一种有机物污染土壤原位修复的土壤微生物燃料电池装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种有机物污染土壤原位修复的土壤微生物燃料电池装置，包括膜阴极和阳极，膜阴极和阳极之间通过导线连接，膜阴极外边缘设有隔水板。本实用新型专利技术的土壤微生物燃料电池装置，膜阴极外边缘设有隔水板，这样可以形成一个空腔，提供足够的浮力，使得膜阴极可漂浮在水面上，其两面分别充分与大气和水相接触，其阳极埋于土壤中，可以方便地安装在淹水土壤中，就地利用淹水土壤中的有机污染物为燃料，进行氧化降解，生成CO2和水等无害物质，实现土壤的原位修复。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种微生物电池装置，特别涉及一种可原位修复有机物污染土壤的土壤微生物燃料电池装置。
技术介绍
由于污水灌溉、垃圾填埋等人为活动等影响，土壤往往受到苯酚、石油烃类等有机物污染。而在淹水土壤环境中，氧气缺乏，微生物难以进行好氧呼吸，这些有机污染物不能快速降解，日积月累，对环境潜在危害风险不断增加。在目前土壤污染修复技术中，主要分为原位修复和客土法。客土法见效快，但易造成二次污染。土壤原位修复可避免二次污染问题，近年来受到强烈关注。微生物厌氧呼吸是土壤有机污染物降解的重要途径，但往往由于缺乏合适的电子受体，有机污染物降解转化过程受到抑制。往有机物污染土壤中添加铁氧化物、硝酸盐、硫酸盐等电子受体能够促进酚类等有机污染物氧化降解，但由于这些电子受体在土壤厌氧环境下很快被还原，不具备可持续性。氧气是一种良好氧化剂，但氧在水中溶解度低，且通氧耗时费力，经济效益差。微生物燃料电池(MFC)是能将生物质在阳极氧化，同时将电子传递至阴极电子受体进行还原的装置，具备产电和有机物处置双重功效。自然界中广泛存在具有将代谢活动产生的电子传递至电极功能的微生物，因而MFC燃料种类广泛，市政污水、工厂排放的有机废水、人畜粪便等均可以作为MFC燃料，其中包括苯酚、石油烃类等有机污染物。MFC的电极作为电子受体为促进有机污染物氧化提供了一个新的思路，即插入电极作为低成本、易维护电子接收体，将微生物氧化有机物产生的电子通过阳极和外电路传递至阴极和氧反应，加快阳极有机污染物的氧化降解。MFC利用有机物作为燃料的工作原理为苯酚、石油烃类等有机物在厌氧阳极室被具有电化学活性的微生物厌氧氧化，产生的电子被微生物传递至电池阳极，再通过外电路到达阴极，从而在外电路产生电流，而阳极室质子则到达阴极，与氧等氧化剂反应生成水，从而构成一个完整回路。在MFC研究中，经久耐用的MFC阳极材料主要是碳毡和石墨等炭质材料，吸附有机物能力强，土壤中有机污染物可被吸附于阳极之上，特别是苯酚等可溶性有机污染物，在土壤淹水环境中，往往以离子形态存在，流动性较强，更易吸附于阳极上从而被电极上的微生物利用。利用MFC原位降解土壤有机污染物方法的关键步骤之一是对MFC构型进行设计， 使得阳极微生物氧化有机物污染物产生的电子通过阳极和外电路到达阴极，和氧反应，产生类似好氧反应，从而加快淹水土壤有机污染物降解和转化。目前，MFC主要分为单室型(空气阴极)和双室型两种类型。双室MFC比单室MFC 结构复杂，需要阴极有较多氧气以便提高阴极反应速率，而单室MFC结构相对简单，MFC性能改善相对较便利，提高电池输出功率潜力较大，有利于可溶酚类有机污染物降解，两者在产电、污染物降解转化等具体应用上各有千秋，均有很大提升空间。CN1874040A公开了一种处理有机废水的单池式生物燃料电池，而CN1364146A则公开了一种处理废水和活性污泥的双池式生物燃料电池，但它们均是实验室规模的单体电池。另外，CN101315985A公开了一种微生物燃料电池堆，它提供了一种共阳极燃料的多级串/并联的MFC电池堆，解决了燃料统一进/出的问题，解决了微生物燃料电池扩展与放大的问题。然而，该装置只适合以含固率低、流动性好的液态或浆状有机废弃物为燃料，燃料通过泵输入电池堆阳极室，经生物氧化去除COD后，至另一端流出。值得注意的是，上述的微生物燃料电池装置不适合处理土壤有机污染物，原因是 1)淹水土壤难以抽吸或泵入MFC阳极室，也达不到污染土壤原位处理和修复的目的；2)淹水土壤颗粒物容易造成堵塞。另外，CN101615685A公开了一种MFC装置，利用向底泥中插入MFC，进行底泥原位削减同时微生物产电。然而，这种类型MFC并未阐明其是否能进行污染土壤有机物快速降解和转化，而在目前现有文献和专利中，也未见利用插入MFC电极技术原位治理有机物污染土壤的报道。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可原位修复有机物污染土壤的土壤微生物燃料电池装置。本技术所采取的技术方案为一种有机物污染土壤原位修复的土壤微生物燃料电池装置，包括膜阴极和阳极， 膜阴极和阳极之间通过导线连接，膜阴极外边缘设有隔水板。作为本技术的进一步改进，膜阴极上方设有挡水板，挡水板和隔水板形成的空腔设有与大气相通的透气道。作为本技术的进一步改进，透气道上设有筛网。作为本技术的进一步改进，膜阴极下方设有滤网。作为本技术的进一步改进，膜阴极下方固定有浮块。本技术的土壤微生物燃料电池装置，膜阴极外边缘设有隔水板，这样可以形成一个空腔，提供足够的浮力，使得膜阴极可漂浮在水面上，其两面分别充分与大气和水相接触，其阳极埋于土壤中，可以方便地安装在淹水土壤中，就地利用淹水土壤中的有机污染物为燃料，进行氧化降解，生成(X)2和水等无害物质，实现土壤的原位修复。膜阴极上方设有挡水板，挡水板和隔水板形成的空腔设有与大气相通的透气道。 可以有效避免积水，保证膜阴极负载的催化剂充分与空气接触，保证催化效率。透气道上设有筛网，可有效地避免昆虫、杂物等进入，避免了杂物对膜阴极的影响。膜阴极下方设有滤网，同样可以避免污物覆盖膜阴极的接水面，影响电极性能。膜阴极下方固定有浮块，可进一步提供一定的浮力。附图说明图1是本技术的结构示意图。图2是本技术膜阴极的结构示意图。图3是本技术降解苯酚的实际效果图。具体实施方式以下结合附图，进一步说明本技术。参照图1、图2，一种有机物污染土壤原位修复的土壤微生物燃料电池装置，包括膜阴极2和阳极1，膜阴极2和阳极1之间通过导线连接，膜阴极2外边缘设有隔水板3。作为本技术的进一步改进，膜阴极2上方设有挡水板4，挡水板4和隔水板3 形成的空腔设有与大气相通的透气道5。作为本技术的进一步改进，透气道5上设有筛网6。作为本技术的进一步改进，膜阴极2下方设有滤网7。作为本技术的进一步改进，膜阴极2下方固定有浮块8。本技术的土壤微生物燃料电池装置，膜阴极外边缘设有隔水板，这样可以形成一个空腔，提供足够的浮力，使得膜阴极可漂浮在水面上，其两面分别充分与大气和水相接触，其阳极埋于土壤中，可以方便地安装在淹水土壤中，就地利用淹水土壤中的有机污染物为燃料，进行氧化降解，生成(X)2和水等无害物质，实现土壤的原位修复。膜阴极上方设有挡水板，挡水板和隔水板形成的空腔设有与大气相通的透气道。 可以有效避免积水，保证膜阴极负载的催化剂充分与空气接触，保证催化效率。透气道上设有筛网，可有效地避免昆虫、杂物等进入，避免了杂物对膜阴极的影响。膜阴极下方设有滤网，同样可以避免污物覆盖膜阴极的接水面，影响电极性能。膜阴极下方固定有浮块，可进一步提供一定的浮力。将本技术的土壤微生物燃料电池的阳极埋入固定体积的淹水土壤中，人为调节淹水土壤初始苯酚含量至80 mg/L,设置不用MFC处理为空白，埋入MFC阳极但开路状态作为对照。如图3所示，经过两天，空白处理中苯酚含量下降了不到5 mg/L，而对照处理下降了约50%，而电池正常运行2天状态下，土壤苯酚已经下降至约25 mg/L。另外，经过10 天处理，空白处理中苯酚下降了约12%，对照中下降了约35%，而正常运行电池处理中，土壤苯酚几乎已经全部降解转化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种有机物污染土壤原位修复的土壤微生物燃料电池装置，包括膜阴极和阳极，膜阴极和阳极之间通过导线连接，其特征在于：膜阴极外边缘设有隔水板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄德银，周顺桂，陈青，
申请(专利权)人：广东省生态环境与土壤研究所，
类型：实用新型
国别省市：81