一种利用生物电化学强化浮动生态床的水体原位修复方法技术

一种利用生物电化学强化浮动生态床的水体原位修复方法，本发明专利技术涉及水体修复方法。本发明专利技术要解决现有人工浮岛技术仅依靠植物吸收作用通常达不到有效的治理效果，现有强化方法中生物菌剂活性维持时间短，生物填料接触面积有限，能耗高的问题。方法：在受污染天然水体区域构建生物电化学强化浮动生态床，生物电化学强化浮动生态床由浮体材料层、基质材料层、植物和电子传导材料组成；电子传导材料由电子受体材料、电子供体材料和导体材料组成，电子受体材料和电子供体材料通过导体材料连接电路装置形成闭合电路；浮体材料层上下各设置一层基质材料层，并设置种植孔，种植孔内种植植物。

A method of in-situ remediation of floating ecological bed enhanced by bioelectrochemistry

【技术实现步骤摘要】
一种利用生物电化学强化浮动生态床的水体原位修复方法
本专利技术涉及水体修复方法。
技术介绍
伴随城市化的快速发展，河流、湖泊等地表水受到严重污染，根据2018年《中国生态环境状况公报》，全国地表水1613个水质断面中V类和劣V类水体的比例仍占11.4％，地表水体的富营养化会影响生态环境，而且污染物可通过灌溉农田或食物链危害人类身体健康。生物/生态技术因其具有造价低、运行成本低、能耗低且效果良好的优点被广泛应用于河道与湖泊的地表水原位修复，这类技术主要有人工湿地技术和人工浮岛技术，依靠微生物和植物等生物的新陈代谢转移、转化和降解水中的污染物，重构水生态系统。目前市面上广泛应用的人工浮岛浮体材料为强化塑料、发泡聚苯乙烯、合成树脂等高分子材料，中间安装种植篮种植植物，通过植物吸收氮磷营养物质供给自身生长去除水体中的污染物，然而植物生长速度和根系长度有限，依靠植物吸收作用通常达不到有效的治理效果。人工湿地技术具有出水水质稳定、污染物去除能力强、运行成本低等优点，然而其占地面积较大，构型单一尤其对于土地资源稀缺的城市，大大限制了应用范围。传统的强化方法如添加悬挂生物填料，投加生物菌剂，曝气虽具有一定的强化效果，然而存在生物菌剂活性维持时间短，生物填料接触面积有限，能耗高的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决现有人工浮岛技术仅依靠植物吸收作用通常达不到有效的治理效果，现有强化方法中生物菌剂活性维持时间短，生物填料接触面积有限，能耗高的问题，而提供一种利用生物电化学强化浮动生态床的水体原位修复方法。<br>一种利用生物电化学强化浮动生态床的水体原位修复方法，它是按照以下步骤进行的：一、选取受污染天然水体区域；二、在受污染天然水体区域构建生物电化学强化浮动生态床并固定；所述的生物电化学强化浮动生态床由多个单体生物电化学强化浮动生态床连接而成，所述的单体生物电化学强化浮动生态床由浮体材料层、基质材料层、植物和电子传导材料组成；浮体材料层上下各设置一层基质材料层，延单体生物电化学强化浮动生态床厚度方向，设置多个种植孔，且种植孔贯穿单体生物电化学强化浮动生态床，种植孔内设置种植篮并种植植物；所述的电子传导材料由电子受体材料、电子供体材料和导体材料组成，且电子受体材料和电子供体材料通过导体材料连接电路装置形成闭合电路；所述的电子受体材料的材质为碳纤维丝，将碳纤维丝与直径为0.05mm～0.2mm的导体材料制成碳纤维刷并置于种植篮中，每个种植篮内放置2个～4个碳纤维刷，所述的碳纤维刷的直径为3cm～6cm，长度为5cm～10cm；或所述的电子受体材料为厚度为0.1mm～0.2mm的碳纤维布，碳纤维布设置于上层设置的基质材料层与浮体材料层之间；或所述的电子受体材料为活性炭颗粒和生物炭颗粒中的一种或者两种的组合，活性炭颗粒的粒径为5mm～8mm，生物炭颗粒的粒径为5mm～8mm，电子受体材料置于导体材料制成的网笼内，再置于种植篮中，电子受体材料的体积占种植篮体积的1/3～1/2；所述的电子供体材料的材质为碳纤维丝，将碳纤维丝与直径为0.05mm～0.2mm的导体材料制成碳纤维刷并悬挂于单体生物电化学强化浮动生态床下方，每个单体生物电化学强化浮动生态床下方悬挂2个～4个碳纤维刷，所述的碳纤维刷的直径为3cm～6cm，长度为30cm～100cm；或所述的电子供体材料为厚度为0.1mm～0.2mm的碳纤维布，碳纤维布设置于浮体材料层与下层设置的基质材料层之间；或所述的电子供体材料的材质为碳纤维丝、活性炭颗粒和生物炭颗粒中的两种或三种的组合，活性炭颗粒的粒径为5mm～8mm，生物炭颗粒的粒径为5mm～8mm，将碳纤维丝与直径为0.05mm～0.2mm的导体材料制成碳纤维刷，所述的碳纤维刷的直径为3cm～6cm，长度为30cm～100cm，电子供体材料填满尼龙网袋内并悬挂于单体生物电化学强化浮动生态床下方，每个单体生物电化学强化浮动生态床下方悬挂2个～4个尼龙网袋。本专利技术的有益效果是：1、浮体材料层为功能性基质材料提供浮力，充足的浮力方便后期维护管理，浮体材料通过螺丝、捆扎绳连接形成浮体材料层，方便施工且抗风浪，生物电化学强化浮动生态床可通过绳索或链条固定在河岸边，亦可连接链条锚定在固定位置。2、基质材料层由于孔隙率大、比表面积大、具有亲水性、生物相容性良好，为微生物提供良好的栖息地，挂膜速度较快，且在浮体材料层上下各设置一层增加生态床内微生物的生物量，在与植物和生物电化学系统相结合后，表面附着微生物的多样性更大，物种丰富度更高，达到强化生物转化，高效降解污染物，有效提高生态床对污染物的去除率和抗污染负荷能力。3、植物种植在种植篮中，一方面可有效吸收氮磷等污染物质，为微生物的生长提供载体，另一方面选取根系泌氧能力高的植物，通过根系泌氧为电子受体材料提供部分电子受体，进而保证生物电化学系统的稳定运行，从而保持可持续且稳定的强化效果。4、电子受体材料可以通过大气复氧、根系泌氧和水体中硝态氮污染物获得充足的电子受体，本专利技术中的电子受体材料为廉价易得的碳基材料，表面附着的功能微生物代替传统贵金属、炭黑等催化剂，具有廉价、稳定和可持续的优点。不仅可以有效降低电子受体在材料表面还原的活化能，表面富集的功能微生物亦能有效去除水体中碳氮磷等污染物，相比传统电子受体材料更具功能性。5、电子供体材料置于水下，通过材料堆积和材料表面形成的微生物膜形成厌氧区域，其表面附着的功能微生物氧化有机物和氨氮，产生的电子通过电子传导材料传递到电子受体材料，在电子传递过程中电子通过导体材料连接电路装置可进行能量回收，从而实现化学能转化为电能的过程。6、本专利技术生物电化学强化浮动生态床的氨氮去除率始终稳定在80.0％以上，最高可达到83.4％，硝氮去除率始终维持在80.0％以上，总磷去除率稳定，可达到51.4％以上。本专利技术用于利用生物电化学强化浮动生态床的水体原位修复方法。附图说明图1为实施例一单体生物电化学强化浮动生态床的示意图，1为植物，2为种植篮，3为上层设置的基质材料层，4为浮体材料层，5为电子受体材料，6为电子供体材料，7为下层设置的基质材料层，8为导体材料，9为螺丝，10为电路装置；图2为实施例一生物电化学强化浮动生态床的示意图；图3为传统浮岛反应器的浮体材料层的实物图；图4为实施例一系统运行稳定后出水的氨氮去除率效果图；1为对比空白实验构建的系统反应器，2为传统浮岛的系统反应器，3为实施例一构建的生物电化学强化浮动生态床的小试反应器；图5为实施例一系统运行稳定后出水的硝氮去除率效果图；1为对比空白实验构建的系统反应器，2为传统浮岛的系统反应器，3为实施例一构建的生物电化学强化浮动生态床的小试反应器；图6为实施例一系统运行稳定后出水的总磷去除率效果图；1为对比空白实验构建的系统反应器，2为传统浮岛的系统反应器，3为实施例一构建的生物电化学强化浮动生态床的小试反应器。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用生物电化学强化浮动生态床的水体原位修复方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：/n一、选取受污染天然水体区域；/n二、在受污染天然水体区域构建生物电化学强化浮动生态床并固定；/n所述的生物电化学强化浮动生态床由多个单体生物电化学强化浮动生态床连接而成，所述的单体生物电化学强化浮动生态床由浮体材料层、基质材料层、植物和电子传导材料组成；浮体材料层上下各设置一层基质材料层，延单体生物电化学强化浮动生态床厚度方向，设置多个种植孔，且种植孔贯穿单体生物电化学强化浮动生态床，种植孔内设置种植篮并种植植物；/n所述的电子传导材料由电子受体材料、电子供体材料和导体材料组成，且电子受体材料和电子供体材料通过导体材料连接电路装置形成闭合电路；/n所述的电子受体材料的材质为碳纤维丝，将碳纤维丝与直径为0.05mm～0.2mm的导体材料制成碳纤维刷并置于种植篮中，每个种植篮内放置2个～4个碳纤维刷，所述的碳纤维刷的直径为3cm～6cm，长度为5cm～10cm；/n或所述的电子受体材料为厚度为0.1mm～0.2mm的碳纤维布，碳纤维布设置于上层设置的基质材料层与浮体材料层之间；/n或所述的电子受体材料为活性炭颗粒和生物炭颗粒中的一种或者两种的组合，活性炭颗粒的粒径为5mm～8mm，生物炭颗粒的粒径为5mm～8mm，电子受体材料置于导体材料制成的网笼内，再置于种植篮中，电子受体材料的体积占种植篮体积的1/3～1/2；/n所述的电子供体材料的材质为碳纤维丝，将碳纤维丝与直径为0.05mm～0.2mm的导体材料制成碳纤维刷并悬挂于单体生物电化学强化浮动生态床下方，每个单体生物电化学强化浮动生态床下方悬挂2个～4个碳纤维刷，所述的碳纤维刷的直径为3cm～6cm，长度为30cm～100cm；/n或所述的电子供体材料为厚度为0.1mm～0.2mm的碳纤维布，碳纤维布设置于浮体材料层与下层设置的基质材料层之间；/n或所述的电子供体材料的材质为碳纤维丝、活性炭颗粒和生物炭颗粒中的两种或三种的组合，活性炭颗粒的粒径为5mm～8mm，生物炭颗粒的粒径为5mm～8mm，将碳纤维丝与直径为0.05mm～0.2mm的导体材料制成碳纤维刷，所述的碳纤维刷的直径为3cm～6cm，长度为30cm～100cm，电子供体材料填满尼龙网袋内并悬挂于单体生物电化学强化浮动生态床下方，每个单体生物电化学强化浮动生态床下方悬挂2个～4个尼龙网袋。/n...

【技术特征摘要】
1.一种利用生物电化学强化浮动生态床的水体原位修复方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、选取受污染天然水体区域；
二、在受污染天然水体区域构建生物电化学强化浮动生态床并固定；
所述的生物电化学强化浮动生态床由多个单体生物电化学强化浮动生态床连接而成，所述的单体生物电化学强化浮动生态床由浮体材料层、基质材料层、植物和电子传导材料组成；浮体材料层上下各设置一层基质材料层，延单体生物电化学强化浮动生态床厚度方向，设置多个种植孔，且种植孔贯穿单体生物电化学强化浮动生态床，种植孔内设置种植篮并种植植物；
所述的电子传导材料由电子受体材料、电子供体材料和导体材料组成，且电子受体材料和电子供体材料通过导体材料连接电路装置形成闭合电路；
所述的电子受体材料的材质为碳纤维丝，将碳纤维丝与直径为0.05mm～0.2mm的导体材料制成碳纤维刷并置于种植篮中，每个种植篮内放置2个～4个碳纤维刷，所述的碳纤维刷的直径为3cm～6cm，长度为5cm～10cm；
或所述的电子受体材料为厚度为0.1mm～0.2mm的碳纤维布，碳纤维布设置于上层设置的基质材料层与浮体材料层之间；
或所述的电子受体材料为活性炭颗粒和生物炭颗粒中的一种或者两种的组合，活性炭颗粒的粒径为5mm～8mm，生物炭颗粒的粒径为5mm～8mm，电子受体材料置于导体材料制成的网笼内，再置于种植篮中，电子受体材料的体积占种植篮体积的1/3～1/2；
所述的电子供体材料的材质为碳纤维丝，将碳纤维丝与直径为0.05mm～0.2mm的导体材料制成碳纤维刷并悬挂于单体生物电化学强化浮动生态床下方，每个单体生物电化学强化浮动生态床下方悬挂2个～4个碳纤维刷，所述的碳纤维刷的直径为3cm～6cm，长度为30cm～100cm；
或所述的电子供体材料为厚度为0.1mm～0.2mm的碳纤维布，碳纤维布设置于浮体材料层与下层设置的基质材料层之间；
或所述的电子供体材料的材质为碳纤维丝、活性炭颗粒和生物炭颗粒中的两种或三种的组合，活性炭颗粒的粒径为5mm～8mm，生物炭颗粒的粒径为5mm～8mm，将碳纤维丝与直径为0.05mm～0.2mm的导体材料制成碳纤维刷，所述的碳纤维刷的直径为3cm～6cm，长度为30cm～100cm，电子供体材料填满尼龙网袋内并悬挂于单体生物电化学强化浮动生态床下方，每个单体生物电化学强化浮动生态床下方悬挂2个～4个尼龙网袋。


2.根据权利要求1所述的一种利用生物电化学强化浮动生态床的水体原位修复方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯玉杰，邱叶，张倩文，田言，李鹤男，何伟华，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23