一種原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的mfc裝置製造方法
2023-07-28 08:09:26
一種原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的mfc裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的MFC裝置，用於土壤汙染修復領域，包括陽極組和陰極組，所述陽極組和陰極組相互隔開埋於汙染土壤中並通過導線連接，貼附於所述陰極組設有隔膜。本裝置在使用時，分別將陽極組和陰極組埋於汙染土壤中，陽極組就地利用土壤中的有機物作為燃料，產生的電子通過陽極和導線到達陰極組，對吸附在陰極組的重金屬六價鉻進行還原，以從而促進土壤重金屬六價鉻汙染物的降解和轉化，實現六價鉻重金屬汙染土壤的原位修復。本實用新型摒棄現有技術中單室型（空氣陰極）和雙室型兩種類型的技術方案，採用原位修復工藝，造價較低，無需通氣耗能，陰極組和陽極組可根據實際情況來組合優化，使用方便。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型用於土壤汙染修復領域，特別是涉及一種原位修復重金屬六價鉻汙染 土壤的MFC裝置。 -種原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的MFC裝置
【背景技術】
[0002] 隨著現代工業的飛速發展，產生鉻汙染的主要生產和工藝已經涉及冶金、化工、農 業、醫學等多個領域，上述工業生產中，均可產生含鉻"三廢"。鉻主要以Cr(III)和Cr(VI) 兩種形態存在環境中，Cr(III)相比Cr(VI)相對穩定，毒性也相對較小。大量的鉻進入環 境並長期殘留於環境中，通過地球化學過程汙染地下水，通過生物地球化學過程汙染整個 生態系統，特別是農業生態系統，通過食物鏈危害動物與人類的健康。
[0003] 在目前土壤汙染修復技術中，主要分為原位修復和客土法。客土法見效快，但易造 成二次汙染。土壤原位修復可避免二次汙染問題，近年來受到強烈關注。同時，現有汙染土 壤的治理方法，如物理法、化學法、生物法等都不同程度存在難以克服的技術問題，把多 種修復技術結合在一起的土壤修復技術將成為今后土壤修復的主要研究方向，其中將化 學與生物法相結合的生態化學修復技術是近年提出的新方法，是21世紀汙染土壤修復技 術的發展方向。
[0004] 微生物燃料電池（MFC)是能將生物質在陽極氧化，同時將電子傳遞至陰極電子受 體進行還原的裝置，具備產電和有機物處置雙重功效。MFC的工作原理為：各種有機物在厭 氧陽極室被具有電化學活性的微生物厭氧氧化，產生的電子被微生物傳遞至電池陽極，再 通過外電路到達陰極，從而在外電路產生電流，而陽極室質子則到達陰極，與氧等氧化劑反 應生成水，從而構成一個完整迴路。
[0005] MFC的電極作為電子受體為促進六價鉻汙染還原提供了一個新的思路，即插入電 極作為低成本、易維護電子接收體，將微生物氧化有機物產生的電子通過陽極和外電路傳 遞至陰極和六價鉻反應，加快陰極六價鉻汙染物的還原降解脫毒。利用MFC原位降解土壤 六價鉻汙染方法的關鍵步驟之一是對MFC構型進行設計，使得陽極微生物氧化有機物汙染 物產生的電子通過陽極和外電路到達陰極和六價鉻反應，從而加快土壤重金屬六價鉻汙染 物的降解和轉化。
[0006] 目前，MFC主要分為單室型（空氣陰極）和雙室型兩種類型。雙室MFC比單室MFC 結構複雜，需要陰極有較多電子受體以便提高陰極反應速率，而單室MFC結構相對簡單。兩 者在產電、汙染物降解轉化等具體應用上各有千秋，均有很大提升空間。
[0007] 目前公開的MFC大多針對陽極汙染物處置，多為能被微生物利用的有機汙染物燃 料，主要包括市政汙水、工廠排放的有機廢水、人畜糞便等，但針對作為電子受體的陰級汙 染物、特別是重金屬元素六價鉻的MFC還未見報導。另外，土壤難以抽吸或泵入MFC陰極室， 達不到汙染土壤原位處理和修復的目的，因此傳統的MFC裝置也不適合原位處理土壤重金 屬汙染物六價鉻。 實用新型內容
[0008] 為解決上述問題，本實用新型提供一種可原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的MFC 裝直。
[0009] 本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：一種原位修復重金屬六價鉻汙 染土壤的MFC裝置，包括陽極組和陰極組，貼附於所述陰極組設有隔膜，所述陽極組和陰極 組相互隔開埋於汙染土壤中並通過導線連接。
[0010] 進一步作為本實用新型技術方案的改進，所述陽極組包括若干棒狀的陽極單體， 各所述陽極單體通過導線導通形成陽極組。
[0011] 進一步作為本實用新型技術方案的改進，所述陽極單體為石墨棒或碳纖維氈。
[0012] 進一步作為本實用新型技術方案的改進，所述陰極組包括若干板狀的陰極單體， 以便於增大膜陰極單體與電子受體的接觸面，貼附於所述陰極單體的單面或兩面設有隔 膜，各所述陰極單體通過導線導通形成陰極組。
[0013] 進一步作為本實用新型技術方案的改進，所述陰極單體為碳纖維氈或碳纖維刷或 石墨顆粒或碳布。
[0014] 進一步作為本實用新型技術方案的改進，所述隔膜為陰/陽離子交換膜或高強度 微孔濾布。
[0015] 本實用新型的有益效果：本裝置在使用時，分別將陽極組和陰極組埋於汙染土壤 中，陽極組就地利用土壤中的有機物作為燃料，產生的電子通過陽極和導線到達陰極組，對 吸附在陰極組的重金屬六價鉻進行還原，以從而促進土壤重金屬六價鉻汙染物的降解和轉 化，實現六價鉻重金屬汙染土壤的原位修復。本實用新型摒棄現有技術中單室型(空氣陰 極）和雙室型兩種類型的技術方案，造價較低，無需通氣耗能，陰極組和陽極組可根據實際 情況來組合優化，使用方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：
[0017] 圖1是本實用新型實施例結構示意圖；
[0018] 圖2是本實用新型降解六價鉻的實際效果圖。
【具體實施方式】
[0019] 參照圖1，本實用新型提供了一種原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的MFC裝置，包 括陽極組1和陰極組2,所述陽極組1和陰極組2相互隔開埋於汙染土壤中並通過導線3連 接。所述陽極組1包括若干棒狀的陽極單體11，所述陽極單體11為石墨棒或碳纖維氈。各 所述陽極單體11通過導線3導通形成陽極組1。所述陰極組2包括若干板狀的陰極單體 21，所述陰極單體21為碳纖維氈或碳纖維刷或石墨顆粒或碳布。貼附於所述陰極單體21 的單面或兩面設有隔膜，各所述陰極單體21通過導線3導通形成陰極組2。所述隔膜為陰 /陽離子交換膜或高強度微孔濾布。
[0020] 參照圖2,將本實用新型的土壤微生物燃料電池的陰極組2和陽極組1均埋於汙 染土壤中，通過導線3連接。人為調節淹水土壤初始六價鉻含量至100mg/L，設置不用MFC 處理為空白，埋入MFC但開路狀態作為對照。經過三天，空白處理中六價鉻含量下降了不到 10mg/L，而對照處理下降了約30%，而電池正常運行3天狀態下，土壤中六價鉻已經下降至 約55mg/L。另外，經過15天處理，空白處理中六價鉻下降了約15%，對照中下降了約40%， 而正常運行電池處理中，土壤六價鉻幾乎已經全部降解轉化。本實用新型通過上述設計摒 棄現有技術中單室型（空氣陰極）和雙室型兩種類型的技術方案，採用原位修復工藝，造價 較低，無需通氣耗能，陰極組2和陽極組1可根據實際情況來組合優化，使用方便。
[0021] 當然，本發明創造並不局限於上述實施方式，熟悉本領域的技術人員在不違背本 實用新型精神的前提下還可作出等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請 權利要求所限定的範圍內。
【權利要求】
1. 一種原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的MFC裝置，其特徵在於：包括陽極組和陰極 組，貼附於所述陰極組設有隔膜，所述陽極組和陰極組相互隔開埋於汙染土壤中並通過導 線連接。
2.根據權利要求1所述的原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的MFC裝置，其特徵在於： 所述陽極組包括若干棒狀的陽極單體，各所述陽極單體通過導線導通形成陽極組。
3.根據權利要求2所述的原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的MFC裝置，其特徵在於： 所述陽極單體為石墨棒或碳纖維氈。
4.根據權利要求1所述的原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的MFC裝置，其特徵在於： 所述陰極組包括若干板狀的陰極單體，貼附於所述陰極單體的單面或兩面設有隔膜，各所 述陰極單體通過導線導通形成陰極組。
5.根據權利要求4所述的原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的MFC裝置，其特徵在於： 所述陰極單體為碳纖維氈或碳纖維刷或石墨顆粒或碳布。
6.根據權利要求4所述的原位修復重金屬六價鉻汙染土壤的MFC裝置，其特徵在於： 所述隔膜為陰/陽離子交換膜或高強度微孔濾布。
【文檔編號】B09C1/08GK203862665SQ201420221484
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】陶亮, 萬開, 劉承帥, 吳對林, 李芳柏, 黃奐彥, 曾彩明 申請人:東莞市環境科學研究所, 廣東省生態環境與土壤研究所