[发明专利]一种微生物燃料电池型立体组合生态浮床装置及应用

说明书

技术领域

本发明属于能源与环境修复领域，特别是一种适用于浅层地表水底泥与水体联合净化与回收电能、生物质能的MFC（Microbial Fuel Cell，微生物燃料电池）型立体组合生态浮床装置及应用。

背景技术

在水体污染的控制和修复日益得到人们重视的今天，底泥污染的修复更显得至关重要。污染物被水体颗粒物吸附、络合、絮凝、沉降而沉积在底泥中，在外源污染得到有效控制后，底泥中的这些污染物仍可能对水体产生“二次污染”，这将严重影响水体污染的修复和防治。研究表明，被污染的水体底泥中所含有的污染物有氮磷营养物质、重金属、难降解有机物，以及持久性有毒污染物（PTS）。其中很多物质会通过生物富集等作用在生物体内达到较高浓度，继而通过食物链影响人类健康。近年来，由于我国水污染形势的加剧，水体底泥所受污染状况也随之严重，而且由于底泥污染容纳量大、污染物因溶解-平衡原理与水体中的污染物形成溶解平衡关系而释放缓慢，因此底泥污染对水体污染的治理已经构成严重的障碍。加之污染物的复杂性，营养物质的难去除性，以及以现有技术修复底泥污染的经济成本过大等原因，现在还未找到一条彻底防治水体底泥污染的途径，目前主要通过减轻水体污染与局部地区底泥治理相结合的方式进行处理。

浮床技术是运用无土栽培技术原理，以天然或环境友好材料为载体和基质，采用现代农艺与生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术。其去除水体污染物，抑制浮游藻类的机理表现在以下几个方面。①植物吸收：栽种在浮床上植物为了满足本身生长需要，会通过浸没在水中的根系不断吸收利用水体中的营养物质，通过收获水生植物减少水中营养盐；②根系微生物降解：发达的植物根系可吸附水中的大量胶体，并逐渐在植物根系表面形成生物膜，吞噬和降解水中的污染物；③分泌物抑制：浮床植物根系能分泌化感物质，抑制藻类生长；④遮蔽阳光：人工浮岛通过遮挡阳光抑制藻类进行光合作用，控制藻类的生长。研究和应用实践证明，与一般目前国内外采用的化学，物理和生物治污技术相比，生态浮床技术的最大优势是能达到标本兼治，并能为水生生物的自然恢复和生存。繁衍营造良好的生境条件，最终达到修复水生态系统的目标。

微生物燃料电池（MFC）作为一种新的产能方式——利用微生物将有机质直接转化为电能而受到越来越多的研究和推广。MFC是利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将各种材料包括复杂的有机物和可再生生物质氧化产生电能的装置，这些燃料源使得MFC比只利用纯化学反应燃料的化学燃料电池更为先进。研究表明，MFC不仅可以降解简单有机物获取电能，也可以降解复杂综合有机底物产生电能，甚至可以降解难降解有机物获取电能。莫汉（Mohan）等对制药废水、染料、杀虫剂等综合化学废水的降解以及产电性能进行研究，污染物负荷为1.404kg COD/（m³·d）时，最大电压为304mV，污染物降解率达到62.9％。骆海萍等以苯酚为燃料，在1000Ω外负载条件下，苯酚去除率约达到90％，最大输出电压为540mV。因此，利用MFC降解难降解污染物并且产生电能是可行的，经济的，也是可持续的。

充分利用MFC对底泥污染修复和难降解性有机物有较高的降解性能的优势和组合生态浮床对水体污染修复的特点，对上述两种技术进行有机的融合。即利用MFC在对难降解有机污染物高效去除的同时能够获得电能的特点，实现提高组合生态浮床净化效果以及资源的最大化利用的目的。应用MFC净化浅水水体底泥并以生态浮床同步净化水体污染的装置从组合生态浮床及MFC的协同优化出发，强化了浮床植物根际效应和浮床微生物以及沉积物中产电细菌及污染物降解细菌的富集及固定化，提高复合系统的难降解性有机物的净化效能及产电性能。

目前MFC型立体组合生态浮床装置国内外尚未见报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种微生物燃料电池型立体组合生态浮床装置及其应用，主要用于浅层地表水底泥（水深1-2米）与水体联合净化的装置，具体地说是一种原位修复富营养化湖泊底泥与水体，并将其中各种有机物质，尤其是难降解污染物，转化为电能的装置，用以将污染物质净化并回收产生电能。