一種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池，包括電池筒，電池筒一端由外至內(nèi)分別設(shè)有外接套管接口、電池陰極電極和地下水出口篩網(wǎng)，另一端由外至內(nèi)分別設(shè)有電池陽(yáng)極電極和地下水入口篩網(wǎng)，電池筒內(nèi)沿垂直方向設(shè)有一導(dǎo)入管，位于電池陰極電極一側(cè)的導(dǎo)入管的上部伸出電池筒外側(cè)形成空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)入口，導(dǎo)入管的下端設(shè)有空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)出篩網(wǎng)，電池筒內(nèi)中部沿水平方向設(shè)有質(zhì)子交換膜。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種修復(fù)被石油類(lèi)等易降解有機(jī)污染物污染地下水的裝置，具體地說(shuō)是一種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，地下水污染修復(fù)技術(shù)主要有原位化學(xué)氧化技術(shù)、滲透性反應(yīng)墻、微生物修復(fù)技術(shù)(包括微生物刺激技術(shù)和自然降解)等。
[0003]原位化學(xué)氧化技術(shù)將化學(xué)氧化劑投送到目標(biāo)修復(fù)區(qū)域后通過(guò)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使地下水或土壤中的污染物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒或者毒性較小物質(zhì)。滲透性反應(yīng)柵欄技術(shù)是借助充填于墻內(nèi)的針對(duì)不同污染物的反應(yīng)材料與反應(yīng)物接觸，達(dá)到污染物去除的目的。微生物刺激技術(shù)通過(guò)向污染區(qū)注入微生物新陳代謝所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等提高微生物的新陳代謝以達(dá)到提高微生物降解污染物的速率的目的。自然降解則是在自然條件下讓微生物降解污染物。
[0004]上述地下水修復(fù)技術(shù)中，原位化學(xué)氧化技術(shù)的藥劑成本較高，且修復(fù)效果受到氧化劑的穩(wěn)定性、氧化能力以及地下水含水層的水文地質(zhì)條件的限制；滲透性反應(yīng)墻需要開(kāi)挖土壤填埋滲透性反應(yīng)墻，體積較大，實(shí)際應(yīng)用時(shí)不夠靈活且成本較高。
[0005]微生物修復(fù)技術(shù)以微生物的新陳代謝為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)有毒有害物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化或者降解使其成為無(wú)毒或者毒性較低的物質(zhì)，從而達(dá)到治理環(huán)境的目的。微生物修復(fù)技術(shù)在處理環(huán)境污染物方面具有方法簡(jiǎn)單、消耗低、成本低、反應(yīng)條件溫和、修復(fù)效果好等特點(diǎn)。
[0006]但在自然條件下，微生物降解地下水中的污染物受到碳源(污染物)、電子受體(如02，N03_、S042_等)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(N，P、K等)、自然環(huán)境(pH、溫度、鹽度等)等因子的制約，使得自然條件下微生物降解污染物的效率大大降低，需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。在地下水環(huán)境中，當(dāng)污染物低于一定的濃度時(shí)，生物由于自身新陳代謝所需的能量得不到補(bǔ)充，微生物降解污染物就會(huì)受到抑制甚至停止；同時(shí)，如果污染物濃度過(guò)高，污染地下水中的電子受體在消耗完后由于得不到補(bǔ)充，污染物的降解也受到抑制。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池，解決上述的問(wèn)題。
[0008]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池，包括電池筒，其特征是，電池筒一端由外至內(nèi)分別設(shè)有外接套管接口、電池陰極電極和地下水出口篩網(wǎng)，另一端由外至內(nèi)分別設(shè)有電池陽(yáng)極電極和地下水入口篩網(wǎng)，電池筒內(nèi)沿垂直方向設(shè)有一導(dǎo)入管，位于電池陰極電極一側(cè)的導(dǎo)入管的上部伸出電池筒外側(cè)形成空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)入口，導(dǎo)入管的下端設(shè)有空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)出篩網(wǎng)，電池筒內(nèi)中部沿水平方向設(shè)有質(zhì)子交換膜。
[0009]所述的電池筒內(nèi)填充有玻璃球。
[0010]所述的玻璃球直徑為2mm。[0011]所述的電池陰極電極和電池陽(yáng)極電極之間還連接有銅導(dǎo)線，銅導(dǎo)線上連接有指示燈。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:通過(guò)裝置在兩端的電極、裝置內(nèi)部的質(zhì)子交換膜、外接電路等，構(gòu)成一個(gè)完整的微生物燃料電池單元。微生物燃料電池本身，以及鼓入的空氣中的氧氣和微生物新陳代謝所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在刺激微生物新陳代謝的同時(shí)也加速了地下水中污染物的降解速度。微生物燃料電池產(chǎn)生的電流可通過(guò)外接電路中的指示燈指示微生物降解污染物的活動(dòng)是否正在進(jìn)行，給人直觀的判斷，減少必要的表征手段。與傳統(tǒng)微生物刺激技術(shù)相比可節(jié)約營(yíng)養(yǎng)液的注入體積從而達(dá)到節(jié)約藥劑成本的目的，提高了微生物氧化污染物的速率達(dá)到節(jié)省修復(fù)時(shí)間的目的。本實(shí)用新型可通過(guò)外接指示燈指示地下水中微生物降解污染物的活動(dòng)是否正在進(jìn)行，節(jié)省了通過(guò)其他手段判斷微生物是否在降解污染物的步驟。本實(shí)用新型體積小，在修復(fù)小范圍的污染地下水和大面積修復(fù)工程結(jié)束后在修復(fù)效果較差區(qū)域開(kāi)展的二次修復(fù)等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1-空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)入口，2-外接套管接口，3-電池陰極電極，4-地下水出口篩網(wǎng)，5-電池筒,6-質(zhì)子交換膜,7-空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)出篩網(wǎng),8-地下水入口篩網(wǎng)，9-電池陽(yáng)極電極，10-銅導(dǎo)線，11-指示燈。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，一種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池，包括電池筒5，電池筒一端由外至內(nèi)分別設(shè)有外接套管接口 2、電池陰極電極3和地下水出口篩網(wǎng)4，另一端由外至內(nèi)分別設(shè)有電池陽(yáng)極電極9和地下水入口篩網(wǎng)8，電池筒5內(nèi)沿垂直方向設(shè)有一導(dǎo)入管，位于電池陰極電極3—側(cè)的導(dǎo)入管的上部伸出電池筒外側(cè)形成空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)入口1，導(dǎo)入管的下端設(shè)有空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)出篩網(wǎng)7，電池筒5內(nèi)中部沿水平方向設(shè)有質(zhì)子交換膜6。
[0016]所述的電池筒5內(nèi)填充有玻璃球。
[0017]所述的玻璃球直徑為2mm。
[0018]所述的電池陰極電極3和電池陽(yáng)極電極9之間還連接有銅導(dǎo)線10，銅導(dǎo)線10上連接有指示燈11。
[0019]污染地下水由地下水入口篩網(wǎng)8進(jìn)入裝置，在燃料電池陽(yáng)極電極9及附近區(qū)域，微生物新陳代謝降解地下水中的易降解的有機(jī)污染物，易降解有機(jī)污染物發(fā)生氧化反應(yīng)。如用(0120)?表示目標(biāo)污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式，微生物燃料電池陽(yáng)極發(fā)生的氧化反應(yīng)為:
[0020](CH2O) η+ηΗ20 — nC02+4nH++4ne_
[0021]上述反應(yīng)產(chǎn)生的H+則隨地下水向上運(yùn)動(dòng)并通過(guò)質(zhì)子交換膜6在電池陰極電極3附近發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)生的e_則由電池陽(yáng)極電極9通過(guò)銅導(dǎo)線10及指示燈11到達(dá)電池陰極電極3。在電池陰極電極3附近發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:
[0022]02+4H++4e — 2H20
[0023]上述反應(yīng)中的O2則來(lái)自于外界通過(guò)空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)入口 I及空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)出篩網(wǎng)7進(jìn)入裝置并對(duì)流到電池陰極電極3的空氣中的氧氣。
[0024]污染地下水由地下水入口篩網(wǎng)8流動(dòng)到地下水出口篩網(wǎng)4的動(dòng)力來(lái)自于裝置外周?chē)叵滤肟诤Y網(wǎng)8與地下水出口篩網(wǎng)4處地下水的壓力差以及及空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)管出口篩網(wǎng)7處鼓入空氣的壓力共同提供。
[0025]電池筒5內(nèi)部填充2_玻璃球，既可為微生物提供附著點(diǎn)，又可控制地下水的滲透性。本實(shí)用新型電池筒5內(nèi)部的地下水滲透系數(shù)K約為10_3cm/s左右，裝置地下水進(jìn)口篩網(wǎng)8與地下水出口篩網(wǎng)4的壓力差P主要有兩部分組成，地下水靜水壓力差Ph和鼓入空氣產(chǎn)生的壓力Pa，即:
[0026]Pi=P^Pa
[0027]地下水靜水壓力差Ph為Im的水頭差，鼓入的空氣壓力差pa的一般變化范圍為0.43-4.3psi，相當(dāng)于0.29-2.92m水頭差。所以Pi的值的變化范圍為1.29-3.92m的水頭
差。根據(jù)達(dá)西公式，地下水的流速為:
【權(quán)利要求】
1.一種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池，包括電池筒，其特征是，電池筒一端由外至內(nèi)分別設(shè)有外接套管接口、電池陰極電極和地下水出口篩網(wǎng)，另一端由外至內(nèi)分別設(shè)有電池陽(yáng)極電極和地下水入口篩網(wǎng)，電池筒內(nèi)沿垂直方向設(shè)有一導(dǎo)入管，位于電池陰極電極一側(cè)的導(dǎo)入管的上部伸出電池筒外側(cè)形成空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)入口，導(dǎo)入管的下端設(shè)有空氣與微生物營(yíng)養(yǎng)液導(dǎo)出篩網(wǎng)，電池筒內(nèi)中部沿水平方向設(shè)有質(zhì)子交換膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池，其特征是，所述的電池筒內(nèi)填充有玻璃球。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池，其特征是，所述的玻璃球直徑為2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種原位修復(fù)地下水用的微生物燃料電池，其特征是，所述的電池陰極電極和電池陽(yáng)極電極之間還連接有銅導(dǎo)線，銅導(dǎo)線上連接有指示燈。
【文檔編號(hào)】H01M8/16GK203707260SQ201420063737
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】荊明明, 王靜, 梅浩 申請(qǐng)人:江蘇上田環(huán)境修復(fù)有限公司