CN114824397B - 一种用于河湖污染生态修复的植物电化学装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于河湖污染生态修复的植物电化学装置及其使用方法，包括沉积物，沉积物内设有若干第一电极，第一电极包括若干交错设置的柱体，柱体外侧设有导电层，导电层电性连接有外部电源，沉积物内分别对称固接有若干立柱，若干立柱之间通过固定机构固接有第二电极，第二电极位于水体表面，第二电极与外部电源电性连接，水体表面上设有若干生态景观浮岛。本发明通过外部电源使第一电极和第二电极形成闭合回路，当使用外电阻运行时，装置具有处理沉积物有机污染的作用，当使用电源管理系统时，在分解处理污染物的同时可以经升压、储电和放电系统供给低功率用电器使用，符合可持续发展的理念。

Description

一种用于河湖污染生态修复的植物电化学装置及其方法

技术领域

本发明涉及污染治理技术领域，特别是涉及一种用于河湖污染生态修复的植物电化学装置及其方法。

背景技术

工业废水及居民生活污水通常含有大量的污染物，这些污染物大量通过污水排放、冲刷以及降雨等方式进入河流湖泊，从而造成了河湖水体污染，水体中大量的污染物又会逐渐沉积到河床或湖泊底部的淤泥之中。当河道两侧进行截污纳管工程治理后，河湖底泥中的污染物仍会向上覆水体中扩散，形成二次污染，因此河湖污染整治必须对富含污染物的底泥进行处理。

传统的淤泥处置方式往往采用异位处理法，将河湖底泥进行机械清淤，淤泥疏浚出水体后进行脱水、固化填土处理，水分经投药絮凝沉降等处理后排回原位。该方式见效快但会对水体环境产生剧烈扰动，底泥污染物被迅速释放加剧二次污染，同时对河底生态结构具有强烈的破坏性。因而更加环保、彻底而行之有效的底泥处理方式的研究就十分必要。

有部分研究人员提出，可以利用微生物细菌作为催化剂，氧化分解污染物的同时输出电能，构建沉积物微生物燃料电池SMFC。所述沉积物微生物燃料电池阳极插入沉积物中，阴极置于上覆水体表面，通过导线连接阴阳极并接入电阻，电极材料一般选择石墨、碳毡、碳布等导电材料。上述装置因材料强度不足、成本较高、效率不足等问题存在，投入现场施工使用的难度较大，且在水面捆绑悬吊阴极材料会造成亲水景观的不和谐。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于河湖污染生态修复的植物电化学装置及其方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，包括沉积物，所述沉积物内设有若干第一电极，所述第一电极包括若干交错设置的柱体，所述柱体外侧设有导电层，所述导电层电性连接有外部电源，所述沉积物内分别对称固接有若干立柱，若干所述立柱之间通过固定机构固接有第二电极，所述第二电极位于水体表面，所述第二电极与所述外部电源电性连接，所述水体表面上设有若干生态景观浮岛。

优选的，所述柱体外侧中空，所述柱体的外表面设有若干第一圆孔，所述第一圆孔内嵌设有所述导电层。

优选的，所述导电层为碳纳米管、石墨烯和导电石墨中的一种。

优选的，所述第二电极包括电极片，所述电极片与所述外部电源电性连接，所述电极片的底部与所述固定机构固定连接。

优选的，所述电极片包括钛网，所述钛网的两侧分别固接有石墨 毡，所述石墨毡远离所述钛网的一侧固接有尼龙网，位于所述钛网底 部的所述尼龙网的底部固接有所述固定机构。

优选的，所述固定机构包括固接在所述电极片底面中心的接头，所述接头设有若干接口，所述接口内通过锁紧部固接并连通有连接管，所述连接管与所述电极片的底面固接，所述接头内穿设有缆绳，所述缆绳穿过所述连接管并与所述立柱固接。

优选的，任意所述连接管的两侧分别固接有两个浮球。

优选的，所述锁紧部包括锁紧管，所述锁紧管的一端与所述连接管固接并连通，所述锁紧管的另一端通过弹性件与所述接口固接并连通。

优选的，所述接口内对称设有第一凹槽，所述第一凹槽内固接有第一弹簧的一端，所述第一弹簧的另一端固接有限位座，所述限位座与所述第一凹槽滑动连接，所述锁紧管的外壁上设有两个限位环，两个所述限位环与所述锁紧管抵接，所述限位环的外壁与所述接口的内壁抵接。

一种用于河湖污染生态修复的植物电化学装置的使用方法，包括以下步骤：

a、安装第一电极，将第一电极放置在沉积物内；

b、制作第二电极，将第二电极通过固定机构与立柱连接；

c、步骤a中的第一电极和步骤b中的第二电极通电；与生态景观浮岛共同作用。

本发明公开了以下技术效果：将位于沉积物内的第一电极设为阳极，位于水体表面的第二电极设为阴极，柱体采用易导电的金属材料，柱体内中空，易于压入底泥，通过在将若干柱体交错设置，并在柱体外侧设置导电层，增大了第一电极沉积物接触的面积，有助于沉积物中的微生物富集，增强微生物附着和增值，增大燃料电池功率，提高污染物分解效率，生态景观浮岛在通过根系泌氧、影响氧化还原电位、提高装置发电功率和沉积物有机污染物处理效率的同时，针对富营养化的水体起到降解COD、去磷和固氮的作用，抑制藻类生长，削减水体中的污染负荷，亦可减少水体污染物向底泥中的沉积，改善动植物生长环境，再造自然生态平衡，同时具有强烈的环境景观功能。本发明通过外部电源使第一电极和第二电极形成闭合回路，当使用外电阻运行时，装置具有处理沉积物有机污染的作用，当使用电源管理系统时，在分解处理污染物的同时可以经升压、储电和放电系统供给低功率用电器使用，符合可持续发展的理念。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中用于河湖污染生态修复的植物电化学装置的结构示意图；

图2电极片的底部视图；

图3为锁紧件的结构示意图；

图4为电极片的结构示意图；

图5为柱体的结构示意图；

其中：1、沉积物；2、第一电极；3、水体表面；4、第二电极； 5、外部电源；6、柱体；7、导电层；8、第一钛丝；9、第一接线端 子；10、第一铜线；11、立柱；12、电极片；14、生态景观浮岛；15、尼龙网；16、石墨毡；17、钛网；18、连接管；19、接头；20、浮球；22、第二钛丝；23、第二接线端子；24、第二铜线；25、缆绳；26、锁紧管；27、第一凹槽；28、第一弹簧；29、限位座；30、限位环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-5，本发明提供一种用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，包括沉积物1，沉积物1内设有若干第一电极2，第一电极2包括若干交错设置的柱体6，柱体外侧设有导电层7，导电层7电性连接有外部电源5，沉积物1内分别对称固接有若干立柱11，若干立柱11之间通过固定机构固接有第二电极4，第二电极4位于水体表面3，第二电极4与外部电源5电性连接，水体表面3上设有若干生态景观浮岛14。

将位于沉积物1内的第一电极2设为阳极，位于水体表面3的第二电极4设为阴极，柱体6采用易导电的金属材料，柱体6内中空，易于压入底泥，通过在将若干柱体6交错设置，并在柱体6外侧设置导电层，增大了第一电极2沉积物1接触的面积，有助于沉积物1中的微生物富集，增强微生物附着和增值，增大燃料电池功率，提高污染物分解效率，生态景观浮岛14在通过根系泌氧、影响氧化还原电位、提高装置发电功率和沉积物有机污染物处理效率的同时，针对富营养化的水体起到降解COD、去磷和固氮的作用，抑制藻类生长，削减水体中的污染负荷，亦可减少水体污染物向底泥中的沉积，改善动植物生长环境，再造自然生态平衡，同时具有强烈的环境景观功能。

进一步优化方案，柱体6内中空，柱体6的外表面设有若干第一圆孔，第一圆孔内嵌设有导电层7。将直径1.5mm的第一钛丝8一端沿侧壁穿插入柱体6中，一端引至岸上，通过第一接线端子9连接第一铜线10形成钛-铜导线，作为电池负极接入外部电源5一端。

进一步优化方案，导电层7为碳纳米管、石墨烯和导电石墨中的一种。

进一步优化方案，第二电极4包括电极片12，电极片12与外部电源5电性连接，电极片12的底部与固定机构固定连接。

第二电极4固接有第二钛丝22，第二通过第二接线端子23和第二铜线24与外部电源5电性连接。

进一步优化方案，电极片12包括钛网17，钛网17的两侧分别固接有石墨毡16，石墨毡16远离钛网17的一侧固接有尼龙网15，位于钛网17底部的尼龙网15的底部固接有固定机构。

使用钛丝编织网状结构形成钛网17，节点用细钛丝固定，钛网17两侧覆石墨毡16，用细钛丝穿插缝合后两侧覆4目尼龙网15，使 用鱼线缝合固定。钛网预留一条边为长第二钛丝22，引至岸上，通 过第二接线端子23连接第二铜线24形成钛-铜导线，作为电池正极接入外部电源5一端。钛网17可以增强电极导电性，维持电极片12 的形态，易于引出第二钛丝22形成闭合回路；石墨毡16作为空气阴极的主体，可以增大O₂供给，增大反应面积；尼龙网15覆于最外侧弥补石墨毡16物理强度的不足，为固定机构提供牢固的受力点。电极片12下的固定机构为空气阴极中心区域提供固定和浮力支撑，确使电极片12表面接触空气，漂浮位置居中且相对稳定。

进一步优化方案，固定机构包括固接在电极片12底面中心的接头19，接头19设有若干接口，接口内通过锁紧部固接并连通有连接管18，连接管18与电极片12的底面固接，接头19内穿设有缆绳25，缆绳25穿过连接管18并与立柱11固接。

进一步优化方案，任意连接管18的两侧分别固接有两个浮球20。

接头19与通过锁紧部与连接管18进行固定，将两条缆绳25中点打结固定为十字状，放置在接头19内，将缆绳25穿过连接管18并与立柱11进行固接。

进一步优化方案，锁紧部包括锁紧管26，锁紧管26的一端与连接管18固接并连通，锁紧管26的另一端通过弹性件与接口固接并连通。

进一步优化方案，接口内对称设有第一凹槽27，第一凹槽27内固接有第一弹簧28的一端，第一弹簧28的另一端固接有限位座29，限位座29与第一凹槽27滑动连接，锁紧管26的外壁上设有两个限位环30，两个限位环30与锁紧管26抵接，限位环30的外壁与接口的内壁抵接。

将连接管18与锁紧管26进行插接，并将锁紧管26插入接口内，在锁紧管26的限位环30滑动至限位座29的内侧后，在第一弹簧28的作用下使限位座29沿第一凹槽27向下滑动，并与锁紧管26的外壁抵接，对锁紧管26进行固定。

一种用于河湖污染生态修复的植物电化学装置的使用方法，包括以下步骤：

a、安装第一电极2，将第一电极2放置在沉积物1内；

通过在将若干柱体6交错设置在沉积物1内，并在柱体6外侧设置导电层，增大了第一电极2沉积物1接触的面积，有助于沉积物1中的微生物富集，增强微生物附着和增值，增大燃料电池功率，提高污染物分解效率；

b、制作第二电极4，将第二电极4通过固定机构与立柱11连接；

使用钛丝编织网状结构形成钛网17，节点用细钛丝固定，钛网17两侧覆石墨毡16，用细钛丝穿插缝合后两侧覆4目尼龙网15，使用鱼线缝合固定。钛网预留一条边为长第二钛丝22，引至岸上，通过第二接线端子23连接第二铜线24形成钛-铜导线，作为电池正极接入外部电源5一端；接头19与通过锁紧部与连接管18进行固定，将两条缆绳25中点打结固定为十字状，放置在接头19内，将缆绳25穿过连接管18并与立柱11进行固接；

c、步骤a中的第一电极2和步骤b中的第二电极4通电；与生态景观浮岛14共同作用。

通过外部电源5使第一电极2和第二电极4形成闭合回路，当使用外电阻运行时，装置具有处理沉积物有机污染的作用，当使用电源管理系统时，在分解处理污染物的同时可以经升压、储电和放电系统供给低功率用电器使用，符合可持续发展的理念。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为 对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，包括沉积物(1)，其特征在于：所述沉积物(1)内设有若干第一电极(2)，所述第一电极(2)包括若干交错设置的柱体(6)，所述柱体(6)外侧设有导电层(7)，所述导电层(7)电性连接有外部电源(5)，所述沉积物(1)内分别对称固接有若干立柱(11)，若干所述立柱(11)之间通过固定机构固接有第二电极(4)，所述第二电极(4)位于水体表面(3)，所述第二电极(4)与所述外部电源(5)电性连接，所述水体表面(3)上设有若干生态景观浮岛(14)。

2.根据权利要求1所述的用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，其特征在于：所述柱体(6)内中空，所述柱体(6)的外表面设有若干第一圆孔，所述第一圆孔内嵌设有所述导电层(7)。

3.根据权利要求2所述的用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，其特征在于：所述导电层(7)为碳纳米管、石墨烯和导电石墨中的一种。

4.根据权利要求1所述的用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，其特征在于：所述第二电极(4)包括电极片(12)，所述电极片(12)与所述外部电源(5)电性连接，所述电极片(12)的底部与所述固定机构固定连接。

5.根据权利要求4所述的用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，其特征在于：所述电极片(12)包括钛网(17)，所述钛网(17)的两侧分别固接有石墨毡(16)，所述石墨毡(16)远离所述钛网(17)的一侧固接有尼龙网(15)，位于所述钛网(17)底部的所述尼龙网(15)的底部固接有所述固定机构。

6.根据权利要求5所述的用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，其特征在于：所述固定机构包括固接在所述电极片(12)底面中心的接头(19)，所述接头(19)设有若干接口，所述接口内通过锁紧部固接并连通有连接管(18)，所述连接管(18)与所述电极片(12)的底面固接，所述接头(19)内穿设有缆绳(25)，所述缆绳(25)穿过所述连接管(18)并与所述立柱(11)固接。

7.根据权利要求6所述的用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，其特征在于：任意所述连接管(18)的两侧分别固接有两个浮球(20)。

8.根据权利要求7所述的用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，其特征在于：所述锁紧部包括锁紧管(26)，所述锁紧管(26)的一端与所述连接管(18)固接并连通，所述锁紧管(26)的另一端通过弹性件与所述接口固接并连通。

9.根据权利要求8所述的用于河湖污染生态修复的植物电化学装置，其特征在于：所述接口内对称设有第一凹槽(27)，所述第一凹槽(27)内固接有第一弹簧(28)的一端，所述第一弹簧(28)的另一端固接有限位座(29)，所述限位座(29)与所述第一凹槽(27)滑动连接，所述锁紧管(26)的外壁上设有两个限位环(30)，两个所述限位环(30)与所述锁紧管(26)抵接，所述限位环(30)的外壁与所述接口的内壁抵接。

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