CN207645910U - 一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置，包括浮体，浮体上设置有浮床植物，浮体底部设置有悬浮球形填料串，曝气泵设置在浮体上，曝气泵的出气口通过曝气管与浮体下方的布气管连接，浮体与锚定物连接，曝气泵通过导电线分别与电池阳极和电池阴极连接，电池阳极设置在缺氧的水底沉积物中，电池阴极设置在电池阳极上方的含氧水中。本实用新型利用微生物燃料电池、浮床植物、悬浮球形填料和曝气泵的共同作用，高效去除水体污染物，实现水生态和水功能恢复和重建。

Description

一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置

技术领域

本实用新型是关于河道以及湖泊等富营养化水体治理领域，具体涉及一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置。应用于对水体富营养化的治理。

背景技术

近年来，随着经济社会的发展，在人类活动的影响下，大量的氮、磷等营养物质进入地表水体，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体透明度和溶解氧含量下降，水质恶化，鱼类及其它生物死亡，生物多样性减少，水体生态系统和功能受到严重破坏。随着水体污染程度的加剧，越来越多研究者和环保工作者致力于富营养化水体的修复工作。

生态浮床技术是一种低成本、操作简单、易维护的原位生态修复技术，通过水生植物及其根部微生物的吸收、吸附作用，消减富营养化水体中有机质、氮、磷及有害物质，达到净化水质的目的，同时又可营造水上景观。但由于植物的生长速率和吸收能力有限,并且系统中所包含的微生物的数量和种类缺乏,生态浮床系统对富营养化水体的净化能力有限。水生植物和基质填料组合生态浮床工艺，是在生态浮床技术和生物接触氧化技术基础上发展起来的一种比较新的生态工程化原位修复和控制技术，即在传统生态浮床的下面悬挂纤维填料，利用其巨大的比表面积为硝化、反硝化细菌以及藻类的附着生长提供了适宜的条件，附着微生物及藻类对营养物进行吸附、吸收及氧化，从而加速污染物的分解，提高了生态浮床的净化效果。

传统的的曝气技术，要求有配套的电力系统供给电能，存在曝气设备电耗高、维护管理难度大等问题，太阳能曝气受阴雨天气影响较大，风能曝气受地域性差异以及有效风时间的影响较大，这些问题严重缩小了曝气装置的应用范围，束缚了曝气装置的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置。本实用新型利用微生物燃料电池、浮床植物、悬浮球形填料和曝气泵的共同作用，高效去除水体污染物，提高水体溶解氧含量，实现水生态和水功能恢复和重建。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置，包括浮体，浮体上设置有浮床植物，浮体底部设置有悬浮球形填料串，曝气泵设置在浮体上，曝气泵的出气口通过曝气管与浮体下方的布气管连接，浮体与锚定物连接，曝气泵通过导电线分别与电池阳极和电池阴极连接，电池阳极设置在缺氧的水底沉积物中，电池阴极设置在电池阳极上方的含氧水中。

如上所述的浮床植物为圆币草或美人蕉或再力花或莺尾或芦苇或梭鱼草。

如上所述的悬浮球形填料串包括由纤维线串联的悬浮球形填料，悬浮球形填料包括球形纤维镂空骨架以及设置在球形纤维镂空骨架内的纤维束。

如上所述的电池阳极包括多个并联的碳板，碳板表面设有纳米碳涂层，碳板设置在绝缘阳极框上，绝缘阳极框设置在缺氧的水底沉积物中，电池阴极为石墨盘。

如上所述的导电线为钛导线或铜导线。

本实用新型较现有技术相比，具有以下优点：

1、微生物燃料电池原位产生电能驱动曝气泵曝气增氧，提高水体的溶解氧含量，无需能量输入，经济环保。

2、微生物燃料电池与浮床植物、悬浮球形填料的共同作用，不仅可以去除水中氮、磷等营养元素以及COD等常规污染物，在修复富营养化水体的同时获得了电能，充分体现环保与废弃物再利用的理念。

3、浮床植物利用根系的筛滤、吸附和吸收作用，去除水体中的氮、磷等营养元素，浮床植物的种植还可以美化河湖环境。浮床植物的根系分泌物可以为微生物提供养料，强化悬浮球形填料的生化降解作用，同时浮床植物根系茎的泌氧扩散至电池阴极可以为电池阴极提供电子受体，从而提高产电效率。

4、在冬季，大部分水生植物枯萎衰败，悬浮球形填料的生物接触氧化作用能有效地弥补浮床植物的空缺，持续、高效去除水体污染物。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1-浮体；2-浮床植物；3-悬浮球形填料串；4-电池阳极；5-导电线；6-电池阴极；7-绝缘阳极框；8-曝气泵；9-曝气管；10-布气管；11-锚定物。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置，包括浮体1，浮体1上设置有浮床植物2，浮体1底部设置有悬浮球形填料串3，曝气泵8设置在浮体1上，曝气泵8的出气口通过曝气管9与浮体1下方的布气管10连接，浮体1与锚定物11连接，曝气泵8通过导电线5分别与电池阳极4和电池阴极6连接，电池阳极4设置在缺氧的水底沉积物中，电池阴极6设置在电池阳极4上方的含氧水中。

浮床植物2为圆币草或美人蕉或再力花或莺尾或芦苇或梭鱼草。

悬浮球形填料串3包括由纤维线串联的悬浮球形填料，悬浮球形填料包括球形纤维镂空骨架以及设置在球形纤维镂空骨架内的纤维束。

电池阳极4包括多个并联的碳板，碳板表面设有纳米碳涂层，碳板设置在绝缘阳极框7上，绝缘阳极框7设置在缺氧的水底沉积物中，电池阴极6为石墨盘。

导电线5为钛导线或铜导线。

圆币草是四季常绿植物，贴水生长、根系发达，能够使生态浮床在冬季也有较好的水质净化效果和景观效果。美人蕉、再力花的生长力旺盛、根系发达，不仅可以有效去除氮、磷等营养物质，而且对固体物质、胶体物质等有一定的沉降、拦截和吸附作用。莺尾、芦苇、梭鱼草对氮、磷等营养物质也具有较好的去除效果。可以根据水体水质，有针对性的选择浮床植物2的种类。浮床植物2利用根系的筛滤、吸收和吸附作用，去除水中的污染物，此外浮床植物2的种植还可以美化河湖环境。

悬浮球形填料比表面积大、重量轻、生物膜附着性能好、氧传质效率高等，有利于治理富营养化严重的河湖。悬浮球形填料利用其较大的比表面积为净化污染物的微生物菌群、浮游植物、原生动物和微型后生动物提供足够的生长空间，构建具有高效快速净化污染物的生物膜。

悬浮球形填料与浮床植物2结合使用，浮床植物2的根系分泌物可以为微生物提供养料，强化悬浮球形填料的生化降解作用，同时浮床植物2根系茎的泌氧扩散至电池阴极6可以为电池阴极6提供电子受体，从而提高对沉积物污染、上覆水污染的修复性能及产电效率。

悬浮球形填料与浮床植物2能有效地完成功能互补，在冬季，大部分水生植物枯萎衰败，悬浮球形填料的生物接触氧化作用能有效地弥补浮床植物2的空缺，持续、高效去除水体污染物，从而实现水生态和水功能恢复和重建。

微生物燃料电池包括电池阴极6和电池阳极4。

碳板表面设有纳米碳涂层，利于增大电池阳极4的比表面积和扩大微生物膜的生成面积，提高了电池阳极4的导电性。多个碳板，能够高效将污染物的化学能转化为电能，从而满足曝气充氧的电能需求。绝缘阳极框7用于固定碳板。

曝气泵8放置在浮体1上，曝气泵8的出气口通过曝气管9与浮体1下方的布气管10连接，用于均匀布气。

根据富营养化水体缺氧的特点，利用人工曝气对水体复氧，以加速水体复氧过程，提高水体的溶解氧含量，恢复和增强水体中好氧微生物的活力，使富营养化水体中的污染物得以净化，从而改善水体水质。通过微生物燃料电池产电驱动曝气泵的曝气增氧，使水中的溶解氧含量能够满足植物、微生物的呼吸、降解作用，并且能促进水体的局部循环，提高水中污染物的去除率。

浮体1与锚定物11连接，以保证装置的稳定。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置，包括浮体（1），其特征在于，浮体（1）上设置有浮床植物（2），浮体（1）底部设置有悬浮球形填料串（3），曝气泵（8）设置在浮体（1）上，曝气泵（8）的出气口通过曝气管（9）与浮体（1）下方的布气管（10）连接，浮体（1）与锚定物（11）连接，曝气泵（8）通过导电线（5）分别与电池阳极（4）和电池阴极（6）连接，电池阳极（4）设置在缺氧的水底沉积物中，电池阴极（6）设置在电池阳极（4）上方的含氧水中。

2.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置，其特征在于，所述的浮床植物（2）为圆币草或美人蕉或再力花或莺尾或芦苇或梭鱼草。

3.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置，其特征在于，所述的悬浮球形填料串（3）包括由纤维线串联的悬浮球形填料，悬浮球形填料包括球形纤维镂空骨架以及设置在球形纤维镂空骨架内的纤维束。

4.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置，其特征在于，所述的电池阳极（4）包括多个并联的碳板，碳板表面设有纳米碳涂层，碳板设置在绝缘阳极框（7）上，绝缘阳极框（7）设置在缺氧的水底沉积物中，电池阴极（6）为石墨盘。

5.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池与生态浮床结合的一体化水体修复装置，其特征在于，所述的导电线（5）为钛导线或铜导线。