植物-微生物電化學(xué)復(fù)合系統(tǒng)修復(fù)鉻污染土壤和同步產(chǎn)電.pdf

1、土壤是人類生存和發(fā)展中無(wú)法替代的資源，隨著重工業(yè)的發(fā)展，土壤重金屬污染已經(jīng)成為當(dāng)代人類面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題，其中由六價(jià)鉻導(dǎo)致的土壤污染日益嚴(yán)重。傳統(tǒng)的土壤六價(jià)鉻污染的治理方法主要為物理化學(xué)法，不僅資金消耗大，還有著藥劑殘留等難以克服的諸多缺點(diǎn)。植物修復(fù)由于其成本低，沒(méi)有二次污染，近年來(lái)受到人們的重視。本研究提出將植物與微生物燃料電池（MFC）耦合，構(gòu)建用于修復(fù)六價(jià)鉻污染土壤的植物微生物燃料電池（PMFC）系統(tǒng)，考察PMFC系統(tǒng)中六價(jià)鉻的去

2、除效果和系統(tǒng)的產(chǎn)電能力。
　　本研究構(gòu)造了一種新型單室PMFC，分別以白鶴芋（Spathiphyllum）和中華水韭（Isoetes sinensis）兩種植物啟動(dòng)反應(yīng)器，與無(wú)植物對(duì)照組對(duì)比，分析植物對(duì)六價(jià)鉻處理效果的影響。然后通過(guò)控制水力停留時(shí)間（HRT），開(kāi)路與閉路條件以及初始土壤六價(jià)鉻濃度的不同，分析這些因素對(duì)PMFC系統(tǒng)鉻去除效能的影響。
　　對(duì)比無(wú)植物組，白鶴芋和中華水韭的存在可以縮短反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)HRT為1

3、0h時(shí)產(chǎn)電性能最佳。此時(shí)無(wú)植物組最高輸出電壓為300mV，最大功率密度為18.35W/m2，白鶴芋組最高輸出電壓為403mV，最大功率密度為24.68W/m2，比無(wú)植物組增加34％。中華水韭45天后發(fā)生爛根現(xiàn)象，說(shuō)明其不適合在高濃度鉻環(huán)境下長(zhǎng)期生存。對(duì)反應(yīng)器出水中總鉻和六價(jià)鉻濃度的分析表明，白鶴芋PMFC出水的總鉻和六價(jià)鉻濃度均低于無(wú)植物的對(duì)照組。通過(guò)測(cè)定植物組織中鉻含量發(fā)現(xiàn)，白鶴芋能夠富集土壤中的鉻，并且根部鉻濃度最高，達(dá)到了102.

4、41mg/kg。
　　設(shè)置20mg/kg、100mg/kg和500mg/kg三組鉻濃度土壤種植白鶴芋，發(fā)現(xiàn)20mg/kg、100mg/kg鉻濃度下的PMFC啟動(dòng)時(shí)間依次為190h，200h，明顯快于500mg/kg的啟動(dòng)時(shí)間（377h）。100mg/kg的初始鉻濃度下，反應(yīng)器產(chǎn)電表現(xiàn)最好，最高電壓達(dá)到677mV，最大功率密度為25.81W/m2。對(duì)pH的測(cè)定表明，反應(yīng)器在運(yùn)行中始終保持中性略偏堿，這對(duì)白鶴芋和土壤微生物的生長(zhǎng)提供了

5、適宜的酸堿環(huán)境。對(duì)溶解氧（DO）的測(cè)定表明，白鶴芋的根際泌氧能夠提高PMFC系統(tǒng)氧含量。100mg/kg鉻濃度下的反應(yīng)器不其出水中TN濃度最低，降到了5.06mg/L。
　　在開(kāi)路和閉路兩種條件下運(yùn)行反應(yīng)器，閉路狀態(tài)下反應(yīng)器出水中總鉻和六價(jià)鉻濃度遠(yuǎn)低于同條件下的開(kāi)路反應(yīng)器。以100mg/kg鉻濃度下反應(yīng)器為例，開(kāi)路條件下最終出水中總鉻濃度為17.36mg/L，六價(jià)鉻濃度為13.96mg/L，而在閉路條件下出水中總鉻濃度只有0.88

6、6mg/L，六價(jià)鉻濃度降到了0.49mg/L，說(shuō)明微生物產(chǎn)電作用對(duì)鉻的去除影響巨大。對(duì)植物組織進(jìn)行分析，100mg/kg鉻濃度下閉路反應(yīng)器中白鶴芋的鮮重和干重最大，同時(shí)其植物組織中鉻濃度也最高，根中鉻濃度554.61mg/kg，莖中鉻濃度154.30mg/kg，葉中鉻濃度最低，只有29.61mg/kg，同條件下開(kāi)路反應(yīng)器中，白鶴芋根,莖和葉中鉻濃度依次為181.02mg/kg，65.91mg/kg和16.52mg/kg。閉路條件下白鶴芋