CN111825270A - 一种潜流式人工湿地与微生物燃料电池组合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境保护水处理技术领域，公开了一种潜流式人工湿地与微生物燃料电池组合系统，适用于城市初期雨水COD的去除和除磷脱氮处理，该系统由进水管、阳极、阳极区、阳极区填料、缺氧区、缺氧区填料、阴极区、阴极区填料、出水区、出水区填料、出水管、湿地植物、外接导线、负载、箔丝网、阴极、曝气管、鼓风机组成。初期雨水通过进水管进入阳极区使有机物得到降解，再进入缺氧区完成反硝化，然后流入阴极区通过曝气在好氧的环境下反应达到除磷脱氮，最后进入出水区，处理后的初期雨水通过出水管流出。该系统将人工湿地与微生物燃料电池组合，对城市初期雨水进行了有效地处理。
Description
技术领域
本发明主要用于城市初期雨水的处理，属于环境保护水处理技术领域。
背景技术
初期雨水是指在不同的汇水面和管渠中所形成径流初期的雨水。随着城市的发展，城市面源污染负荷加大，当雨水和径流冲刷城市地面时，使初期雨水中含有大量的污染物，若将这部分雨水直接排放，会加重受纳水体的污染，所以初期雨水径流已成为受纳水体污染的主要来源之一。而初期雨水却没有得到足够的重视和有效利用，往往是直接弃流处理，这将会造成城市排水管网负担加重，以及大量雨水资源的浪费。因此，不管是从控制水环境污染还是雨水综合利用的角度出发，对初期雨水的处理是十分必要的。
人工湿地(Constructed wetland，CW)是将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，通过物理(基质吸附、过滤)、化学(基质内发生的各种氧化还原反应)、生物(微生物降解)三方面相互协同作用对污水进行综合处理。人工湿地在雨水净化环节中也有相应的效果，例如调节流量、控制洪涝，补充地下水和降解污染物。微生物燃料电池(Microbialfuel cell，MFC)是一种利用微生物降解有机物并将有机质中的化学能转变成电能的新型生物电化学系统。微生物燃料电池-人工湿地耦合系统(Microbial fuel cell-constructed wetland，MFC-CW)是将微生物燃料电池和人工湿地相结合的一种新型污水处理工艺，该系统在提高污水处理效果的同时产生电能，实现污水的资源化利用，同样也适用于初期雨水的处理应用。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种潜流式人工湿地与微生物燃料电池组合系统，满足城市初期雨水处理的需求。
技术方案：一种潜流式人工湿地与微生物燃料电池组合用于处理城市初期雨水的系统，包括进水管、阳极、阳极区、阳极区填料、缺氧区、缺氧区填料、阴极区、阴极区填料、出水区、出水区填料、出水管、湿地植物、外接导线、负载、箔丝网、阴极、曝气管、鼓风机；阳极区内中下层设有阳极，阳极区下部设有进水管，城市初期雨水由进水管流入；阴极区内上层设有阴极，阳极和阴极通过外接导线分别与负载两端相连；阴极区内部设有曝气管与鼓风机相连接；出水区下部设有出水管，处理后的雨水经出水管流出；阳极区填料、缺氧区填料、阴极区填料和出水区填料和上部的湿地植物组成人工湿地。
所述阳极可以采用碳材料、导电聚合物、碳纳米管或复合材料等的电极。所述阴极可以采用石墨颗粒、颗粒活性炭或石墨毡等导电材料。所述导线采用钛导线或铜导线，并进行连接点的绝缘密封处理。所述阴极区箔丝网用于固定阴极板。所述各区之间的板体设有筛孔。所述湿地植物为芦苇、香蒲、灯芯草、菖蒲等在处理初期雨水中应用效果较好的挺水植物。所述阳极区填料选用砾石粒径在20-30mm之间，沸石粒径在5-10mm之间，砾石和沸石的填充比例为1∶1。所述缺氧区的填料选用砾石粒径在10-20mm之间。所述阴极区填料选用15mm的悬浮生物填料。所述出水区填料选用砾石粒径在20-30mm之间。
技术效果：本发明具有下述特点：
1、本发明综合了人工湿地和微生物燃料电池的性能优势，利用人工湿地物理(基质吸附、过滤)、化学(基质内发生的各种氧化还原反应)、生物(微生物降解)三方面相互协同作用对城市初期雨水进行净化。由于电极的存在，使得微生物代谢速率和污染物氧化还原的速率得到提高。
2、本发明系统将阳极区、缺氧区、阴极区和出水区串联布置，在去除COD、除磷脱氮的同时还可以产生电能，有利于节能减排。
附图说明
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
图1是本发明一种潜流式人工湿地与微生物燃料电池组合系统的示意图。
其中有：进水管1、阳极2、阳极区3、阳极区填料4、缺氧区5、缺氧区填料6、阴极区7、阴极区填料8、出水区9、出水区填料10、出水管11、湿地植物12、外接导线13、负载14、箔丝网15、阴极16、曝气管17、鼓风机18。
具体实施方式
一种潜流式人工湿地与微生物燃料电池组合用于处理城市初期雨水的系统，包括进水管1、阳极2、阳极区3、阳极区填料4、缺氧区5、缺氧区填料6、阴极区7、阴极区填料8、出水区9、出水区填料10、出水管11、湿地植物12、外接导线13、负载14、箔丝网15、阴极16、曝气管17、鼓风机18；阳极区3内中下层设有阳极2，阳极区3下部设有进水管1，城市初期雨水由进水管1流入；阴极区7内上层设有阴极16，阳极2和阴极16通过外接导线13分别与负载14两端相连；阴极区7内部设有曝气管17与鼓风机18相连接；出水区9下部设有出水管11，处理后的雨水经出水管流出；阳极区填料4、缺氧区填料6、阴极区填料8和出水区填料10和上部的湿地植物12组成人工湿地。
城市初期雨水通过进水管1进入阳极区3使有机物得到降解，再进入缺氧区5完成反硝化，然后流入阴极区7通过曝气在好氧的环境下反应达到除磷脱氮，最后进入出水区9，处理后的初期雨水通过出水管11流出。整个处理过程通过微生物，植物根系的物理、化学和生物的共同途径完成净化。该系统将人工湿地与微生物燃料电池组合，对城市初期雨水进行了有效地处理。
Claims (3)
1.一种潜流式人工湿地与微生物燃料电池组合用于处理城市初期雨水的系统，包括进水管(1)、阳极(2)、阳极区(3)、阳极区填料(4)、缺氧区(5)、缺氧区填料(6)、阴极区(7)、阴极区填料(8)、出水区(9)、出水区填料(10)、出水管(11)、湿地植物(12)、外接导线(13)、负载(14)、箔丝网(15)、阴极(16)、曝气管(17)、鼓风机(18)；阳极区(3)内中下层设有阳极(2)，阳极区(3)下部设有进水管(1)，城市初期雨水由进水管(1)流入；阴极区(7)内上层设有阴极(16)，阳极(2)和阴极(16)通过外接导线(13)分别与负载(14)两端相连；阴极区(7)内部设有曝气管(17)与鼓风机(18)相连接；出水区(9)下部设有出水管(11)，处理后的雨水经出水管流出；阳极区填料(4)、缺氧区填料(6)、阴极区填料(8)和出水区填料(10)和上部的湿地植物(12)组成人工湿地。
2.根据权利要求1所述的一种潜流式人工湿地与微生物燃料电池组合系统，其特征在于，城市初期雨水通过进水管(1)进入阳极区(3)使有机物得到降解，再进入缺氧区(5)完成反硝化，然后流入阴极区(7)通过曝气在好氧的环境下反应达到除磷脱氮，最后进入出水区(9)，处理后的初期雨水通过出水管(11)流出。
3.根据权利要求1所述的一种潜流式人工湿地与微生物燃料电池组合系统，其特征在于，阳极(2)设在阳极区(3)的中下层，阴极(16)设在阴极区(7)上层的气水交接处，并用箔丝网进行固定，阳极(2)和阴极(16)通过外接导线(13)分别与负载(14)两端相连。
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