CN104003580A - 一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，包括微生物燃料电池型湿地主体和电化学消毒池，微生物燃料电池型湿地主体从下向上依次设置填料、阳极、填料、阴极以及湿地植物，微生物燃料电池型湿地主体的出水通过水管流入电化学消毒池中，电化学消毒池中设有阳极和阴极，通过导线分别与微生物燃料电池型湿地主体内的阴极和阳极相连接，构成完整的闭合回路并产生电流，用于微生物燃料电池型湿地处理后出水的电化学消毒。本发明解决了湿地出水消毒成本高、维护操作复杂的难题，有效提高了湿地出水的安全性，特别适用于处理农村生活污水的人工湿地出水的消毒。
Description
技术领域
本发明属于能源与环境工程技术领域，涉及一种微生物燃料电池型湿地出水电化学消毒的污水处理方法。
背景技术
人工湿地是一种由人工建造和调控的湿地系统，通过其生态系统中物理、化学和生物作用的优化组合来进行污水处理。人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生植物组成，形成基质—植物—微生物生态系统。当污水通过该系统时，污染物质和营养物质被系统吸收、转化或分解，从而使水体得到净化。
微生物燃料电池是以阳极上(或阳极室内)的细菌为催化剂，将化学能直接转化为电能的方法。其原理是细菌降解有机物所产生的电子传输到阳极，再通过外电路负载到达阴极，由此产生电流；细菌降解有机物所产生的质子从阳极室通过分隔材料达到阴极，在阴极上与氧气生成水，完成电池内的电流传递。利用MFC不仅可以直接将水中的有机物降解，而且同时可以将有机物在微生物代谢过程中产生的电子直接转化为电流，从而获得能量。
MFC的阳极本质上属于厌氧处理过程，需要尽可能地增大阳极的比表面积，使其更容易吸附电子介体，从而提高电化学活性，而人工湿地恰恰具有较大的占地面积，且湿地基质通常具有很高的比表面积；不仅如此，湿地底部厌氧环境占优，而湿地表面以好氧环境为主，为构建阳极区和阴极区创造了天生的条件。这些都提示我们，可以很容易运用MFC原理对经典人工湿地进行改造。
电化学消毒就是让被消毒对象通过电化学装置，从而达到杀菌、消毒的目的。徐文英等人的研究表明用电化学方法二沉池出水进行消毒是可行的,消毒效果好,耗电少,杀菌率随电流、处理时间的增加而提高。清华大学研究人员研究表明生活污水经生物接触氧化、活性炭吸附后,流经电化学消毒器停留20s、耗电0.30kWh/m3、消毒器出水放置1h后,总大肠菌群数<3个/L,满足生活杂用水的卫生学指标。
将湿地与微生物燃料电池耦合，在处理污水的同时可以产生电能。但是经微生物燃料电池型湿地处理的污水出水中仍然可能含有一定数量的病原菌，对人类健康有潜在风险。而且传统的加氯消毒和紫外消毒等工艺的设备或药剂成本较高，对管理人员的技术水平要求高，不适用于农村生活污水尾水的消毒。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种装置制造成本低，维护简单，污染物去除效率高，电化学消毒中不需要外加电压，并可有效去除湿地出水中的病原菌，特别适用于农村生活污水处理尾水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统。
本发明所采用的技术方案是：一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，包括微生物燃料电池型湿地主体和电化学消毒池；
所述微生物燃料电池型湿地主体从下向上依次设置有填料、阳极、填料、阴极以及湿地植物，微生物燃料电池型湿地主体的一侧下部设有微生物燃料电池型湿地进水口，另一侧顶部设有微生物燃料电池型湿地出水口；
所述电化学消毒池中设有阳极电极和阴极电极，电化学消毒池的一侧下部设有电化学消毒池进水口，另一侧顶部设有电化学消毒池出水口；
所述微生物燃料电池型湿地出水口与电化学消毒池进水口之间通过水管贯通连接，待处理污水从微生物燃料电池型湿地进水口进入，经微生物燃料电池型湿地处理后，微生物燃料电池型湿地主体的出水通过所述水管流入电化学消毒池中，所述电化学消毒池中的阳极电极和阴极电极通过导线分别与微生物燃料电池型湿地主体内的阴极和阳极相连接，构成完整的闭合回路并产生电流，对微生物燃料电池型湿地处理后出水进行电化学消毒。
作为优选，所述微生物燃料电池型湿地主体的阳极和阴极采用碳材料。
作为优选，所述微生物燃料电池型湿地主体中阳极碳材料是碳颗粒或碳毡。
作为优选，所述微生物燃料电池型湿地主体中阴极碳材料是碳布或活性炭纤维。
作为优选，所述填料的填料层采用砾石、陶粒或是煤渣。
作为优选，所述湿地植物选择根系较发达且泌氧能力较强的水生植物，如芦苇或是美人蕉。
作为优选，所述电化学消毒池中的阳极电极采用钛基涂层电极Ti/RuO2-IrO2-SnO2，阴极电极采用0.5mm不锈钢钢板。
作为优选，所述待处理污水在微生物燃料电池型湿地主体中的停留时间为1—2天。
作为优选，所述电化学消毒池的水力停留时间为5—8分钟。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明结构简单，仅需在微生物燃料电池型湿地和电化学消毒池之间连接两根导线即可。
2、和传统湿地相比，微生物燃料电池型湿地对污染物的去除效果更好。
3、电化学消毒所需电能低，完全可以利用微生物燃料电池型湿地产生的电能，不需要外加电压，有效利用和节约了能源，且消毒过程中不会产生二次污染问题。
4、电化学消毒不仅可以去除湿地出水中的病原菌，还可利用氧化或还原特性去除湿地出水中未被去除的部分离子性杂质，并且电化学消毒具有持续杀菌能力，提高污水系统的处理效果。
5、该装置操作简单，运行费用极低，适于处理农村生活污水并完成对出水的消毒。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，包括微生物燃料电池型湿地主体5和电化学消毒池10；
所述微生物燃料电池型湿地主体5从下向上依次设置有填料2、阳极3、填料2、阴极4以及湿地植物6，阳极3采用碳颗粒，阴极4采用碳布，填料2的填料层采用砾石，湿地植物6选择芦苇，微生物燃料电池型湿地主体5的一侧下部设有微生物燃料电池型湿地进水口1，另一侧顶部设有微生物燃料电池型湿地出水口12；
所述电化学消毒池10中设有阳极电极8和阴极电极9，阳极电极8采用钛基涂层电极Ti/RuO2-IrO2-SnO2，阴极电极9采用不锈钢钢板，电化学消毒池10的一侧下部设有电化学消毒池进水口14，另一侧顶部设有电化学消毒池出水口11；
所述微生物燃料电池型湿地出水口12与电化学消毒池进水口14之间通过水管13贯通连接，待处理污水从微生物燃料电池型湿地进水口1进入，待处理污水在微生物燃料电池型湿地主体5中的停留时间为1—2天，经微生物燃料电池型湿地处理后，微生物燃料电池型湿地主体5的出水通过所述水管13流入电化学消毒池10中，电化学消毒池10的水力停留时间为5—8分钟，所述电化学消毒池10中的阳极电极8和阴极电极9通过导线7分别与微生物燃料电池型湿地主体5内的阴极4和阳极3相连接，构成完整的闭合回路并产生电流，对微生物燃料电池型湿地处理后出水进行电化学消毒。
由于湿地出水中可能含有大量病原菌，使得出水水质不达标，而且传统的消毒工艺能耗太高，费用也高，增加了农村污水处理的费用。而电化学消毒技术所需电能低，完全可以利用微生物燃料电池型湿地产生的电能，不需要外加能源。待处理污水从湿地下方进入，经微生物燃料电池型湿地处理后，从湿地上方出口通过水管进入电化学消毒池下部进水口，微生物燃料电池型湿地主体产生的电流经过导线进入电化学消毒池，对微生物燃料电池型湿地处理后出水进行消毒，处理后的污水统一回用或达标排放。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，其特征在于：包括微生物燃料电池型湿地主体和电化学消毒池；
所述微生物燃料电池型湿地主体从下向上依次设置有填料、阳极、填料、阴极以及湿地植物，微生物燃料电池型湿地主体的一侧下部设有微生物燃料电池型湿地进水口，另一侧顶部设有微生物燃料电池型湿地出水口；
所述电化学消毒池中设有阳极电极和阴极电极，电化学消毒池的一侧下部设有电化学消毒池进水口，另一侧顶部设有电化学消毒池出水口；
所述微生物燃料电池型湿地出水口与电化学消毒池进水口之间通过水管贯通连接，待处理污水从微生物燃料电池型湿地进水口进入，经微生物燃料电池型湿地处理后，微生物燃料电池型湿地主体的出水通过所述水管流入电化学消毒池中，所述电化学消毒池中的阳极电极和阴极电极通过导线分别与微生物燃料电池型湿地主体内的阴极和阳极相连接，构成完整的闭合回路并产生电流，对微生物燃料电池型湿地处理后出水进行电化学消毒。
2.根据权利要求1所述的一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，其特征在于：所述微生物燃料电池型湿地主体的阳极和阴极采用碳材料。
3.根据权利要求2所述的一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，其特征在于：所述微生物燃料电池型湿地主体中阳极碳材料是碳颗粒或碳毡。
4.根据权利要求2所述的一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，其特征在于：所述微生物燃料电池型湿地主体阴极碳材料是碳布或活性炭纤维。
5.根据权利要求1所述的一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，其特征在于：所述填料的填料层采用砾石、陶粒或是煤渣。
6.根据权利要求1所述的一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，其特征在于：所述湿地植物选择根系较发达且泌氧能力较强的水生植物。
7.根据权利要求6所述的一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，其特征在于：所述水生植物是芦苇或是美人蕉。
8.根据权利要求1所述的一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，其特征在于：所述电化学消毒池中的阳极电极采用钛基涂层电极Ti/RuO2-IrO2-SnO2，阴极电极采用0.5mm不锈钢钢板。
9.根据权利要求1所述的一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，其特征在于：所述待处理污水在微生物燃料电池型湿地主体中的停留时间为1—2天。
10.根据权利要求1所述的一种处理生活污水的湿地产电并用于湿地出水电化学消毒的系统，其特征在于：所述电化学消毒池的水力停留时间为5—8分钟。
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