一種受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微生物燃料電池及廢棄生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種受污染水體 中黑臭底泥資源化處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在社會(huì)每年的能量需求十分巨大，而該些能量大部分來(lái)自于化石燃料的燃燒， 主體為煤、石油和天然氣，該些均是不可再生資源。目前，在該些資源中有很大一部分是用 來(lái)發(fā)電，事實(shí)上該些資源發(fā)電的效率不到50%。如果人類(lèi)繼續(xù)大量使用該類(lèi)燃料，在不久的 將來(lái)隨著該些燃料的儲(chǔ)備不足，人類(lèi)將面臨嚴(yán)峻的能源短缺問(wèn)題。因而，開(kāi)發(fā)新能源是一件 亟待解決的問(wèn)題。
[0003] 隨著城市的發(fā)展，人們生活和生產(chǎn)產(chǎn)生的污染物越來(lái)越多，大量的污染物被排入 城市水體，從而導(dǎo)致水體污染急劇增加，生態(tài)平衡遭到破壞，水體發(fā)黑發(fā)臭，城市水體出現(xiàn) 大量黑臭底泥，破壞城市景觀且其產(chǎn)生的氣味嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量。黑臭底泥渺積，還 致使魚(yú)類(lèi)等水生物死亡，破壞水體自?xún)裟芰蜕鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。目前，黑臭底泥處理主要采 取底泥清渺、底泥固化、引水沖渺，黑臭底泥處置主要為脫水填埋。該些方法處理成本高，同 時(shí)占地面積大，隨著全球范圍內(nèi)對(duì)城市環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的日益重視，該些治理方法也面臨巨 大的挑戰(zhàn)。
[0004] 在國(guó)內(nèi)城市黑臭底泥治理部分已完工的項(xiàng)目中，其河床有的用混凝±誘鑄而成， 有的用石頭、鶴卵石鋪墊，此法雖可減少河水及±壤中的污染物滲入河體，但混凝±、石頭 W及鶴卵石無(wú)吸附污染物的能力、也不適宜于生物生長(zhǎng)，削弱了水體的自?xún)裟芰?。大量污?涌向外河，加劇了水資源的污染，增加了飲用水的治污成本。而引水沖污等方式更是花費(fèi)巨 大，成本高昂，且不能從根本上解決內(nèi)河污染問(wèn)題。
[0005] 近年來(lái)，W生物電化學(xué)為理論基礎(chǔ)的微生物燃料電池得到國(guó)內(nèi)外研究者的熱切關(guān) 注。該技術(shù)具有凈化污水并獲取生物電能的雙重功能，該是污水污泥治理技術(shù)理念的重大 革新，必將贏取更多關(guān)注。微生物燃料電池是利用厭氧或兼性微生物的催化作用，在氧化有 機(jī)物、無(wú)機(jī)物的過(guò)程中提取電子并將其轉(zhuǎn)移至電極上，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的新技術(shù)，可 W把未經(jīng)處理的污水轉(zhuǎn)變成干凈用水和電源。
[0006] 如果對(duì)內(nèi)河黑臭底泥采取變廢為寶的措施，W添加有益微生物菌群的黑臭底泥為 底物的燃料電池將具有十分重要的實(shí)際意義和可行性。一是內(nèi)河水質(zhì)改善；二是內(nèi)河的底 泥黑臭問(wèn)題得W解決；=是微生物燃料電池產(chǎn)電能力方面具有很大的提升空間，待技術(shù)成 熟，其產(chǎn)生的電量可用于城市供電，緩解城市用電緊張等問(wèn)題。因此W黑臭底泥為底物的生 物燃料電池是一項(xiàng)"一舉=得"的技術(shù)手段。生物燃料電池自身潛在的優(yōu)點(diǎn)使人們對(duì)它的 發(fā)展前景看好，如果能充分利用內(nèi)河黑臭底泥，將大大緩解內(nèi)河污染帶來(lái)的城市發(fā)展問(wèn)題， 帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的受污染水體中黑臭污泥未得到有效處置，提供一種 受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法。通過(guò)在黑臭污泥中添加有益菌群構(gòu)建沉積型微 生物燃料電池，使得黑臭底泥變廢為寶，具有產(chǎn)電的前景，具備巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
[000引為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法；W黑臭底泥、EM菌作為陽(yáng)極底物，W河水或抑=7的磯酸鹽緩沖液作為陰極電解液，石墨板或碳纖維布作為電極材料；外電路由 銅導(dǎo)線(xiàn)和可變電阻連接而成；構(gòu)建沉積型微生物燃料電池。陽(yáng)極微生物菌群在吸附降解黑 臭底泥中的有機(jī)物和臭味物質(zhì)的同時(shí)產(chǎn)生電子，電子通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)傳輸?shù)疥帢O，陰極中的溶解 氧接受電子產(chǎn)生水；EM菌的作用是對(duì)黑臭底泥進(jìn)行除臭化及降解底泥中的有機(jī)物。
[0009] 所述的受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法：在黑臭底泥中添加EM菌，EM菌 投入后與底泥充分混合，EM菌的投加量為陽(yáng)極底物體積的0. 5% ~ 2. 5%。
[0010] 所述的EM菌為EM菌原液。
[0011] 陽(yáng)極底物與陰極電解液的體積比為1:1 ~ 2:1。
[0012] 陰極石墨極板懸浮于陰極電解液與空氣交界面處。
[0013] 所述的外電路電阻為300Q- 1000Q。
[0014] 所述的沉積型微生物燃料電池：外電阻為500Q時(shí)，在外電路的電壓降到50mV 時(shí)，完成陽(yáng)極黑臭底泥的處理，同時(shí)完成一個(gè)產(chǎn)電周期。
[0015] 石墨電極可用碳布進(jìn)行替換。
[0016] 該微生物燃料電池的工作原理為陽(yáng)極微生物菌群在吸附降解黑臭底泥中的有機(jī) 物和臭味物質(zhì)的同時(shí)產(chǎn)生電子，電子通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)傳輸?shù)疥帢O。具體反應(yīng)式為： 陰極；6〇2+24e-+24H+- 12H20 ; 陽(yáng)極；CeHi2〇6+6H2〇 - 6C〇2+24e-+24H+; 所述的石墨電極與銅導(dǎo)線(xiàn)之間通過(guò)鐵絲穿孔連接，陽(yáng)極極板埋入黑臭底泥中，陰極極 板懸浮于陰極液與空氣交界處。本發(fā)明中所設(shè)及的EM菌除去對(duì)底泥進(jìn)行除臭的作用外，還 可W與產(chǎn)電菌共同作用降解黑臭底泥中的有機(jī)物。EM菌作為一種復(fù)合微生物制劑，含有10 個(gè)屬80多種微生物，通過(guò)發(fā)酵合成，復(fù)合發(fā)酵使廢棄污物、污泥中可生物降解的有機(jī)物和 臭味物質(zhì)等基本消除。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于： 1) 本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)黑臭污泥中有機(jī)物去除與除臭的同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)電，具有成本低廉、過(guò)程 環(huán)保、反應(yīng)條件溫和易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，克服了原有對(duì)內(nèi)河治理"治標(biāo)不治本"且成本高的缺 陷； 2) 本發(fā)明構(gòu)建的微生物燃料電池將黑臭底泥中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，產(chǎn)電能力方面具有 很大的提升空間，待技術(shù)成熟，其產(chǎn)生的電量可用于城市供電，緩解城市用電緊張等問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[001引圖1是本發(fā)明的沉積型微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1、河水或抑=7的磯酸 鹽緩沖液；2、陽(yáng)極底物；3、陰極極板；4、陽(yáng)極極板；5、外電阻；6、電表及數(shù)字采集裝置；7、 燃料電池反應(yīng)器； 圖2為微生物燃料電池運(yùn)行時(shí)的極化曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明用下列實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下列實(shí) 施例。
[0020] 實(shí)施例1 構(gòu)建沉積型微生物燃料電池：如圖1所示，試驗(yàn)組，陽(yáng)極為取自福州市某內(nèi)河的黑臭底 泥800mU加入EM菌原液4mU充分混合后，埋入石墨板作為陽(yáng)極極板，靜置待污泥沉淀后緩 緩倒入抑=7的磯酸鹽緩沖液800mU待液面平穩(wěn)將陰極極板懸浮于水面與空氣交界面。其 中磯酸鹽緩沖液作為陰極電解液，石墨板規(guī)格為lOOmmX100mm，石墨板與導(dǎo)線(xiàn)用鐵絲相連， 試驗(yàn)在室溫中進(jìn)行。對(duì)照組陽(yáng)極中不添加EM菌，其他試驗(yàn)條件與試驗(yàn)組完全相同。
[0021] 經(jīng)過(guò)短短3天運(yùn)行后，試驗(yàn)結(jié)果如下所示： 表1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法，其特征在于：以黑臭底泥、EM菌作 為陽(yáng)極底物，以河水或pH=7的磷酸鹽緩沖液作為陰極電解液，石墨板或碳纖維布作為電極 材料；外電路由銅導(dǎo)線(xiàn)和可變電阻連接而成；構(gòu)建沉積型微生物燃料電池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法，其特征在于：在 黑臭底泥中添加 EM菌，EM菌投入后與底泥充分混合，EM菌的投加量為陽(yáng)極底物體積的0. 5% ~ 2. 5%〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法，其特征在于：所 述的EM菌為EM菌原液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法，其特征在于：陽(yáng) 極底物與陰極電解液的體積比為I: I ~ 2:1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法，其特征在于：陰 極石墨極板懸浮于陰極電解液與空氣交界面處。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法，其特征在于：所 述的外電路電阻為300 Ω - 1000 Ω。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法，其特征在于：所 述的外電路電阻為500Ω時(shí)，在外電路的電壓降到50 mV時(shí)，完成陽(yáng)極黑臭底泥的處理，同 時(shí)完成一個(gè)產(chǎn)電周期。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于微生物燃料電池及廢棄生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種受污染水體中黑臭底泥資源化處理的方法。以黑臭底泥、EM菌作為陽(yáng)極底物，以河水或pH=7的磷酸鹽緩沖液作為陰極電解液，石墨板或碳纖維布作為電極材料；外電路由銅導(dǎo)線(xiàn)和可變電阻連接而成；構(gòu)建沉積型微生物燃料電池。該處理方法使受污染水體中的底泥黑臭問(wèn)題得到了解決，產(chǎn)電能力方面也具有很大的提升空間。
【IPC分類(lèi)】C02F11-02, C02F101-30, H01M8-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104829076
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510223029
【發(fā)明人】范功端, 林茹晶, 辛懷佳, 羅靜, 林茜, 陳麗茹, 蘇昭越, 江雪
【申請(qǐng)人】福州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月5日