CN105502832A - 微曝气微生物燃料电池人工湿地水体净化方法 - Google Patents

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丁彦礼
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Abstract

本发明公开了一种微曝气微生物燃料电池人工湿地水体净化方法。污水由底部进水管流入，经布水区后向上流入床体底部，床体底层的厌氧环境形成微生物燃料电池的阳极区，产电微生物氧化有机底物释放电子和质子，其中电子通过导电填料、质子通过污水向上传导至阴极区，阴极区中布设微曝气系统，向阴极区提供氧气作为电子受体发生氧化反应，处理后出水由出水管流出。本发明无需外接电路，将阳极区产生的电子在床体内部传导，并通过微曝气形式增加作为电子受体的氧浓度，强化人工湿地床体的阴极区域功能，从而消除了传统外接电路微生物燃料电池人工湿地因两极间距过大造成的内阻过高，产电率低，净化效果差的难题。

Description

微曝气微生物燃料电池人工湿地水体净化方法
技术领域
本发明属一种污水治理方法，特别涉及一种微曝气微生物燃料电池人工湿地产电原位利用水体净化方法。
背景技术
随着中国工业化进程的加快，水环境污染整治面临着越来越大的挑战。人工湿地是一种天然净化与人工强化相结合的复合工艺，能够根据污水量的大小采取合适的规模与之适应，可用于污染水体的直接处理及深度处理；人工湿地和传统的二级生化处理相比，具有建造及运行费用低、维护简单等优点，比较适合于技术管理水平不是很高、规模较小的城镇或乡村的污水处理。在促进废水中污染物质良性循环的前提下，可充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，从而获得污水处理与资源化的最佳效益，得到越来越广泛的研究及应用。
前人对人工湿地的研究发现，人工湿地处理中、低有机负荷的污水效果较好，当处理高有机负荷污水时，净化效果有所下降，且处理单位水所需土地面积增大。本发明就是针对这一问题，将微生物燃料电池技术与人工湿地相结合，将人工湿地的产电功能转化为提升人工湿地净化性能的源动力，将产生的生物质能外输转变为电子的原位利用，从而有效的提高人工湿地的净化性能。
发明内容
本发明的目的是利用具有导电能力填料的填充，将人工湿地主体填料区自然分划为微生物燃料电池阴极和阳极，并通过微曝气方式强化阴极区的电子受体浓度，解决了传统人工湿地难以处理高有机负荷污水的问题，也解决了传统外接电路微生物燃料电池人工湿地因两极间距过大造成的内阻过高、净化效果不佳的问题。
具体步骤为：
一、建立一个微曝气微生物燃料电池人工湿地水体净化装置，包括布水区、主体填料区、集水区、湿生挺水植物、导电填料颗粒、进水管、阳极区、阴极区、出水管和微曝气系统。
从下到上依次为布水区、主体填料区和集水区，布水区一侧有进水管；主体填料区下部为阳极区、上部为阴极区，主体填料区内部填充导电填料颗粒；在主体填料区的阴极区设置微曝气系统，向阴极区供氧作为电子受体，强化了阴极区电子受体浓度；集水区顶部的一侧有出水管、上部有湿生挺水植物；布水区和集水区内部填充粒径为20mm-50mm鹅卵石或碎石；。
所述导电填料颗粒为粒径0.1-15mm的具有导电性能的石墨、活性炭、生物碳和金属矿石中的一种。
所述湿生挺水植物为美人蕉、芦苇和香蒲中的一种或两种。
二、污水由微曝气微生物燃料电池人工湿地水体净化装置底部的进水管流入，经布水区后，垂直向上流过主体填料区，在顶端汇入集水区，最后由出水管流出系统，采用连续进水方式，进水为生活污水，水力停留时间为1d。
水中的污染物在流经上述微生物燃料电池人工湿地系统过程中，在电子供体（有机物）及电子受体（氧或氮氧化物等氧化物）浓差作用下，人工湿地主体填料区自然分划为微生物燃料电池阴极和阳极，形成两极界面，从而消除了传统外接电路微生物燃料电池人工湿地因两极间距过大造成的内阻过高问题。
微生物燃料电池人工湿地床体底层的厌氧环境形成微生物燃料电池的阳极区，产电微生物氧化有机底物释放电子和质子，其中电子通过导电填料、质子通过污水向上传导至床体上半部分的阴极区，以氧及氮氧化物等作为电子受体发生反应。电子及质子不断传输的同时，伴随着氧化、还原反应的持续发生，有机物被高效降解，解决了传统人工湿地处理有机负荷低的难题，提升了净化性能。
采用本发明对城镇及农村生活污水、食品加工业等工业有机废水进行处理，能大大提高净化效果，减少占地，在取得高效污染物去除效果的同时，具有运行稳定、投资运行费用低、管理方便、美观实用等优点。
附图说明
图1为本发明实施例微曝气微生物燃料电池人工湿地水体净化装置结构示意图。
图中标记：1-布水区；2-主体填料区；3-集水区；4-湿生挺水植物；5-导电填料颗粒；6-进水管；7-阳极区；8-阴极区；9-出水管；10-微曝气系统。
具体实施方式
实施例：
一、如图1所示，建立一个圆柱形上向微曝气微生物燃料电池人工湿地水体净化装置，包括布水区1、主体填料区2、集水区3、湿生挺水植物4、导电填料颗粒5、进水管6、阳极区7、阴极区8、出水管9和微曝气系统10，底面直径为160mm，布水区1高度为5cm，主体填料区2高度为70cm，集水区3高度为5cm，底面以上45cm处设置微曝气系统10，由微孔曝气管外接曝气机组成，有效容积为16L，整个人工湿地由PVC管制成，进水管6口径为15mm，出水管9口径为20mm。
从下到上依次为布水区1、主体填料区2和集水区3，布水区1一侧有进水管6；主体填料区2下部为阳极区7、上部为阴极区8，主体填料区2内部填充导电填料颗粒5；在主体填料区2的阴极区7设置的微曝气系统10，向阴极区7供氧作为电子受体，强化了阴极区7电子受体浓度；集水区3顶端一侧有出水管9、上部有湿生挺水植物4；布水区1和集水区3内部填充粒径为20mm-50mm鹅卵石或碎石。
所述导电填料颗粒5为粒径5mm-8mm具有导电性能的活性炭颗粒。
所述湿生挺水植物4为美人蕉。
二、污水由微曝气微生物燃料电池人工湿地水体净化装置底部的进水管6流入，经布水区1后，垂直向上流过主体填料区2，在顶端汇入集水区3，最后由出水管9流出系统，采用连续进水方式，进水为生活污水，水力停留时间为1d,日处理量为16L/d。
原水水质和经过本系统处理后的出水水质见表1。
如表1所示，经过连续1个月运行的实验结果表明：该均匀流人工湿地处理系统可以有效去除有机物。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种微曝气微生物燃料电池人工湿地水体净化方法，其特征在于具体步骤为：
一、建立一个微曝气微生物燃料电池人工湿地水体净化装置，包括布水区（1）、主体填料区（2）、集水区（3）、湿生挺水植物（4）、导电填料颗粒(5)、进水管(6)、阳极区(7)、阴极区(8)、出水管(9)和微曝气系统（10）;
从下到上依次为布水区(1)、主体填料区(2)和集水区(3)，布水区(1)一侧有进水管(6)；主体填料区(2)下部为阳极区(7)、上部为阴极区(8)，主体填料区(2)内部填充导电填料颗粒(5)；在主体填料区(2)的阴极区(8)设置微曝气系统(10),集水区(3)顶部的一侧有出水管(9)、上部有湿生挺水植物(4)；布水区(1)和集水区(3)内部填充粒径为20mm-50mm鹅卵石或碎石;
所述导电填料颗粒(5)为粒径0.1-15mm的具有导电性能的石墨、活性炭、生物碳和金属矿石中的一种;
所述湿生挺水植物(4)为美人蕉、芦苇和香蒲中的一种或两种;
二、污水由微曝气微生物燃料电池人工湿地产电原位利用水体净化装置底部的进水管(6)流入，经布水区(1)后，垂直向上流过主体填料区(2)，在顶端汇入集水区(3)，最后由出水管(9)流出系统，采用连续进水方式，进水为生活污水。
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