CN212894122U - 一种提升人工湿地去污产电性能的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种提升去污产电性能的装置，包括电解发生装置、人工湿地型微生物燃料电池，电解发生装置顶部的污水出口与人工湿地型微生物燃料电池的底部进水口连接，人工湿地型微生物燃料电池的内部设置基质层，基质层的顶部设置阴极，基质层的下部设置阳极，电解发生装置顶部通过氧气输送管与人工湿地型微生物燃料电池的阴极对应的位置连接。实现了含铁废水的处理，回收重金属，和人工湿地型微生物燃料电池中的氧气的供应，解决了微生物燃料电池中存在的氧气的竞争，提高产电的能力。
Description
技术领域
本实用新型属于污水处理资源化技术领域，具体涉及一种提升去污产电性能的装置。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
能源是人类赖以生存和社会持续发展的重要物质基础。化石燃料维持了工业以及经济的发展，但能源消耗随着人口的增长而加剧，化石燃料已无法满足人口和经济快速增长的需求，能源紧缺问题不仅限制了工业与经济的发展，还造成了水资源短缺问题。
随着世界人口的增长，世界耗水量急速增加，水污染问题日益严重，全球约有10亿人无法享有充足的饮用水，我国也成为13个缺水国家之一。常规的给水及废水处理需要较高的能源投入，这在一定程度上导致了用水紧张。在美国，水资源的基础管理就会消耗电能的4％-5％；约有1.5％的耗电单独用于污水的处理，每年水处理约投入250亿元，20年后预计会达600亿美元。
微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)是一种能够利用有机物或无机物中的化学能进行产电的装置，是利用酶或阳极微生物作为催化剂，氧化底物产生电子从而生成电流的生物质发电方式。在阳极，产电微生物和电极之间的电子传递是限制微生物产电性能的主要因素，胞外电子传递主要有细胞接触传递、电子中间体传递和纳米导线传递。人工湿地型微生物燃料电池装置本身的限制导致阴极沉浸在水中，因此可获得的电子受体即溶解氧溶度较低，限制装置的产电。
微生物燃料电池中，阴极的电子受体同样存在竞争机制，当氧气浓度较低时候，硝酸盐等电子受体与氧气竞争电子，导致电路中的电子传输量降低，从而导致装置产电的进一步降低。
废水当中的重金属回收主要通过物理、化学、生物三种方法。电解法处理回收重金属废水属于化学处理方法的一种，较化学沉淀法来说，不会产生二次沉淀污染物，并且对环境友好。物理处理方法主要是通过溶剂萃取分离、离子交换法、膜分离技术及吸附法来进行重金属的回收，面临吸附剂失效、溶剂的流失等问题，生物方法对环境友好，但存在周期较长等限制因素。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种提升去污产电性能的装置。
为了解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：
一种提升去污产电性能的装置，包括电解发生装置、人工湿地型微生物燃料电池，电解发生装置顶部的污水出口与人工湿地型微生物燃料电池的底部进水口连接，人工湿地型微生物燃料电池的内部设置基质层，基质层的顶部设置阴极，基质层的下部设置阳极，电解发生装置顶部通过氧气输送管与人工湿地型微生物燃料电池的阴极对应的位置连接。
实现了含铁废水的处理，回收重金属，和人工湿地型微生物燃料电池中的氧气的供应，解决了微生物燃料电池中存在的电子的竞争，丰富电子受体，提高产电的能力。本实用新型一个或多个技术方案具有以下有益效果：
以太阳能为能源电解前处理重金属废水，可以在回收的重金属的同时、提高氧气浓度从而提高人工湿地型微生物燃料电池的产电性能。以含铁废水为例，微量的铁元素进入到人工湿地型微生物燃料电池装置中，其功率密度可达5.08mW/m2，电压较对照组可提升35mV左右，COD、总磷、总氮、氨氮的去除率均有显著提升，同样阴极氧气的浓度的增加可使装置进一步提高燃料电池的产电效率及污染物的去除效率。
人工湿地型微生物燃料电池的剩余污泥产量降低。不产生温室气体。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1为提升去污产电性能的装置结构图；
其中，1、太阳能电池板，2、电池板导线，3、氢气储存罐，4、氢气输送管，5、第一止逆阀，6、电解发生装置，7、惰性电极，8、隔板，9、第一蠕动泵，10、出水管，11、第二蠕动泵，12、人工湿地型微生物燃料电池，13、阳极，14、燃料电池导线，15、基质层，16、阴极，17、出水口，18、湿地植物，19、第二止逆阀，20、氧气输送管。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种提升去污产电性能的装置，包括电解发生装置、人工湿地型微生物燃料电池，电解发生装置顶部的污水出口与人工湿地型微生物燃料电池的底部进水口连接，人工湿地型微生物燃料电池的内部设置基质层，基质层的顶部设置阴极，基质层的下部设置阳极，电解发生装置顶部通过氧气输送管与人工湿地型微生物燃料电池的阴极对应的位置连接。
实现了含铁废水的处理，回收重金属，和人工湿地型微生物燃料电池中的氧气的供应，解决了微生物燃料电池中存在的氧气竞争电子能力不足的问题，提高产电的能力。
作为进一步的技术方案，电解发生装置的底部与污水进水管连接。
作为进一步的技术方案，电解发生装置的内部设置两个惰性电极，两个惰性电极之间设置隔板，隔板的底部与电解发生装置的底部之间设置间距。
作为进一步的技术方案，还包括太阳能电池板，太阳能电池板分别与两个惰性电极连接，与太阳能电池板负极连接的惰性电极一侧的电解发生装置连接氧气输送管。
作为进一步的技术方案，与太阳能电池板正极连接的惰性电极一侧的电解发生装置连接氢气输送管。
作为进一步的技术方案，人工湿地型微生物燃料电池的顶部设置出水口。
作为进一步的技术方案，人工湿地型微生物燃料电池的基质层包括陶粒、沙子、微生物介质以及钛网等。
作为进一步的技术方案，人工湿地型微生物燃料电池的顶部设置湿地植物，湿地植物的底部穿过阴极。
作为进一步的技术方案，氧气输送管和氢气输送管上分别设置止逆阀。
作为进一步的技术方案，人工湿地型微生物燃料电池的阴极和阳极之间通过燃料电池导线连接。
含重金属的废水比如含铁废水，通入到电解发生装置中，电解发生装置借助电能，得到氧气和氢气，同时回收重金属，回收重金属的原理为重金属离子在电极得电子成为金属单质。
人工湿地型微生物燃料电池12包括基质层，基质层中设置阴极16和阳极13，废水从电解发生装置的顶部流入人工湿地型微生物燃料电池，进行进一步的处理。
废水中的剩余金属离子在人工湿地型微生物燃料电池中得到进一步去除。减轻构筑物的负荷，提升其污水处理效果，同样重金属离子浓度的降低会减少对其阳极微生物的毒害，提高其产电性能。
电解发生装置6中产生的氧气通过氧气输送管20送入到人工湿地型微生物燃料电池14的阴极，解决了人工湿地型微生物燃料电池14的阴极位置氧气不足的问题。提高氧气浓度，提供良好的还原环境，从而提升装置的产电性能。
电解发生装置6的底部与污水进水管连接。电解发生装置6的废水从底部进入然后向上流动到电极的位置，然后从电解发生装置6的顶部流出。
污水进水管上可以设置泵，泵可以为第一蠕动泵9。
电解发生装置的内部设置两个惰性电极7，两个惰性电极7之间设置隔板8，隔板8的底部与电解发生装置的底部之间设置间距。这样设置可以保持阳极和阴极的电解环境，废水从隔板的底部同时流入电解发生装置的阳极和阴极空间内。
还包括太阳能电池板1，太阳能电池板1分别与两个惰性电极7连接，与太阳能电池板1负极连接的惰性电极一侧的电解发生装置连接氧气输送管。
太阳能电池板1通过电池板导线2分别与两个惰性电极7连接，太阳能电池板1正极与一侧惰性电极相连产生氢气。
可以设置氢气储存罐3，通过氢气输送管4输送到氢气储存罐3中，氢气输送管4上可以设置第一止逆阀5，可以保证不会以为压力不同导致水进入氢气储存罐3中；太阳能电池负极与隔板右侧惰性电极相连，通过氧气输送管20输送到人工湿地型微生物燃料电池12的上侧，使氧气浓度提高，氧气输送管20上可以设置第二止逆阀19，从而使得溶解氧的增多，第二止逆阀19的存在保证不会发生水的倒灌。
电解发生装置的顶部输出的废水通过出水管10送入到人工湿地型微生物燃料电池12的底部，废水输送管上可以设置第二蠕动泵11。人工湿地型微生物燃料电池12的顶部设置出水口17。废水经过处理之后从顶部出水口17排出。
人工湿地型微生物燃料电池的基质层15包括陶粒、沙子、微生物介质、钛网。人工湿地型微生物燃料电池12的顶部设置湿地植物18，湿地植物18的底部穿过阴极16。栽种湿地植物，丰富氧气来源。
人工湿地型微生物燃料电池的阴极和阳极之间通过燃料电池导线14连接。
可设储电装置将太阳能电池板及微生物燃料电池中的电能储存，供阴雨天气等太阳不充足情况下供装置的正常运行。
以含铁废水为例(不仅只限于含铁废水，也可应用到其它重金属废水的处理当中)，微量的铁元素进入到人工湿地型微生物燃料电池装置中，其功率密度可达5.08mW/m2，电压较对照组(为不含铁元素的废水直接进入到人工湿地型微生物燃料电池-微污染的河水)可提升35mV左右。
相较于污水处理厂处理污水来说，电解装置不需要曝气，且电解耗电量较小，降低耗电，节约运行成本。
污泥所处的位置在装置的底部，是一个厌氧的状态并且污水中的生物质能被转化为电能，因此污泥产量比较低。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提升去污产电性能的装置，其特征在于：包括电解发生装置、人工湿地型微生物燃料电池，电解发生装置顶部的污水出口与人工湿地型微生物燃料电池的底部进水口连接，人工湿地型微生物燃料电池的内部设置基质层，基质层的顶部设置阴极，基质层的下部设置阳极，电解发生装置顶部通过氧气输送管与人工湿地型微生物燃料电池的阴极对应的位置连接。
2.如权利要求1所述的提升去污产电性能的装置，其特征在于：电解发生装置的底部与污水进水管连接。
3.如权利要求1所述的提升去污产电性能的装置，其特征在于：电解发生装置的内部设置两个惰性电极，两个惰性电极之间设置隔板，隔板的底部与电解发生装置的底部之间设置间距。
4.如权利要求3所述的提升去污产电性能的装置，其特征在于：还包括太阳能电池板，太阳能电池板分别与两个惰性电极连接，与太阳能电池板负极连接的惰性电极一侧的电解发生装置连接氧气输送管。
5.如权利要求4所述的提升去污产电性能的装置，其特征在于：与太阳能电池板正极连接的惰性电极一侧的电解发生装置连接氢气输送管。
6.如权利要求1所述的提升去污产电性能的装置，其特征在于：人工湿地型微生物燃料电池的顶部设置出水口。
7.如权利要求1所述的提升去污产电性能的装置，其特征在于：人工湿地型微生物燃料电池的基质层包括陶粒、沙子、微生物介质以及钛网。
8.如权利要求1所述的提升去污产电性能的装置，其特征在于：人工湿地型微生物燃料电池的顶部设置湿地植物，湿地植物的底部穿过阴极。
9.如权利要求5所述的提升去污产电性能的装置，其特征在于：氧气输送管和氢气输送管上分别设置止逆阀。
10.如权利要求1所述的提升去污产电性能的装置，其特征在于：人工湿地型微生物燃料电池的阴极和阳极之间通过燃料电池导线连接。
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| CN114590957A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-06-07 | 上海勘测设计研究院有限公司 | 电解、湿地联合去除废水中高浓度重金属的装置及方法 |
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| CN114590957B (zh) * | 2022-02-21 | 2023-10-31 | 上海勘测设计研究院有限公司 | 电解、湿地联合去除废水中高浓度重金属的装置及方法 |
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