CN109502732A - 微生物燃料电池人工湿地及其处理污水的方法 - Google Patents

微生物燃料电池人工湿地及其处理污水的方法 Download PDF

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张�诚
秦天玲
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Abstract

本发明提供了微生物燃料电池人工湿地，包括多介质滤床、设在多介质滤床下方的入流布水区和设在多介质滤床上方的出流集水区，多介质滤床的上层种植有挺水植物，人工湿地在出流集水区顶部对应设有水位控制出水口，人工湿地的好氧区铺设有至少一层阴极电极材料板，人工湿地的厌氧区铺设有至少两层阳极电极材料板，每层所述阳极电极材料板与所述阴极电极材料板均两两连成电池回路，多介质滤床还外接有曝气装置。本发明还公开了用该湿地处理污水的方法。本发明可方便地检测多个层位的微生物燃料电池的性能，利于调控污水处理效果及进行深入、复杂的研究；本发明使用曝气装置强化了湿地的污水处理效果。

Description

微生物燃料电池人工湿地及其处理污水的方法
技术领域
本发明涉及人工湿地水处理技术，尤其涉及一种微生物燃料电池人工湿地。
背景技术
目前，人工湿地作为一种低成本、低能耗的水处理技术得到人们的广泛关注与研究。人工湿地由挺水植物、多介质滤床和微生物群落通过物理、化学和生物的协同作用达到去除水中污染物的目的。
人工湿地能形成天然的好氧区和厌氧区，将其与微生物燃料电池处理技术相结合，形成了一种新型的研究水处理的装置——微生物燃料电池人工湿地，该技术在国内的研究尚不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种新型的微生物燃料电池人工湿地，该人工湿地包括多介质滤床、设在多介质滤床下方的入流布水区和设在多介质滤床上方的出流集水区，多介质滤床的上层种植有挺水植物，所述人工湿地在出流集水区顶部对应设有水位控制出水口，所述人工湿地的好氧区铺设有至少一层(如为两层)阴极电极材料板，所述人工湿地的厌氧区铺设有阳极电极材料板，所述阳极电极材料板沿厌氧区竖直高度方向设置为至少两层，作为微生物燃料电池人工湿地，每层所述阳极电极材料板与所述阴极电极材料板均两两连成电池回路，所述多介质滤床还外接有曝气装置，适于补充氧气。所述曝气装置可外接在水下五分之一深度处，即水位控制出水口下方水域，从水平面往下算五分之一深度处，对应高度的水中设置有阴极电极材料板。
任选地，所述曝气装置为外加的鼓风机。
任选地，所述微生物燃料电池人工湿地中的填料均经PVC(聚氯乙烯)多孔板固定。比如，所述人工湿地的承托层可采用PVC材质塑料板均匀打孔并辅以尼龙纱网或其它类似措施防止滤料渗出。
任选地，所述挺水植物为美人蕉，布置的密度可为5株/m2。
任选地，所述入流布水区与所述出流集水区中填充的均为粒径约9-15mm的砾石填料。
任选地，所述多介质滤床由粒径5-8mm的砾石填料填充。
任选地，每一所述电池回路中均设有开关(支路开关)，这样每一开关各控制一个电池回路。本发明的微生物燃料电池人工湿地还可将各所述电池回路连在一个总回路中，总回路中可设置控制总回路的开关(总开关，或叫干路开关)，总回路中还可设置电阻箱；各所述电池回路或总回路，还可连接电路检测系统，用于监测分析每个回路的电压和/或电流特性，这样就能通过电路监测装置测定相对应的、不同层位的人工湿地的微生物燃料电池性能，利于开展深入研究，运行维护也便捷。所述曝气装置可受所述电路检测系统控制，可在必要时辅以人工控制，以更好地调节湿地的功能。
本发明还公开了前述微生物燃料电池人工湿地，用于处理污水的用途，以及用前述微生物燃料电池人工湿地处理污水的方法。
任选地，所述污水的氨氮含量达到50-100mg/L，所述污水的来源可为畜禽养殖废水。
任选地，所述曝气装置曝气使曝气装置所在高度处污水的溶解氧，保持在2.5-3.5mg/L。所述曝气装置可间歇曝气。
本发明的有益效果包括：
本发明的微生物燃料电池人工湿地，可方便地检测多个层位的微生物燃料电池的性能，利于调控污水处理效果及进行深入、复杂的研究；本发明使用曝气装置强化了湿地的污水处理效果，本发明意外发现，曝气装置设置在水下五分之一深度处时，调控污水处理效果最好，很节能，而设在过高位置或过低的厌氧区，效果均不好，尤其是，本发明去除氨氮的时间可缩短20-40％。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
图2是本发明的电极材料板布置图。
图3是本发明的承托层多孔板图。
图中：1、电阻箱 2、电路开关 3、水位控制线 4、挺水植物 5、阀门 6、水位控制出水口 7、鼓风机 8、水质采样口 9、电极材料板 10、填料 11、承托层多孔板 12、进水管 13、供水泵 14、格栅 15、蝶阀 16、配水井
具体实施方式
参看附图，本发明一个具体实施方式的微生物燃料电池人工湿地包括多介质滤床，多介质滤床的上层种植挺水植物，下、上层分别设有入流布水区、出流集水区，分别连接供水系统、排水系统；所述人工湿地在出流集水区顶部对应设有水位控制出水口，所述人工湿地的好氧区铺设有两层阴极电极材料板，所述人工湿地的厌氧区铺设有阳极电极材料板，所述阳极电极材料板沿厌氧区竖直高度方向设置为三层，每层所述阳极电极材料板与所述阴极电极材料板均两两组成阳极阴极电池回路，所述多介质滤床还外接有曝气装置，曝气装置为鼓风机，外接在水下五分之一深度处，对应高度的水中设置有一层阴极电极材料板。
所述微生物燃料电池人工湿地中的填料均经PVC多孔板固定。所述人工湿地底部布置有承托层，承托层可用采用PVC材质塑料板均匀打孔并辅以尼龙纱网或其它类似措施防止滤料渗出。
所述挺水植物由美人蕉5株/m2布置而成。
所述入流布水区与所述出流集水区均由粒径约9-15mm的砾石填料填充，经多孔板固定。
所述多介质滤床由粒径约5-8mm的砾石填料填充。
每一所述电池回路中可均设有支路开关。本发明的微生物燃料电池人工湿地还可将各所述电池回路连在一个总回路中，总回路中可设置控制总回路的开关(总开关，或叫干路开关)，总回路中还可设置电阻箱；各所述电池回路或总回路，还可连接电路检测系统，用于监测分析每个回路的电压和/或电流特性。
另一方面，本发明公开了处理污水的方法，包括用前述微生物燃料电池人工湿地，进行污水处理：前述人工湿地中所述污水的总深度为1.6-1.8m，污水的来源为畜禽养殖废水，氨氮含量为100mg/L；污水处理时，鼓风机间歇进行曝气，使鼓风机所在高度处污水的溶解氧，保持在2.5-3.5mg/L。
本发明的工作原理解释如下：
将人工湿地的入流布水区、出流集水区分别连接供水系统、排水系统，闭合各电路开关2；配水井16中的氨氮污水经格栅14处理由供水泵13提升至本发明的微生物燃料电池人工湿地；曝气装置在水下五分之一深度处，进行间歇曝气，使曝气装置所在高度处污水的溶解氧，保持在2.5-3.5mg/L，监测氨氮去除效率，意外结果发现：
本实验污水处理效果很好，也很节能，相比不增加曝气装置，本发明去除氨氮的时间缩短了40％；而曝气装置设在过高位置或厌氧区，其他条件保持不变，效果则均不好，比如，曝气装置设在水下十分之一高度时，与本实验相比，其除氨氮的速度下降20％。

Claims (10)

1.微生物燃料电池人工湿地，该人工湿地包括多介质滤床、设在多介质滤床下方的入流布水区和设在多介质滤床上方的出流集水区，多介质滤床的上层种植有挺水植物，所述人工湿地在出流集水区顶部对应设有水位控制出水口，所述人工湿地的好氧区铺设有至少一层阴极电极材料板，所述人工湿地的厌氧区铺设有阳极电极材料板，所述阳极电极材料板沿厌氧区竖直高度方向设置为至少两层，每层所述阳极电极材料板与所述阴极电极材料板均两两连成电池回路，所述多介质滤床还外接有曝气装置。
2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池人工湿地，其特征在于：所述曝气装置设置在水下五分之一深度处，对应高度的水中设置有阴极电极材料板。
3.根据权利要求2所述的微生物燃料电池人工湿地，其特征在于：所述曝气装置为鼓风机。
4.根据任一在先权利要求所述的微生物燃料电池人工湿地，其特征在于：所述挺水植物为美人蕉；所述美人蕉的布置可为5株/m2。
5.根据任一在先权利要求所述的微生物燃料电池人工湿地，其特征在于：所述多介质滤床中填充有粒径5-8mm的砾石；所述入流布水区与所述出流集水区中的填料可均为粒径9-15mm的砾石。
6.任一在先权利要求所述的微生物燃料电池人工湿地，用于处理污水的方法。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述污水中的氨氮含量为50-100mg/L。
8.根据任一在先权利要求所述的方法，其特征在于：所述曝气装置曝气使曝气装置所在高度处污水的溶解氧，保持在2.5-3.5mg/L。
9.根据任一在先权利要求所述的方法，其特征在于：所述曝气装置间歇曝气。
10.根据任一在先权利要求所述的方法，其特征在于：所述污水的来源为畜禽养殖废水。
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