[实用新型]一种用于河道水质提升的新型微生物燃料电池

说明书

一种用于河道水质提升的新型微生物燃料电池，包括漂浮于水体中的反硝化三维阴极、放置在沉积物中的三维阳极、导线和可变电阻，通过所述导线将反硝化三维阴极、三维阳极以及可变电阻串联起来形成一个回路，所述的反硝化三维阴极与浮体结构连接。本实用新型提供的用于河道水质提升的可移动、运行过程能耗低的新型微生物燃料电池，该新型微生物燃料电池利用河道中沉积物和水体中分别含有较高的氨氮和硝态氮的特点，通过在沉积物中放置高比表面积的阳极作为电子受体，在水体中放置高反硝化性能的阴极接收氨氮氧化的电子作为反硝化的电子供体，进行污染水体的无动力原位修复。

技术领域

本实用新型涉及水体污染治理装置技术领域，尤其是涉及一种用于河道水质提升的新型微生物燃料电池

背景技术

由于人类活动的加剧，工业污水、城市生活污水和农业污水中的大量氮、磷和有机污染物等不断地进入自然水生态系统。这些污染物的不断积累会超出生态系统的承载能力，从而导致水体富营养化，严重威胁了污染水体附近的人群健康以及生态的稳定性和多样性，制约着社会经济的可持续发展。

氮在水生态系统中的迁移与转化是一个十分复杂的生物化学过程，涉及到系统中的沉积物、水生动植物和微生物等。沉积物是水体中污染物的库和源，大量的含氮有机质沉积在沉积物中，在厌氧和缺氧的状态下转化为氨氮，不仅会造成水体黑臭现象，而且会对水生植物的根部造成毒害，影响水生植物的生长。而在水体中，则因为与大气的交换复氧作用，水体中硝态氮的含量一般较高。在水环境的治理过程中，对水体中氮的脱除是非常重要的。但目前在水环境治理中常采用水体曝气等方法进行治理，其对沉积物中的氨氮和有机质并不能进行高效去除，且能耗较高。沉积物中的氨氮和有机质则因为缺乏充足的电子受体而不能得到有效降解，而水体中的硝态氮又因为缺乏充足的电子供体而不能进行有效的脱氮反应，造成水环境中氮的积累。

实用新型内容

针对现有技术的不足和缺陷，本实用新型的技术目的在于提供一种用于河道水质提升的可移动、运行过程能耗低的新型微生物燃料电池，该新型微生物燃料电池利用河道中沉积物和水体中分别含有较高的氨氮和硝态氮的特点，通过在沉积物中放置高比表面积的阳极作为电子受体，在水体中放置高反硝化性能的阴极接收氨氮氧化的电子作为反硝化的电子供体，进行污染水体的无动力原位修复。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种用于河道水质提升的新型微生物燃料电池，其包括漂浮于水体中的反硝化三维阴极、放置在沉积物中的三维阳极、导线和可变电阻，通过所述导线将反硝化三维阴极、三维阳极以及可变电阻串联起来形成一个回路，所述的反硝化三维阴极与浮体结构连接。

进一步地，所述的浮体结构与反硝化三维阴极连接，使反硝化三维阴极悬浮于水面以下的水体中。

进一步地，所述的三维阳极为生物质炭与阳极多孔碳纤维组成的三维电极结构。

进一步地，所述的三维阳极的制备方法为：将生物质炭粉碎后过50-300目筛，获取颗粒生物质炭；利用50-300目尼龙网将颗粒生物质炭包裹，然后将连接有导线的多孔碳纤维电极插入其中。

进一步地，所述的反硝化三维阴极为固定有反硝化菌的生物质炭与阴极多孔碳纤维组成的三维电极结构。

进一步地，所述的反硝化三维阴极的制备方法为：

(1)固定有反硝化菌的生物质炭制备：将反硝化菌培养后制备反硝化菌悬液，将生物质炭材料浸泡在反硝化菌悬液中24-48h，过滤得到固定有反硝化菌的生物质炭；

(2)反硝化三维阴极的制备：利用50-300目尼龙网将固定有反硝化菌的生物质炭包裹，然后将连接有导线的多孔碳纤维电极插入其中。

进一步地，所述的导线是钛丝、铜丝或铝丝材质的导线。

本实用新型同时提供了一种新型微生物燃料电池在同时去除沉积物中氨氮和有机质污染物及水体中硝态氮的应用。