利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)地下水的裝置，包括在受污染地下水中設(shè)置密封的陽極室和密封的陰極室，陽極室和陰極室的室壁均開有小孔；陽極室和陰極室內(nèi)分別放置陽極電極和陰極電極；陽極電極和陰極電極分別與穩(wěn)壓電源的高電位端和低電位端相連，所述陽極電極的表面附著產(chǎn)電微生物。本實(shí)用新型可以在去除污水中的還原性有機(jī)污染物的同時(shí)獲得氫能。此外，還可以去除一些還原電位較低的Pb2+、Ni2+、氯代烴及五價(jià)鈾等污染物。
【專利說明】利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于地下水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水并同時(shí)獲得氫能或回收金屬的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]地下水作為人類寶貴的淡水資源，隨著現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了不同程度的污染問題。從上個(gè)世紀(jì)60年代開始，地下水污染逐漸加劇，于是地下水的修復(fù)技術(shù)也隨之發(fā)展起來。地下水污染修復(fù)技術(shù)包括異位修復(fù)、原位修復(fù)和監(jiān)測(cè)自然衰減技術(shù)。異位修復(fù)技術(shù)是將受污染的地下水抽出至地表再進(jìn)行處理的技術(shù)。該技術(shù)在短期內(nèi)處理量大、處理效率較高，但長(zhǎng)期應(yīng)用普遍存在著拖尾、反彈等現(xiàn)象，最終降低了處理效率，增加處理成本。監(jiān)測(cè)自然衰減技術(shù)是充分依靠自然凈化能力的修復(fù)技術(shù)，需要的修復(fù)時(shí)間很長(zhǎng)。加之地下水中污染物的種類日益增多，除有機(jī)物外，還包括重金屬、無機(jī)鹽和放射性元素等，于是地下水污染原位修復(fù)技術(shù)便以其修復(fù)徹底、處理污染物的種類多、時(shí)間相對(duì)較短、成本相對(duì)低廉等優(yōu)勢(shì)在地下水污染修復(fù)領(lǐng)域嶄露頭角。其中原位生物修復(fù)技術(shù)是指在基本不破壞土體和地下水自然環(huán)境條件下，對(duì)受污染的對(duì)象不做搬運(yùn)或運(yùn)輸，而是在原場(chǎng)所里，通過生物(特別是微生物)的作用去除地下水中污染物的方法。原位生物修復(fù)技術(shù)具有速度快、干擾小、效率高、成本低及反應(yīng)條件溫和等顯著優(yōu)點(diǎn)，已成為地下水污染原位修復(fù)的重要技術(shù)。但原位生物修復(fù)技術(shù)也存在著一些局限。例如，受污染地下水能夠被微生物原位修復(fù)的關(guān)鍵是保持相應(yīng)微生物的高活性，才能使得地下水的污染物能夠被高效的去除。
[0003]近年來，微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)技術(shù)正成為新概念廢水處理技術(shù)之一，其在對(duì)廢水處理的同時(shí)可以獲得電能。MFC技術(shù)以被用于原位修復(fù)受污染地下水(CN 102659237 A)。該方法利用陽極室的微生物將地下水中的還原性污染分解代謝去除，并利用陰極室將地下水中的氧化性污染物還原去除，同時(shí)獲得電能。此外，該方法將陰極電極置于與大氣相通的陰極室中，以克服向地下水中添加電子受體的實(shí)施難度，但是該方法中電子受體(空氣中的氧氣)是通過擴(kuò)散的方式進(jìn)入陰極室，電子受體供應(yīng)速度慢，且該電子受體在水中的溶解度低，同時(shí)在陰極電極表面易形成生物膜，從而降低了陰極反應(yīng)效率，進(jìn)而降低了污染物的去除效率。此外，該方法無法對(duì)還原電位較低的Pb2+、Ni2+、氯代烴及五價(jià)鈾(U (V))等污染物進(jìn)行去除。
[0004]微生物電解池(Microbial Electrolysis Cell, MEC)是近年迅速發(fā)展起來的一種融合了污水處理和產(chǎn)生能源的新技術(shù)，可以在對(duì)污水進(jìn)行生物處理的同時(shí)獲得不同形式的能源，作為污水處理的新工藝，引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。在MEC中無需提供電子受體(02)，從而可以避免MFC原位修復(fù)地下水污染物需向地下水中添加電子受體的問題。此外,在MFC中無法去除的一些還原電位較低的Pb2+、Ni2+、氯代烴及U (V)等污染物，可以在MEC的陰極被去除。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型提供一種利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水的裝置，以避免傳統(tǒng)原位修復(fù)受污染地下水及利用微生物燃料電池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水需向地下水中添加電子受體的問題，同時(shí)可以去除利用微生物燃料電池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水方法中無法去除的一些還原電位較低的Pb2+、Ni2+、氯代烴及U (V)等污染物。
[0006]為解決上述問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]本實(shí)用新型利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水的裝置，其特征在于:在受污染地下水中設(shè)置密封的陽極室和密封的陰極室，陽極室和陰極室的室壁均開有小孔；陽極室和陰極室內(nèi)分別放置陽極電極和陰極電極；將穩(wěn)壓電源的高電位端和低電位端分別連接陽極電極和陰極電極；使受污染地下水通過陽極室和陰極室室壁的小孔流經(jīng)陽極室和陰極室內(nèi)的陽極電極和陰極電極，污水中的還原性有機(jī)污染物作為附著在陽極電極表面的產(chǎn)電微生物的代謝底物而被降解去除，同時(shí)在電輔助下，陽極電極表面產(chǎn)電微生物代謝有機(jī)污染物產(chǎn)生的H+和電子遷移到陰極室，并在陰極電極表面結(jié)合產(chǎn)生H2。此外，地下水中的氧化還原電位較低的一些氧化性污染物在陰極電極表面被還原而去除。
[0008]所述陽極電極材料為碳布、石墨氈、網(wǎng)狀玻璃碳、石墨或碳纖維刷。
[0009]所述陰極電極材料為Pt修飾的碳布、石墨氈、石墨或碳纖維刷，或者是鉛和銅。
[0010]所述的陽極電極表面產(chǎn)電微生物的富集是通過向已建好的陽極室注入?yún)捬趸钚晕勰嗪腿コ鯕馀囵B(yǎng)基混合物，通過一段時(shí)間的運(yùn)行微生物電解池產(chǎn)生的電流最大、且穩(wěn)定，為陽極電極表面充分附著了產(chǎn)電微生物。
[0011]所述的陰極電極的電位控制為-0.5疒-2.0 V，所述的穩(wěn)壓電源的直流輸出電壓為-2.0V?2.0V。
[0012]可采用本實(shí)用新型裝置原位修復(fù)的污染物包括在陽極室中的還原性污染物苯酚所述的和/或苯，在陰極室中的氧化還原電位較低的氧化性污染物硝基苯類化合物污染和/或氯代烴污染和/或IX V)污染和/或Pb2+污染和/或Ni2+污染和/或低濃度Cu2+污染。
[0013]對(duì)于修復(fù)還原性污染物苯酚和/或苯污染的地下水，使受污染地下水先流經(jīng)陽極室；對(duì)于修復(fù)氧化性污染物硝基苯類化合物和/或氯代烴和/或U (V)和/或Pb2+和/或Ni2+和/或低濃度Cu2+污染的地下水，使受污染地下水先流經(jīng)陰極室；對(duì)于被還原性污染物和氧化性污染物同時(shí)污染的地下水，將陽極室和陰極室同時(shí)設(shè)置在垂直于受污染地下水流向的同一截面上，并使污染的地下水首先流經(jīng)陰極室，然后再流經(jīng)陽極室。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的微生物電解池陽極去除還原性污染物的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2的微生物電解池陰極去除氧化還原電位較低的CHCl3氧化性污染物的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下通過具體實(shí)施例，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的微生物電解池陽極去除還原性污染物的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例是利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)受苯酚污染地下水，具體按以下順序和步驟進(jìn)行操作:
[0019](I)在受污染地下水區(qū)域的地面下原位構(gòu)建微生物電解池
[0020]首先在受污染地下水區(qū)域的地面鉆兩個(gè)相距一定距離的圓柱形的洞，將底端密封、管壁開孔的兩根聚氯乙烯管分別放入到圓柱形洞中構(gòu)成陽極室I和陰極室6 ;將碳纖維刷陽極電極2放入到聚氯乙烯管構(gòu)成的陽極室I中，陽極電極2通過密封蓋3上的孔、經(jīng)導(dǎo)線4與穩(wěn)壓電源5的高電位相連；將碳纖維刷陰極電極7放入到聚氯乙烯管構(gòu)成的陰極室6中，陰極電極7通過密封蓋8上的孔、經(jīng)導(dǎo)線9與穩(wěn)壓電源5的低電位相連；在陽極室2的上端設(shè)計(jì)有進(jìn)樣管10，在陰極室6的上端設(shè)計(jì)有氣體收集管11。
[0021](2)陽極電極表面產(chǎn)電微生物的富集
[0022]以污水處理廠的厭氧活性污泥為接種物，人工配制的模擬廢水為培養(yǎng)基，純氮?dú)獬鯕夂蟀?:9 (v/v)的比例通過進(jìn)樣管10接種到微生物電解池的陽極室I富集陽極產(chǎn)電微生物。微生物電解池為批次操作，每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后按上述比例加入接種物與培養(yǎng)基的混合液。穩(wěn)壓電源的電壓固定為-0.9V，定期對(duì)微生物電解池的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，待微生物電解池的電流最大且穩(wěn)定后，認(rèn)為在陽極電極I的表面充分附著了產(chǎn)電微生物。
[0023]表1模擬人工廢水基液組成及含量
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水的裝置，其特征在于:包括在受污染地下水中設(shè)置的密封的陽極室和密封的陰極室，陽極室和陰極室的室壁均開有小孔；陽極室和陰極室內(nèi)分別放置陽極電極和陰極電極；陽極電極和陰極電極分別與穩(wěn)壓電源的高電位端和低電位端相連；所述陽極電極的表面附著產(chǎn)電微生物。
2.如權(quán)利要求1所述的利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水的裝置，其特征在于:所述陽極電極材料為碳布、石墨氈、網(wǎng)狀玻璃碳、石墨或碳纖維刷。
3.如權(quán)利要求1所述的利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水的裝置，其特征在于:所述陰極電極材料為Pt修飾的碳布、石墨氈、石墨或碳纖維刷，或者是鉛和銅。
4.如權(quán)利要求1所述的利用微生物電解池技術(shù)原位修復(fù)受污染地下水的裝置，其特征在于:在陽極室的上端設(shè)置有進(jìn)樣管，在陰極室的上端設(shè)置有氣體收集管。
【文檔編號(hào)】C02F3/00GK203768095SQ201420151230
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】蔣海明, 司萬童, 李俠, 張金山 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)