[发明专利]用于去除重金属的三室土壤微生物燃料电池及方法

说明书

本发明公开了一种用于去除重金属的三室土壤微生物燃料电池，包括矩形壳体、质子交换膜和定量滤纸形成的阳极室、污染土壤室和阴极室，阳极室设置有碳毡，阴极室设置有不锈钢丝网，碳毡和不锈钢丝网通过钛丝导通，钛丝位于矩形壳体外，钛丝配置有电阻。本发明还公开了一种用于去除重金属的方法，按照以下步骤进行：步骤1：装配三室土壤微生物燃料电池，步骤2：加入待实验污染土壤，向阳极室和阴极室中添加溶液，并配置有电阻的钛丝；步骤3：得到去除重金属的土壤。本发明既能实现阴极中重金属的高效还原，也能使土壤中更多重金属向阴极迁移，从而提高重金属在土壤中的去除率，实现修复重金属污染土壤的目的。

技术领域

本发明属于土壤的污染处理技术领域，具体涉及一种用于去除重金属的三室土壤微生物燃料电池，还涉及一种用于去除重金属的方法。

背景技术

随着土壤污染问题日益严峻，土壤中的重金属污染已成为全球性的研究热点，在首次全国土壤污染状况调查中发现，重金属污染占农田土壤超标中的82.4％。

为了切实加强土壤污染防治，逐步改善土壤环境质量，越来越多的国家在逐步制定净化环境中污染物的政策、文件。诸多物理、化学、生物技术都可用来处理生态系统中的重金属，然而这些物理化学技术大多为高能耗并会向大气中排放温室气体；虽然生物处理技术既经济又友好，但是在处理低生物利用率的重金属时会受到极大的限制。因此，寻求一种高效、适用性广泛并对土壤生态及结构破坏较小的方法，一直是相关研究的重点。

近年来，人们开发了一些更为先进的技术用于治理污染，如微生物燃料电池(microbial fuel cells，MFC)，可以在短时间内取得较好的修复效果，同时获得电能。燃料电池的两大显著优势在于产生电能和去除污染物，如何充分利用并耦合这两大优势，促进产电对污染物去除的作用，对拓展和提升污染物去除途径和效能具有重要学术意义和应用价值。微生物燃料电池与电动修复有着本质的区别，微生物燃料电池是一种利用微生物作为催化剂，将化学能转化为电能的装置，不需要额外电源即可对污染物实现修复，目前土壤微生物燃料电池的构型不能同时实现重金属迁移富集和充分利用阴极还原的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于去除重金属的三室土壤微生物燃料电池，解决了目前土壤微生物燃料电池不能同时实现重金属迁移和充分利用阴极还原的问题。

本发明的另一个目的是提供一种用于去除重金属的方法

本发明所采用的技术方案是，

用于去除重金属的三室土壤微生物燃料电池，包括矩形壳体，所述矩形壳体内设置有质子交换膜和定量滤纸，质子交换膜和定量滤纸与壳体形成污染土壤室，质子交换膜与矩形壳体形成阳极室，定量滤纸与矩形壳体形成阴极室，阳极室设置有碳毡，阴极室设置有不锈钢丝网，碳毡和不锈钢丝网通过钛丝导通，钛丝位于矩形壳体外，钛丝配置有电阻。

本发明的特点还在于，

阳极室为设有开口且开口处设置有橡胶塞的密封结构，钛丝穿过橡胶塞与碳毡连接。

碳毡与质子交换膜呈45度倾斜设置和/或所述不锈钢丝网与定量滤纸垂直。

一种用于去除重金属的方法，按照以下步骤进行：

步骤1：装配三室土壤微生物燃料电池，

步骤2：将待实验污染土壤置入污染土壤室，并加入一定量的水至土壤处于饱和状态，向阳极室中添加营养液，向阴极室中添加含有重金属的水溶液，并且用配置有20～2000欧姆的钛丝连接阴极室和阳极室；

步骤3：控制阴极室的pH为3.0±0.2，经过1～57天后，得到重金属去除率为54.4％～99.9％的土壤。

在步骤2中，在阳极室中加入经培养及预处理的浓缩厌氧污泥，在加入各溶液完成后，静置三天，然后将钛丝连接阳极室和阴极室。