CN108163982A - 一种内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统。包括进水管、双层池体、多孔集水管、水生植物、可旋转弯头和U型排水管；双层池体包括产电内层、非产电外层和自由水层；自由水层中生长水生藻类；污水进入产电内层区底部，污水中的有机污染物被产电微生物降解。水流向上流动，发生硝化、反硝化脱氮。水流由自由水层上方的过水孔进入非产电外层，加快复氧；非产电外层通过填料的过滤作用截留自由水层中的水生藻类，同时进一步去除水中污染物。本发明将微生物燃料电池技术与传统生态水体净化技术集成，并将产电微生物与水藻的净化功能相耦合，将高效有机碳代谢、氮磷的去除紧凑的控制在同一个生态水体净化系统中。

Description

一种内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统
技术领域
本发明属于污水治理领域，具体涉及一种内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统。
背景技术
随着社会经济的快速发展，我国水环境形势日益严峻。水体污染引发的众多问题令人堪忧，各地都相继开展了污染水体的整治工作。在此情况下，城市点源污染治理取得了一定的成果，但在广大农村地区，水体污染问题却愈加突显。农村污水治理已成为当下水环境事业的重中之重。
农村污染具有量大面广、分散性、空间异质性等特点，加之农村的污染治理及运行维护技术力量薄弱，急需投资及运行成本低、处理效果好、运行稳定、维护管理简单的水处理技术。
生态修复方法与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，适合于技术管理水平不高、规模较小的城镇或乡村的污水处理。然而工程实践发现，为保证水中碳、氮的去除，通常需要较大面积来完成有机碳去除及硝化、反硝化过程，限制了该技术的工程推广。
针对这一问题，本发明通过内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统，利用产电微生物及水生藻类的协同作用，将污水中的有机碳代谢、微生物脱氮及吸附共沉淀除磷过程紧凑的控制在同一个生态水体净化系统中，并实现高效去除。该系统具有投资省、运行管理方便，兼具美观的功能，特别适用于以碳氮磷为污染物的生活污水及工业废水的处理。
发明内容
本发明的目的是针对现有生态水体净化技术结构不紧凑，占地规模较大的问题，提供了一种内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统。
内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统，包括进水管、双层池体、多孔集水管、水生植物、可旋转弯头和U型排水管；双层池体包括产电内层、非产电外层和自由水层；产电内层与非产电外层底部分隔；
产电内层底部与进水相连，中部填充导电颗粒填料，导电颗粒填料上方为自由水层，自由水层上有过水孔，自由水层中生长水生藻类；产电内层导电颗粒填料填充区与自由水层高度比例为10:1-3:1；
非产电外层内填充非导电颗粒填料, 导电颗粒填料及非导电颗粒填料上均种植水生植物。
所述导电颗粒填料为活性炭、生物炭、焦炭和金属矿渣中的一种，粒径为1-10mm。
所述非导电颗粒填料为石英砂、石灰石、沸石和火山岩中的一种，粒径为5-20mm。
所述水生植物为美人蕉、芦苇和再力花中的一种。
所述水生藻类为小球藻、螺旋藻、金藻、水网藻中的一种或几种。
利用内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统处理污水步骤为：
一、污水首先进入产电内层区底部，污水中的有机污染物被产电微生物降解，释放电子，从而成为微生物燃料电池的阳极，完成有机物的高效降解。
二、水流向上流动，大气复氧、水生植物根系泌氧及水生藻类光合作用释放氧气，使溶解氧浓度不断升高，到产电内层区顶部即微生物燃料电池的阴极区，发生硝化、反硝化脱氮。
三、水流由自由水层上方的过水孔进入非产电外层，通过调节可旋转弯头改变U型排水管的倾斜程度，能够控制非产电外层颗粒填料中的水位，使其呈现有自由水面/饱和/非饱和状态，加快复氧；非产电外层通过填料的过滤作用截留自由水层中的水生藻类，同时进一步去除水中污染物。
本发明将微生物燃料电池技术与传统生态水体净化技术集成，并将产电微生物与水藻的净化功能相耦合，充分发挥了各因素在污染物代谢过程中的优势，将高效有机碳代谢、氮磷的去除紧凑的控制在同一个生态水体净化系统中。
附图说明
图1为本发明一种内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统结构示意图。
图中标记：1-进水管；2-双层池体；2a-产电内层；2b-非产电外层；2c-自由水层;2ca-过水孔;3-多孔集水管;4-水生植物；5-可旋转弯头；6-U型排水管。
具体实施方式
以下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。
实施例：
内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统，如图1所示，包括进水管1、双层池体2、多孔集水管3、水生植物4、可旋转弯头5和U型排水管6；双层池体2包括产电内层2a、非产电外层2b和自由水层2c；自由水层2c上方有过水孔2ca；
产电内层2a横断面为圆形，直径为40cm，产电内层2a填充焦炭颗粒填料，粒径为5-8mm，填充区域高度80cm，自由水层2c高度为10cm，二者比例为8：1。
非产电外层2b横断面为圆形，直径为50cm，总高度为110cm;非产电外层2b填充石英砂填料，粒径为8-10mm，填充高度为90cm，焦炭颗粒和石英砂填料上均种植水生植物4美人蕉。
产电内层2a底部中心位置设进水管1，直径为15mm，非产电外层2b底部铺设环形结构多孔集水管3，多孔集水管3直径为20mm，环形直径为45cm，孔间距为5cm。
整个生态水体净化系统由有机玻璃制成，有效容积为90L,水力停留时间为1d,日处理量为90L/d。将U型排水管6垂直放置，使非产电外层2b呈饱和状态。
利用内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统处理污水步骤为：
一、污水首先进入产电内层2a区底部被产电微生物降解，释放电子，从而成为微生物燃料电池的阳极，完成有机物的高效降解。
二、水流向上流动，大气复氧、水生植物根系泌氧及水生藻类光合作用释放氧气，使溶解氧浓度不断升高，到产电内层区顶部（微生物燃料电池的阴极区），发生硝化、反硝化脱氮过程。
三、水流从自由水层2c上方的过水孔2ca进入非产电外层2b，通过调节可旋转弯头5改变U型排水管6的倾斜程度，控制非产电外层2b颗粒填料中的水位，使其呈现有自由水面/饱和/非饱和状态，加快复氧；非产电外层2b通过填料的过滤作用截留自由水层2c中的水生藻类，同时进一步去除水中污染物。

Claims (1)

1.一种内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统，其特征在于内导式菌藻一体微生物燃料电池生态水体净化系统包括进水管（1）、双层池体（2）、多孔集水管（3）、水生植物（4）、可旋转弯头（5）和U型排水管（6）；双层池体（2）包括产电内层（2a）、非产电外层(2b)和自由水层(2c)；产电内层(2a)与非产电外层(2b)底部分隔；
产电内层(2a)底部与进水相连，中部填充导电颗粒填料，导电颗粒填料上方为自由水层(2c)，自由水层(2c)上有过水孔(2ca)，自由水层(2c)中生长水生藻类；产电内层(2a)导电颗粒填料填充区与自由水层(2c)高度比例为10:1-3:1；
非产电外层(2b)内填充非导电颗粒填料, 导电颗粒填料及非导电颗粒填料上均种植水生植物(4)；
所述导电颗粒填料为活性炭、生物炭、焦炭和金属矿渣中的一种，粒径为1-10mm；
所述非导电颗粒填料为石英砂、石灰石、沸石和火山岩中的一种，粒径为5-20mm；
所述水生植物（4）为美人蕉、芦苇和再力花中的一种；
所述水生藻类为小球藻、螺旋藻、金藻、水网藻中的一种或几种。
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