[发明专利]净化湖泊底泥与湖泊水体中有机污染物的系统及方法

说明书

本发明公开了一种净化湖泊底泥与湖泊水体中有机污染物的系统及其方法，系统由沉积物微生物燃料电池(SMFC)部分和生物膜电极(BER)部分组成。所述方法中，利用SMFC部分降解去除湖泊底泥湖泊底泥中的难降解有机污染物，利用BER部分降解去除湖泊水体中难降解有机污染物。本发明方法充分利用湖泊底泥中大量存在的腐殖酸作为共基质促进SMFC阳极对底泥中的难降解有机污染物的降解能力，同时SMFC产生的电子为BER部分利用，强化BER对湖泊水体中难降解有机污染物的降解效果。为缓解当前能源危机和解决环境问题提供了一种有效的途径，具有不可估量的应用和发展潜力。

技术领域

本发明涉及环境工程领域，具体涉及一种同时净化湖泊底泥与湖泊水体中难降解有机污染物的系统及其方法。

背景技术

生物膜电极法(BER)是一种电化学耦合微生物的水处理方法。生物膜电极法将微生物固定在电极上，形成生物膜，并在微小直流电的作用下使污染物在电化学和微生物的双重作用下得以降解。1992年，R.B.Mellor等在Nature杂志上首次提出了“生物膜电极”的概念，他们将反硝化酶固定在阴极表面，制成生物膜电极，电极为固定化酶有效地提供还原能力，在阴极产生氢原子并被固定化反硝酶利用，从而完成反硝化作用。之后十几年国内外专家从反硝化的角度对BER做了大量的研究，直至近年来，生物膜电极法用于有机污染物，尤其是难降解有机物的去除，逐渐引起广泛的关注。经过BER的处理，难降解有机物的复杂结构得以破坏产生分子结构相对简单物质，可生化性得以显著提高。然而，该方法在处理过程中依然需要外界提供的电能，这限制了生物电化学的大规模应用。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种同时净化湖泊底泥与湖泊水体中难降解有机污染物的系统及其方法，该装置解决了现有技术中仍然需要外界提供的电能的问题，同时解决了生物电化学无法大规模应用的问题。

技术方案：本发明的净化湖泊底泥与湖泊水体中有机污染物的系统，包括沉积物微生物燃料电池(SMFC)、以及与其阴极和阳极电连接并组成回路的生物膜电极(BER)，即所述SMFC部分阳极由导线与BER部分一端相连，同时SMFC部分阴极由导线与BER部分另一端相连。

所述沉积物微生物燃料电池能够降解去除湖泊底泥中难降解的有机污染物，包括由阳极导电材料和附着在其上的微生物组成的阳极电极和由阴极导电材料组成的阴极电极。

所述生物膜电极能够降解去除湖泊水体中难降解有机污染物，包括活性炭刷以及附着在其上的微生物。

所述SMFC部分阳极中厌氧菌在有电子参与的情况下，降解湖泊底泥中的难降解有机污染物，SMFC部分在系统中降解湖泊底泥中的难降解有机污染物同时产生电子通过内部电路传递给BER部分，BER部分则通过内部电路接受电子提高降解湖泊水体中的难降解有机污染物的效率。

所述阳极导电材料为不锈钢、颗粒活性炭、碳布、石墨颗粒和石墨毡中的一种或几种。

所述阴极导电材料为不锈钢、碳布和石墨毡中的一种或几种。

所述阴极导电材料表面作催化剂修饰处理。所述催化剂为铂以及铁锰氧化物、离子复合物或钴化合物或其他能够替代铂的催化剂。

所述活性炭刷与阴极和阳极通过导线内部电路连接；所述内部电路所用导线为钛导线；所述导线的连接点进行绝缘密封处理。

BER作为SMFC的外阻而存在，代替了原有的外阻，在保证电路形成回路的同时避免了电子在传统外阻上的损耗。同时，将BER部分置于SMFC的内部，避免了电子在两个部分之前传递中的损耗。

含有难降解的所述有机污染物的湖泊底泥和湖泊水体的体积比为1:1-6。优选1：2。

一种净化湖泊底泥与湖泊水体中有机污染物的方法，包括以下步骤：