[发明专利]一种太阳能光伏驱动的生物电化学土壤修复系统和方法

说明书

本发明涉及一种太阳能光伏驱动的生物电化学土壤修复系统，包括PLC控制系统、太阳能光伏系统、喷淋系统、生物滤床、支撑层、土壤装填室以及生物电化学反应室；所述太阳能光伏系统包括太阳能电池板和光伏板控制器，所述太阳能电池板通过光伏板控制器与蓄电池相连接，所述蓄电池与生物电化学反应室中的阳极电极和阴极电极相连；所述生物电化学反应室上方通过支撑层设置有土壤装填室，所述土壤装填室上方设置有生物滤床，生物滤床上方通过循环水泵设有喷淋系统。上述技术方案中提供的太阳能光伏驱动的生物电化学土壤修复系统，将太阳能光伏系统、生物电化学系统以及微生物修复污染土壤技术相耦合，能有效提高土壤有机污染物的降解效率。

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种太阳能光伏驱动的生物电化学土壤修复系统和方法。

背景技术

随着工业化的快速发展，农药施用和污水灌溉等对土壤环境造成越来越大的影响。针对土壤污染现状，目前已经开发了生物、物理及化学等多种修复技术，而在实际应用中，物理修复受土壤异质性、渗透性等因素的影响，化学修复会产生毒性更大的副产物。目前具有能够原位修复、无二次污染等优点的微生物修复技术成为研究热点，微生物对有机污染物的自然净化速度慢限制了其实际应用。

生物滤床工艺是一种综合过滤、吸附和生物作用等各种净化过程的好养废水处理工艺，集生物氧化和截留悬浮固体于一体，对有机污染物具有一定降解能力。生物电化学系统是一种集生物氧化还原与电化学反应高度耦合的新型生物反应方式，利用生物和电化学的协同作用氧化分解有机污染物，具有促进电子转移速率，从而提高生物降解水平等特点。研究发现生物电化学技术能够通过提高石油污染土壤中总石油烃的去除率深入修复石油污染盐碱土壤。研究表明外源电能能够提高微生物活性并对微生物多样性产生影响，从而在维持污染物去除的稳定性起到了积极作用。

疏水性多孔生物阳极电极能够提高微生物在电极上的附着量，在提高对溶液中土壤有机污染物吸附量的同时促进了土壤有机污染物的氧化分解，具有增溶性及络合、螯合和降低界面表面张力等作用的表面活性剂能够增加土壤中污染物的流动性，可将吸附在土壤中的土壤有机污染物解析淋溶至水溶液中，成为了一种常用的土壤修复技术。

太阳能是一种清洁、易得的可再生能源，利用太阳能光伏所产电能驱动生物电化学系统不仅能够提高污染土壤的修复效率，而且极大降低了土壤污染物的去除成本。

发明内容

本发明要的目的是提供一种以太阳能光伏系统作为电驱动力的太阳能光伏驱动的生物电化学土壤修复系统，其能有效解决污染土壤中有机污染物的持久残存问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种太阳能光伏驱动的生物电化学土壤修复系统，包括PLC控制系统、太阳能光伏系统、喷淋系统、生物滤床、支撑层、土壤装填室以及生物电化学反应室；所述太阳能光伏系统包括太阳能电池板和光伏板控制器，所述太阳能电池板通过光伏板控制器与蓄电池相连接，所述蓄电池与生物电化学反应室中的阳极电极和阴极电极相连；所述生物电化学反应室上方通过支撑层设置有土壤装填室，所述土壤装填室上方设置有生物滤床，生物滤床上方通过循环水泵设有喷淋系统。

进一步地，所述生物滤床是以沙子、碎石或塑料为滤料。

进一步地，生物电化学反应室中设置有三维网格电池，所述阳极电极和阴极电极布置在所述三维网格电池上。

进一步地，所述阳极电极为导电性金属有机骨架材料或多孔碳材料；阴极电极为石墨棒或不锈钢网。

进一步地，喷淋系统中喷洒的喷淋溶液成分为表面活性剂、碳源、氮源、磷源、金属离子以及微生物必需的营养元素。