基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的装置，选用碳材料作为阳极和阴极；将阳极埋于沟渠或河道的沉积物中，将阴极贴伏于沟渠或河道的内坡面上；再将小功率用电器串联在阴极和阳极之间；最后将大型丝状绿藻接种在阴极表面。可以通过SMFC，利用微生物分解沉积物中有机污染物的同时生产电能，有机物分解产生的无机碳供给大型丝状绿藻生长。大型丝状绿藻对水中氮磷有较强的去除效果，并且对形成水华的微型藻有很强的化感抑制作用。丝状绿藻通过光合作用生成大量氧气，不仅有利于SMFC的产电效率，更能够增加水体的溶氧。并且，大型丝状绿藻较微藻更易于固定、分离和回收，不易产生二次污染。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种水利工程生态河道修复，尤其涉及一种沟渠或河道的富营养化水体的修复。
技术介绍
我国每年生产大量的生活和工业污水，许多污水未达标便排放至湖泊河流中使其富营养化。河流湖泊的富营养化会使水体爆发水华，发臭，使水体严重恶化。富营养化水体修复是水污染防治领域长期未能解决的问题，与此同时，在河湖水体抑制微型藻的生长也未能得到有效的解决，致使我国地表水水华爆发频率日益增加。沉积物微生物燃料电池(SMFC，SedimentMicrobialFuelCell)是一种新型生物电化学系统，是在电化学技术基础上发展起来的以微生物在阳极降解有机污染物的同时产生电能的一种装置。SMFC克服了传统污染物生物处理过程的缺点，其最大的优势在于处理污染物的同时可以获得电能，从而抵消处理过程中的部分运行成本。虽然SMFC能很好的去除沉积物中的有机物，但是对于水中氮磷的去除效果不佳。为了提高SMFC对水体氮磷的去除效果，常常将SMFC与其他的氮磷去除手段联合使用。生活污水脱氮除磷技术中主要通过细菌和微型藻(Chlorellavulgaris、Scenedesmusdimorphus、Spirulinaplatensis)等微生物完成。微型藻类需要固定化后才有使用价值，且微型藻容易泄漏，导致重新污染水体。大型丝状绿藻是典型的着生藻类生物。比微型藻更加容易生长，且用于污水处理后，由于其个体大，易附着等特性，更加容易与污水分离。并且，大型丝藻对易引起水华的微型藻有化感作用，对微型藻活性有很强的抑制作用。同时，未来有可能代替污水处理厂的加氯预氧化灭活藻细胞工序的作用。这样就有可能在水厂取消加氯预氧化工艺，从而降低消毒副产物的产生。大型丝状绿藻在光照充足的条件下，经过光合作用产生大量氧气，既有利于富营养化水体的水质改善，更为SMFC的阴极提供了充足的电子受体；同时，SMFC阳极分解有机物产生的CO2为大型丝状绿藻的生长繁殖提供了良好的养料。其次，藻类和SMFC共同提高了水体的pH值，较高的pH值对水体中大肠杆菌等细菌有很好的杀菌作用，减少了水体有害细菌的滋生，有助于改善水体的微生物环境。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本技术提供一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的装置，适用范围非常广泛，在确保河道，沟渠，湖泊等水体行洪设计的前提下，利用大型丝状藻类和SMFC构建生态水体环境，在优化了水质，去除了沉积物中的有机污染物的同时，又产生了可供利用的电能。本技术在城市河道，自然湖泊，农村沟渠的生态建设，富营养化水体的水质改善等方面前景广阔。为了解决上述技术问题，本技术提出的一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的装置，包括：选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阳极和阴极；将阳极填埋于沟渠或河道内的沉积物中，所述阳极距沟渠或河道内泥水界面3～10cm；将阴极贴伏于沟渠或河道的内坡面上、并且完全沉浸在水体中；将小功率用电器或是电能储存器或是电阻通过导线串联在阴极和阳极之间。所述阴极表面上涂有铂碳催化剂。所述小功率用电器的功率为1mW至100mW。所述小功率用电器是原位水质监测仪器。所述电阻是10至2000欧姆的可调电阻或固定阻值电阻。使用时，将大型丝状绿藻按照接种密度为1-10mg/cm2均匀地固定接种在所述阴极的表面，所述大型丝状绿藻是刚毛藻、丝藻和水棉中的一种或几种。与现有技术相比，本技术的有益效果是：利用本技术方法可以通过SMFC的阳极将微生物氧化沉积物中有机污染物的同时生产电能，利用电化学系统将有机污染物分解产生的无机碳供给大型丝状绿藻生长。大型丝状绿藻对水中氮磷有较强的去除效果，并且对富营养化水体中形成水华的微型藻有很强的化感抑制作用。丝状绿藻通过光合作用生成大量氧气，不仅有利于SMFC的产电效率，更能够增加水体的溶氧。并且，在藻类去除氮磷工艺上，大型丝状绿藻较传统微型绿藻更易于固定使用，更易于与水体分离回收，不易产生二次污染。因此，本技术创新性的将SMFC和大型丝状绿藻联合使用，达到了相辅相成的实用效果。附图说明图1是本技术联合修复富营养化水体的装置示意图；图2是本技术联合修复富营养化水体的装置实验例示意图；图3是本技术实验力进行小球藻组实验的富营养化水体随时间的去除效果；图4是本技术实验例进行铜绿微囊藻实验的富营养化水体随时间的去除效果；图5是本技术实验例处理期间的产电情况。图中：1-电阻，2-阴极，3-导线，4-藻，5-沟渠或河道的内坡面，6-水体，7-阳极，8-沉积物，9-反应容器，10-小球藻或铜绿微囊藻。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本技术进行解释说明，并不用以限制本技术。本技术一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的装置，包括：选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阳极7和阴极2；将阳极7填埋于沟渠或河道的沉积物8中，所述阳极7距沟渠或河道内泥水界面3～10cm，将阴极2贴伏于沟渠或河道的内坡面5上、并且完全沉浸在水体6中；再将一小功率用电器或是电能储存器或是电阻1通过导线3串联在阴极2和阳极7之间；所述小功率用电器的功率为1mW至100mW；所述电阻是10至2000欧姆的可调电阻或固定阻值电阻。使用时，将大型丝状绿藻4按照接种密度为1-10mg/cm2均匀地固定接种在所述阴极2的表面，所述大型丝状绿藻是刚毛藻、丝藻和水棉中的一种或几种；实施例：针对建设农村生态沟渠或河道，或者农村沟渠或河道富营养化水体水质改善进行了试验性设施搭建。如图1所示，将阳极7填埋于沟渠或河道的沉积物8中，距泥水界面深度约为3cm，阳极7材料可以为：石墨、碳毡、碳布等材料。阴极2贴伏于沟渠或河道的内坡面5上并且完全沉浸在水体6中，阴极2可以材料为：石墨、碳毡和碳布等，另外在阴极2上最好涂有铂碳催化剂。选用一原位水质监测仪器最为小功率用电器1，通过导线3将该原位水质监测仪器1串联在阴极2与阳极7之间。将大型丝状绿藻4接种附着固定在阴极2表面，其接种密度为100mg/L，大型丝状绿藻可以是刚毛藻，丝藻，水棉等丝状绿藻的一种或者几种。为了印证本技术联合修复富营养化水体装置的有效性，在实验室中建立模拟湖泊水体和沉积物，如图2所示，搭建两套分别进行小球藻和铜绿微囊藻实验的环境，选两个透光的方形的有机玻璃容器作为反应容器9(15*15*10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的装置，其特征在于，选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阳极(7)，将阳极(7)填埋于沟渠或河道的沉积物(8)中，所述阳极(7)距沟渠或河道内泥水界面3～10cm；选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阴极(2)，将阴极(2)贴伏于沟渠或河道的内坡面(5)上、并且完全沉浸在水体(6)中；将小功率用电器或是电能储存器或是电阻(1)通过导线(3)串联在阴极(2)和阳极(7)之间。

【技术特征摘要】
1.一种基于SMFC和大型丝状绿藻联合修复富营养化水体的装置，其特征在于，
选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阳极(7)，将阳极(7)填埋于沟渠或河道的沉积
物(8)中，所述阳极(7)距沟渠或河道内泥水界面3～10cm；
选用石墨、碳毡和碳布中的一种作为阴极(2)，将阴极(2)贴伏于沟渠或河道的内坡
面(5)上、并且完全沉浸在水体(6)中；
将小功率用电器或是电能储存器或是电阻(1)通过导线(3)串联在阴极(2)和阳极
(7)之间。
2.根据权利要求1所述基于SMFC和大型丝状绿藻联合修...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟洪艳，刘伯约，季民，陈鑫露，汪绍波，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12