物富集并不断积累，通过食物链(网)传递，最终进入人体，对生态系统和人体健康造成威胁。因此迫切需要采取有效措施，对持久性有机污染土壤进行修复。

微生物修复技术是利用微生物对环境污染物的吸收、代谢、降解等功能，加速去除环境中污染物的过程，是当前持久性有机污染物处理的趋势。土壤生物电化学系统是在土壤或沉积物体系中，利用微生物为催化剂，进行阳极氧化和(或)阴极还原的生物电化学技术。土壤生物电化学系统已被证明能有效去除土壤或沉积物中持久性有机污染物，包括苯酚、六氯苯、多环芳烃、林丹等。其固体电极可作为电活性微生物终端电子受体或供体，避免了昂贵化学修复剂的使用，为持续的土壤或沉积物污染的生物修复提供可能。但与水生环境相比，土壤或沉积物的内阻较大，限制了电极-微生物-污染物之间的电子传递，阻碍了污染物的降解。土壤生物电化学系统中电活性微生物有限被富集在电极表面，导致了其对污染物的去除只在距电极表面几厘米的范围内有效。

因此，对于扩大土壤生物电化学系统的实际应用，增加有效降解半径是亟待解决的问题。

发明内容

本发明为克服上述现有所述的技术土壤生物电化学系统有效降解半径较短的缺陷，提供一种生物炭耦合生物电化学的土壤修复系统，所述土壤修复系统能够显著加快土壤修复速度，并增加有效降解半径，设备成本较低、能耗较低，可广泛应用于持久性有机污染土壤的原位修复。

本发明的另一目的在于提供一种生物炭耦合生物电化学的土壤修复方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种生物炭耦合生物电化学的土壤修复系统，包括生物电化学反应器和用于与待修复土壤混合的生物炭；

所述生物电化学反应器包括用于盛放待修复土壤的反应容器、用于插入待修复土壤的电极和电化学工作站；所述电极包括工作电极、辅助电极和参比电极，所述工作电极、辅助电极和参比电极与电化学工作站电连接。

原理：

厌氧的土壤环境中，微生物以持久性有机污染物作为电子供体或受体，对其进行还原或氧化，这个过程被称为微生物的胞外呼吸过程。在土壤生物电化学系统中，电极不断地给微生物提供电子或接受来自微生物释放的电子，加速其胞外呼吸过程。生物炭具有良好的电化学活性，当生物炭输入至土壤后，势必会增强土壤导电性，从而促进土壤导电网络的形成，从而增加有效降解半径。因此，生物炭耦合生物电化学系统通过加速电子的产生—传输过程，进而加速微生物的胞外呼吸过程，实现土壤污染物的原位修复。