CN220642758U - 一种人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，涉及污水处理技术领域。系统包括依次顺序连接的栅格井、调节池、水泵和湿地池，湿地池包括由下至上依次设置的阳极区、中间区、阴极区和种植在阴极区上部的挺水植物，在阳极区内埋设有阳极，在阴极区内埋设有空气生物阴极，阳极区的底部设置有可供污水流入湿地池的进水口，阴极区的上部设置有出水口，阳极与空气生物阴极通过导线连接构成外电路；阳极区、中间区、阴极区内填充有沸石、陶粒及铁碳微电解填料球，湿地池内形成生物电芬顿。微生物燃料电池产生的电流使得形成的生物电芬顿无需外部能量输入，系统拓展了处理污染物的种类，提高了污水的处理效率及去除效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及污水处理技术领域，特别是指一种用于污水处理的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统。
背景技术
随着经济的发展、城市化进程的加快，大量生活污水、工业废水、农业面源污染等进入河道，越来越多的地表水体出现不同程度的黑臭和富营养化问题，妨碍了水资源利用，破坏了水生态系统。
人工湿地是一种模拟自然湿地系统而设计建造用于水处理的构筑物，主要利用植物-微生物-基质组成的复合生态系统进行污染物质的去除。人工湿地具有构建微生物燃料电池的先天条件，下层有严格的厌氧环境，表层为好氧环境。具有好氧/厌氧兼备的内部环境、较长的水力停留时间、高比表面积的湿地基质和植物根际效应等优势。
申请号为202011509159.8的中国发明专利公开了一种人工湿地—微生物燃料电池耦合处理系统及应用方法，其将人工湿地与微生物燃料电池耦合处理污水，其去除污染物的种类、效率及效果有待改进。
实用新型内容
本实用新型提供了一种人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，现有的系统具有以下问题，去除污染物的种类、效率及效果有待改进。
为解决上述技术问题，本实用新型提供如下方案：
本实用新型提供一种人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，所述系统包括湿地池，所述湿地池包括由下至上依次设置的阳极区、中间区、阴极区和种植在所述阴极区上部的挺水植物，在所述阳极区内埋设有阳极，在所述阴极区内埋设有空气生物阴极，所述阳极区的底部设置有可供污水流入所述湿地池的进水口，所述阴极区的上部设置有出水口，所述阳极与所述空气生物阴极通过导线连接构成外电路；
所述阳极区、所述中间区、所述阴极区内填充有沸石、陶粒及铁碳微电解填料球，所述湿地池内形成生物电芬顿。
优选地，所述系统还包括依次连通的栅格井和调节池，通过水泵连接所述调节池和所述进水口。
优选地，在所述湿地池内的底部、位于所述阳极区的下方设置有防渗区。
优选地，所述进水口连接进水管，所述出水口连接出水管。
优选地，在所述外电路上串联有电阻。
优选地，所述电阻为200Ω～1000Ω。
优选地，所述阳极和所述空气生物阴极均为石墨毡、碳毡或不锈钢丝网包裹活性炭颗粒中的一种或几种。
优选地，所述阳极的厚度和所述空气生物阴极的厚度均为5mm～20mm。
优选地，所述挺水植物为芦苇、香蒲、菖蒲中的一种或任意几种的组合。
优选地，所述挺水植物的种植密度为10～15株/平方米。
本实用新型的上述方案至少包括以下有益效果：
上述方案中，构建人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合处理系统，通过人工湿地和微生物燃料电池结合，净化水质；人工湿地的挺水植物的根系及根系菌对污水内的污染物具有很好的截留和降解能力；微生物燃料电池以污水中的有机物作为反应底物，收获一部分清洁能源，以电化学作用强化去除染污，与此同时，挺水植物的根系泌氧作用提高了空气生物阴极溶解氧，进而提高了空气生物阴极的电势和产电能力；生物电芬顿去除污水内的污染物以及PPCPs等；微生物燃料电池产生的电流使得形成的生物电芬顿无需外部能量输入；人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统拓展了处理污染物的种类，提高了污水的处理效率，极大地提高了废水中污染物的去除效果。
附图说明
图1为本实用新型的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统示意图。
附图标记：
1、栅格井；2、调节池；3、水泵；4、进水口；5、阳极区；6、中间区；7、阴极区；8、出水口；9、电阻。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。
如图1所示的，本实施例提供了一种人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，用于处理污水，污水为生活污水或富营养化地表水或含有有机物的废水；本实施例的系统将微生物燃料电池嵌入人工湿地构建耦合处理系统，同时，微生物燃料电池里形成了生物电芬顿的环境，生物电芬顿和微生物燃料电池协同作用，相当于生物电芬顿嵌入了微生物燃料电池。
系统包括栅格井1、调节池2、水泵3和湿地池，污水来源连通栅格井1的进水口，栅格井1的出水口连通调节池2的进水口，调节池2的出水口连接水泵3，水泵3连接湿地池的进水口4，利用水泵3将调节池2中的污水输送至湿地池的进水口4，污水通过湿地池的进水口4进入湿地池内。
湿地池呈棱柱或圆柱等结构，湿地池的横截面形状优选为长方形。湿地池包括由下至上依次设置的防渗区、阳极区5、中间区6、阴极区7和种植在阴极区7上部的挺水植物，在阳极区5内埋设有阳极，在阴极区7内埋设有空气生物阴极，阳极区5的底部设置有可供污水流入湿地池的进水口4，阴极区7的上部设置有出水口8，具体地，湿地池的进水口4连通进水管，进水管连通水泵3，湿地池的出水口8连接出水管。阳极与空气生物阴极通过导线连接构成外电路；其中，防渗区位于湿地池内的底部、位于阳极区5的下方。阳极区5、中间区6、阴极区7内填充有沸石、陶粒及铁碳微电解填料，湿地池内形成生物电芬顿。铁碳微电解填料优选铁碳微电解填料球。本实施例的湿地池中沉积物和活性污泥中菌群极为丰富，包括大量具有电化学活性的微生物，其中，包含胞外产电菌。
本实施例的系统，污水经过栅格井1、调节池2后由水泵3输送至湿地池内的阳极区5，优选地，水泵3采用连续或间歇流的方式将污水泵3入湿地池内，污水垂直向上流经阳极区5、中间填料区和阴极区7。在阳极区5，阳极区5类似无氧环境，微生物将有污水中的机物厌氧氧化产生H2，微生物在无氧状态下分解污水中的有机物并产生电子、质子及代谢物，其中，电子从微生物细胞(例如胞外产电菌)传递到阳极，阳极上的电子再通过外电路传导至空气生物阴极，形成电流，质子顺着污水水流垂直向上经过中间区6到达阴极区7。在阴极区7中，挺水植物的根部泌氧作用产生02，形成好氧环境，为微生物的生长提供适宜的环境，挺水植物的根部分泌的酶促进了污染物的降解，电子受体(例如污水中的溶解氧O2、氮氧化物)与从阳极传递过来的电子和质子发生还原反应生成H2O，上述过程中使得污水脱氮，污水脱氮过程为：602+24H++24e-→12H20，在形成物电芬顿环境中，在阳极区5，H2→2e-+2H+，在阴极区7，通过电化学反应过程直接产生H2O2，O2+2e-+2H+→H2O2，铁碳微电解填料产生Fe2+与H2O2反应生成强氧化性羟基自由基(·OH)，实现污染物的深度降解。污水经过本实施例的系统净化后，从人工湿地顶部出水口8流出。
本实施例的系统在外电路上串联有电阻9，电阻9为200Ω～1000Ω。
本实施例中阳极和空气生物阴极均为石墨毡、碳毡或不锈钢丝网包裹活性炭颗粒中的一种或几种，厚度为5mm～20mm。
本实施例的挺水植物为芦苇、香蒲、菖蒲中的一种或任意几种的组合，挺水植物的种植密度为10～15株/平方米。
本实施例的系统具有营养作用，阳极区5产生的H2和阴极区7产生的02等作为微生物的电子供体或电子受体，有助于微生物的生长和代谢；本实施例的系统具有生物电化学作用，微生物在特定电场下产生电催化作用，激活或增强某些微生物的生长或者酶活性，提高了微生物去除有机物的能力；本实施例的系统具有电化学作用，有机物经过电化学氧化或还原作用可以转化为生物可利用的中间产物，被微生物降解和利用。
本实施例构建人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合处理系统，通过人工湿地和微生物燃料电池结合，净化水质；人工湿地的挺水植物的根系及根系菌对污水内的污染物具有很好的截留和降解能力；微生物燃料电池以污水中的有机物作为反应底物，收获一部分清洁能源，以电化学作用强化去除染污，与此同时，挺水植物的根系泌氧作用提高了空气生物阴极溶解氧，进而提高了空气生物阴极的电势和产电能力；生物电芬顿去除污水内的污染物以及PPCPs等；微生物燃料电池产生的电流使得形成的生物电芬顿无需外部能量输入；本实施例的系统拓展了处理污染物的种类，提高了污水的处理效率，极大地提高了废水中污染物的去除效果。
Claims (10)
1.一种人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，其特征在于，所述系统包括湿地池，所述湿地池包括由下至上依次设置的阳极区(5)、中间区(6)、阴极区(7)和种植在所述阴极区(7)上部的挺水植物，在所述阳极区(5)内埋设有阳极，在所述阴极区(7)内埋设有空气生物阴极，所述阳极区(5)的底部设置有可供污水流入所述湿地池的进水口(4)，所述阴极区(7)的上部设置有出水口(8)，所述阳极与所述空气生物阴极通过导线连接构成外电路；
所述阳极区(5)、所述中间区(6)、所述阴极区(7)内填充有沸石、陶粒及铁碳微电解填料球，所述湿地池内形成生物电芬顿。
2.根据权利要求1所述的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，其特征在于，所述系统还包括依次连通的栅格井(1)和调节池(2)，通过水泵(3)连接所述调节池(2)和所述进水口(4)。
3.根据权利要求1所述的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，其特征在于，在所述湿地池内的底部、位于所述阳极区(5)的下方设置有防渗区。
4.根据权利要求1所述的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，其特征在于，所述进水口(4)连接进水管，所述出水口(8)连接出水管。
5.根据权利要求1所述的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，其特征在于，在所述外电路上串联有电阻(9)。
6.根据权利要求5所述的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，其特征在于，所述电阻(9)为200Ω～1000Ω。
7.根据权利要求1所述的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，其特征在于，所述阳极和所述空气生物阴极均为石墨毡、碳毡或不锈钢丝网包裹活性炭颗粒中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，其特征在于，所述阳极的厚度和所述空气生物阴极的厚度均为5mm～20mm。
9.根据权利要求1所述的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，其特征在于，所述挺水植物为芦苇、香蒲、菖蒲中的一种或任意几种的组合。
10.根据权利要求1所述的人工湿地、微生物燃料电池及生物电芬顿耦合系统，其特征在于，所述挺水植物的种植密度为10～15株/平方米。
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