一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的是一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于包括調(diào)蓄池、零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)、人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)。污水經(jīng)過簡單過濾均質(zhì)后進(jìn)入零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)進(jìn)行生化處理，經(jīng)過處理后的污水采用升流的方式進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)，進(jìn)行深度凈化的同時與微生物燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行耦合，外接電路收集所產(chǎn)生的電子，激發(fā)得到電場用以強(qiáng)化零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)，從而提高生物化學(xué)效應(yīng)，加速處理效率。本發(fā)明的優(yōu)點：整個耦合系統(tǒng)相輔相成，互相強(qiáng)化，保證了出水水質(zhì)；不需要占用地面土地資源，且易于維護(hù)和管理；沒有額外能源消耗，成本低廉；運(yùn)行管理方便，污水處理效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
【專利說明】
一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明提出的是一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，特別涉及一種綜合處理灌區(qū)污水的人工濕地/微生物燃料電池-零價鐵/厭氧微生物雙耦合系統(tǒng)，屬于環(huán)保污水處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水資源和水環(huán)境問題的日益突出，農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為我國水環(huán)境質(zhì)量惡化和湖泊富營養(yǎng)化的重要原因，農(nóng)田面源污染的治理已成為改善我國水環(huán)境質(zhì)量、保障我國飲用水安全和糧食安全、促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的核心問題;我國地大物博，有土地的地方或多或少會受到污染，并且農(nóng)田面源污染源具有分散性、多樣性、隨機(jī)性、難降解等特點，因而防治十分困難;灌區(qū)作為農(nóng)村的存在形式之一，其在我國農(nóng)村大量存在;據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)有大型灌區(qū)402處、中型灌區(qū)5200多處、小型灌區(qū)的數(shù)量多達(dá)1000多萬，如果我們將面源污染的治理集中到灌區(qū)內(nèi)污染的控制中來，那么面源污染的治理工作將可以有序高效的推進(jìn);另外，由于灌區(qū)的生活污水缺乏收集的管網(wǎng)或者處理設(shè)施，分散型的農(nóng)村污水也已成為影響我國新農(nóng)村建設(shè)和生態(tài)環(huán)境的重要污染源，因此，灌區(qū)污水(包括:生活污水和農(nóng)田廢水)的治理成為我國亟待解決的問題，也是推動《水污染防治行動計劃》工作的重要舉措。
[0003]人工濕地是一種人工強(qiáng)化利用自然的過程，包括濕地植物、土壤或基質(zhì)、微生物的代謝活性來凈化污水的工程技術(shù)，因其較低的維護(hù)和運(yùn)行成本、較高的污染物去除效果、并可以營造舒適的景觀效果而被廣泛地應(yīng)用于農(nóng)田面源污染治理和污水處理;生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為電能的新型技術(shù);人工濕地和生物燃料電池都是利用微生物對污水中的污染物進(jìn)行降解，分別達(dá)到可以處理污水和產(chǎn)生電能的效果，將兩者耦合將達(dá)到既去除污染物同時產(chǎn)生電能的效果，其有效性和科學(xué)性已得到相關(guān)研究學(xué)者的證實，但兩者的實際應(yīng)用還很缺乏；另外，公開號為CN104761107A公開了一種灌區(qū)生活污水活性鐵-厭氧微生物耦合強(qiáng)化脫氮除磷裝置，其將活性鐵填充到厭氧反應(yīng)器內(nèi)，實現(xiàn)了對灌區(qū)生活污水的有效去除，但由于活性鐵成本較高，且活性強(qiáng)易被氧化失活，所以應(yīng)用活性鐵存在一定的局限性，并且該凈化槽對高濃度的大分子農(nóng)田有機(jī)廢水沒有處理。
[0004]零價鐵廉價易得，粉末狀的顆粒易失活、凝聚、鈍化、結(jié)板，需要頻繁清洗更換，而板狀、塊狀的零價鐵其比表面積較小，反應(yīng)活性較低，而弱電場的存在，可以加速零價鐵的反應(yīng)，因而可以在一定程度上彌補(bǔ)鐵床活性低的缺陷，基于此，我們提出了耦合人工濕地和微生物燃料電池系統(tǒng)，在降解污染物的同時產(chǎn)生電能，利用產(chǎn)生的微電流，激發(fā)得到弱電場，從而強(qiáng)化零價鐵和厭氧微生物的耦合系統(tǒng)的處理效率，同時零價鐵的存在也為農(nóng)田廢水的處理提供了可能，并且零價鐵的還原作用以及加速作用也為微生物燃料電池系統(tǒng)提供了更有利的條件；因此，人工濕地/微生物燃料電池-零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)可以綜合有效的處理灌區(qū)污水、反應(yīng)器的強(qiáng)化處理和人工濕地的深度凈化，保證了出水水質(zhì)，為解決我國分散型的農(nóng)村生活污水和農(nóng)田面源污染治理問題提供新思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出的是一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，旨在克服現(xiàn)有分散型污水處理技術(shù)中存在的不足，提供一種簡單適用，造價低廉，運(yùn)行管理方便，同時污水處理效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定的人工濕地/微生物燃料電池-零價鐵/厭氧微生物雙耦合系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，具體包括調(diào)蓄池、零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)、人工濕地和微生物燃料電池耦合系統(tǒng)、格柵、灌區(qū)污水管道、溢流板、沉淀室;其中人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)包括人工濕地系統(tǒng)、微生物燃料電池系統(tǒng)。
[0007]一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其處理污水的方法包括如下步驟:
1)經(jīng)灌區(qū)污水收集管道收集后的灌區(qū)污水首先進(jìn)入內(nèi)置格柵的調(diào)蓄池，過濾均質(zhì)之后，由灌區(qū)污水管道輸送進(jìn)入零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)；
2)經(jīng)零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)處理后的污水經(jīng)過溢流板進(jìn)入沉淀室，進(jìn)行泥水分離，分離之后的污水，通過灌區(qū)污水管道進(jìn)入人工濕地的底部，采用升流的進(jìn)水方式，進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)；
3)在人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行深度凈化的同時與微生物燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行耦合，外接電路收集所產(chǎn)生的電能，用于強(qiáng)化零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點:
①整個耦合系統(tǒng)相輔相成，既高效產(chǎn)電，同時對農(nóng)田廢水、農(nóng)村生活污水以及氮磷的同步去除，實現(xiàn)了灌區(qū)污水的綜合有效治理，既提高了污水的處理效率，也大幅改善了出水水質(zhì)；
②零價鐵/微生物耦合系統(tǒng)，使用廉價易得的鐵板，操作簡單且對環(huán)境不會產(chǎn)生二次污染，同時利用微生物染料電池產(chǎn)生的弱電場，加速了鐵板的反應(yīng)，促進(jìn)了厭氧微生物的代謝作用，提高生物化學(xué)效應(yīng)和多樣性；
③零價鐵還原農(nóng)藥、殺蟲劑等農(nóng)田廢水，降低了生物毒性；
④零價鐵既是微生物所必須的生命元素，也可以參與多種化學(xué)反應(yīng)，同微生物的耦合作用強(qiáng)化了對灌區(qū)污染物的處理效率；
⑤污水經(jīng)過零價鐵-厭氧微生物的處理后生成更有利于產(chǎn)電的小分子有機(jī)物，同時零價鐵的存在減少了 N03—，S042—等電子受體對電子的競爭，提高了產(chǎn)電效率；
⑥微生物燃料電池系統(tǒng)充分考慮產(chǎn)電效率和經(jīng)濟(jì)實用性，高效產(chǎn)電的同時節(jié)約了成本；
⑦人工濕地系統(tǒng)在保證生態(tài)凈化效果的同時高效產(chǎn)電，植物的根系為微生物生長提供營養(yǎng)，形成生物陰極，根系具有發(fā)達(dá)的通氣組織，分泌O2促進(jìn)陰極反應(yīng)；
⑧整個耦合系統(tǒng)改造利用已有洼地，不占用土地；
⑨整個工程構(gòu)造簡單、施工方便、功能穩(wěn)定、造價低廉、使用方便。
【附圖說明】
[0009]附圖1本發(fā)明的工藝流程圖。
[0010]附圖2人工濕地/微生物燃料電池-零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)示意圖。
[0011]附圖3微生物燃料電池系統(tǒng)陰極電流收集器。
[0012]圖中的I是調(diào)蓄池、2零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)、3是人工濕地和微生物燃料電池耦合系統(tǒng)、4是格柵、5是灌區(qū)污水管道、6是鐵板床、7是石墨電極、8是溢流板、9是沉淀室、10是排泥口、11是鈦絲導(dǎo)線、12是礫石層、13是活性炭顆粒陽極層、14是礫石分隔層、15是陰極層、16是黏土層、17是水生植物、18是出水溢流口、19是植生磚、20是顆粒狀的活性炭、21是鋼筋骨架、22是不銹鋼網(wǎng)面。
【具體實施方式】
[0013]對照附圖，一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，具體包括，具體包括調(diào)蓄池
1、零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2、人工濕地和微生物燃料電池耦合系統(tǒng)3、格柵4、灌區(qū)污水管道5、溢流板8、沉淀室9;其中人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)3包括人工濕地系統(tǒng)、微生物燃料電池系統(tǒng)。
[0014]一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其處理污水的方法包括如下步驟:
1)經(jīng)灌區(qū)污水收集管道收集后的灌區(qū)污水首先進(jìn)入內(nèi)置格柵4的調(diào)蓄池1，過濾均質(zhì)之后，由灌區(qū)污水管道5輸送進(jìn)入零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2;
2)經(jīng)零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2處理后的污水經(jīng)過溢流板8進(jìn)入沉淀室9，進(jìn)行泥水分離，分離之后的污水，通過灌區(qū)污水管道5進(jìn)入人工濕地的底部，采用升流的進(jìn)水方式，進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)；
3)在人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行深度凈化的同時與微生物燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行耦合，外接電路收集所產(chǎn)生的電能，用于強(qiáng)化零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2。
[0015]所述的人工濕地和微生物燃料電池耦合系統(tǒng)3從下至上順序逐層填入碎小礫石形成礫石層12，礫石層12主要起到攔截懸浮性固體，提高污水中COD比例的作用；礫石層12上面填入活性炭顆粒作為微生物燃料電池的活性炭顆粒陽極層13，污水淹沒活性炭顆粒陽極層13，形成厭氧的環(huán)境，活性炭顆粒不但可以作為導(dǎo)電性能良好的陽極材料，同時其較高的比表面積可以吸附大量有機(jī)物，為微生物的生長提供良好條件，微生物在降解有機(jī)物的同時產(chǎn)生電子，通過陽極材料導(dǎo)出進(jìn)入外電路;活性炭顆粒陽極層13的上面填充廉價的礫石或者膨潤土作為礫石分隔層14，礫石分隔層14作為兩極之間的物理屏障，防止陰極的氧氣向陽極擴(kuò)散;礫石分隔層14上方布設(shè)不銹鋼網(wǎng)箱作為電流收集器，不銹鋼網(wǎng)箱內(nèi)部填充活性炭顆粒作為微生物燃料電池的陰極層，陰極層處于好氧環(huán)境，O2在陰極層附近發(fā)生還原反應(yīng)，陰極層的活性炭顆粒有如下作用:①為微生物生長提供載體，形成生物陰極更有利于產(chǎn)電;②活性炭顆粒間的孔隙產(chǎn)生毛細(xì)作用促進(jìn)的O2擴(kuò)散;③活性炭為O2的還原反應(yīng)提供更多的點位。
[0016]所述的不銹鋼網(wǎng)箱以Φ12的鋼筋作為其骨架，以不銹鋼絲網(wǎng)作為其6個面，不銹鋼網(wǎng)箱15上方的不銹鋼網(wǎng)面設(shè)置為可開啟式，不銹鋼絲網(wǎng)的孔徑小于活性炭顆粒的直徑。
[0017]所述的調(diào)蓄池內(nèi)置格柵過濾去除污水中的雜質(zhì)，調(diào)蓄池體本身儲存收集到的污水，同時起到調(diào)節(jié)均質(zhì)的效果。
[0018]所述的陰極層15上方覆土種植水生植物，水生植物有如下作用:①利用植物的吸附和微生物的降解深度凈化污水，保證出水水質(zhì);②植物的根系為微生物的生長提供營養(yǎng)，有利于形成生物陰極;②植物的根系提升陰極附近的O2含量，有利于產(chǎn)電。
[0019]所述的人工濕地和微生物燃料電池耦合系統(tǒng)3的陽極層和陰極層之間采用與其固定的鈦絲導(dǎo)線11作為導(dǎo)線導(dǎo)出電子，為零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2提供弱電場。
[0020]所述的零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2采用厭氧污泥床反應(yīng)器培養(yǎng)污泥，在厭氧污泥床反應(yīng)器中布置一對鐵板床6陽極和石墨板陰極7形成復(fù)合型的生物電化學(xué)反應(yīng)器，鐵板床6陽極和石墨板陰極7分別與微生物燃料電池的陽極層和陰極層相連接，從而形成電場強(qiáng)化的零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)；零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)集反應(yīng)室和沉淀室9于一體，根據(jù)實際設(shè)計需求可以全埋式設(shè)置在地下，無需地上空間，便于泥水分離，節(jié)約空間。
[0021]所述的灌區(qū)污水包括灌區(qū)的生活污水和農(nóng)田廢水。
[0022]下面結(jié)合實施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)解決方案。
[0023]實施例1
一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，如附圖2和附圖3所示，在灌區(qū)污水產(chǎn)生處鋪設(shè)污水收集管道以收集灌區(qū)生活污水和農(nóng)田廢水;收集的污水首先進(jìn)入內(nèi)置格柵4的調(diào)蓄池I，過濾均質(zhì)之后的污水通過灌區(qū)污水管道5輸送進(jìn)入電場強(qiáng)化下的零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2進(jìn)行生化處理，零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2內(nèi)置鐵板床6作為陽極，在溢流板8的中間安裝石墨板陰極7;處理后的污水經(jīng)過溢流板8排放進(jìn)入沉淀室9，進(jìn)行泥水分離，沉淀室9底部設(shè)有排泥口 10用于排除剩余污泥;泥水分離后的污水經(jīng)過灌區(qū)污水管道5輸送進(jìn)入人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)3的底部，采取升流式進(jìn)水的方式;在人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)3中污水順序依次進(jìn)入礫石層12、活性炭顆粒陽極層13、礫石分隔層14、不銹鋼網(wǎng)箱包裹的活性炭顆粒陰極層15;不銹鋼網(wǎng)箱包裹的活性炭顆粒陰極層15上方覆土，形成適宜水生植物17生長的黏土層16;污水經(jīng)過礫石和活性炭的過濾吸附作用以及活性炭顆粒陽極層13中微生物的降解和黏土層植物根系的凈化作用，進(jìn)入出水溢流口 18排放進(jìn)入自然水體；同時活性炭顆粒陽極層13和不銹鋼網(wǎng)箱包裹的活性炭顆粒陰極層15，在微生物還原作用和外界氧的氧化作用下產(chǎn)生電流，經(jīng)過鈦絲導(dǎo)線11分別導(dǎo)入零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2的石墨電極7和鐵板床陽極6，形成外加電場的零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2。
[0024]所述的零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2采用全埋式布設(shè)在地下，上面鋪設(shè)植生磚19，用于生長植物，營造良好生態(tài)環(huán)境。
[0025]所述的不銹鋼網(wǎng)箱包裹的活性炭顆粒陰極層15是以Φ12的鋼筋作為鋼筋骨架21，以不銹鋼網(wǎng)22作為其6個面，不銹鋼絲網(wǎng)22的孔徑略小于顆粒狀活性炭20的大小，防止活性炭顆粒填料流失;不銹鋼網(wǎng)箱上方的不銹鋼網(wǎng)面22設(shè)置為可開啟式，方便檢查和更換填料；不銹鋼網(wǎng)箱的側(cè)面和鈦絲導(dǎo)線11相連，用于輸送電子。
[0026]整個人工濕地/微生物燃料電池-零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)需合理布局和鋪設(shè)管道，營造活性炭顆粒陽極層13的厭氧環(huán)境和不銹鋼網(wǎng)箱包裹的活性炭顆粒陰極層15的好氧條件，以提高產(chǎn)電量和產(chǎn)電效果。
[0027]實施例2
一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，處理污水的方法包括如下步驟:
I)灌區(qū)污水經(jīng)過管道收集首先內(nèi)置格柵的調(diào)蓄池I，去除污水中的大顆粒懸浮物和雜質(zhì)，然后通過污水管道5進(jìn)入零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2，利用厭氧微生物的代謝作用分解去除水中的有機(jī)物，零價鐵具有良好的還原性，可以還原去除污廢水中的N03—-N和大部分的有機(jī)農(nóng)藥，降低進(jìn)水的毒性，同時零價鐵還原產(chǎn)氫，作為電子供體，有利于厭氧微生物的生長;外加弱電場為厭氧微生物提供了更佳的氧化還原電位，提升了微生物的富集速率和多樣性結(jié)構(gòu)，提高了生物化學(xué)效應(yīng)，強(qiáng)化了污染物的去除；另外外加弱電場加速了鐵床的反應(yīng)速率以及Fe2+和Fe3+的生成，F(xiàn)e2+和Fe3+是良好的絮凝劑，同時與磷發(fā)生共沉淀，達(dá)到除磷效果。
[0028]2)經(jīng)過零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)2處理后的污廢水主要為小分子的有機(jī)物，污水通過管道重力自流進(jìn)入人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)3的底部。首先經(jīng)過礫石層12，主要為攔截作用，去除污水中的懸浮性固體，提高污水中到達(dá)陽極的COD的比例;然后到達(dá)活性炭顆粒陽極層13，陽極層為導(dǎo)電性能良好且不被氧化的活性炭顆粒，其較高的比表面積為微生物生長提供了良好的生活場所，厭氧的條件下小分子的有機(jī)物為微生物所利用并被氧化生成C02，提供電子，同時由于零價鐵的存在減少了電子受體的競爭作用；其后污水經(jīng)過礫石填料組成的分隔層14，分隔層14的作用主要作為兩極之間的物理屏障，防止陰極的O2向陽極擴(kuò)散，同時可以過濾吸附去除少量污染物;最后污水進(jìn)入導(dǎo)電性能良好的不銹鋼網(wǎng)箱包裹的活性炭顆粒陰極層15，活性炭顆粒間的孔隙產(chǎn)生毛細(xì)作用，促進(jìn)了O2的擴(kuò)散，不銹鋼網(wǎng)箱包裹下的活性炭顆粒具有更高的比表面積不僅有利于微生物生長，還為O2的還原提供更多的反應(yīng)點位，產(chǎn)生更多的電能，同時此處有植物根系的凈化作用和好氧微生物的生物降解作用，達(dá)到深度凈化的目的，保證了出水水質(zhì)。
[0029]實施例3
將本發(fā)明應(yīng)用于江蘇省某農(nóng)村進(jìn)行生活污水和農(nóng)田廢水的綜合處理，設(shè)計處理水量20噸/天，其進(jìn)水pH為7.4，COD為462 mg/L，SS為42 mg/L，NH3-N為69.2 mg/L，TPS7.12 mg/L。地下鋪設(shè)250和200 mm的UPVC塑料排水管分別收集生活污水和農(nóng)田廢水，收集的污水排放進(jìn)入調(diào)蓄池中，調(diào)蓄池設(shè)計為矩形埋于地下，其尺寸大小為長X寬X高=6X4X1 m3，內(nèi)置10-40 mm的中格柵，進(jìn)行物理攔截。調(diào)蓄池的污水通過300 mm的UPVC管排放進(jìn)入零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)，零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)反應(yīng)器設(shè)計體積為24 m3，設(shè)計水力停留時間為12 h，在反應(yīng)器的頂部和底部分別設(shè)置一塊約15 cm厚的鐵板床，在溢流板的中間位置固定直徑約為30 cm的石墨棒作為陰極，經(jīng)過零價鐵和厭氧微生物協(xié)同處理后污水以及多余的污泥一起進(jìn)入沉淀室，沉淀室底部開有直徑20 cm的小孔，可以外接管道和提升栗定期清除剩余污泥。沉淀室的上端接有300 mm的UPVC管用于將經(jīng)電場強(qiáng)化下零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)處理后的污水輸送進(jìn)入人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)的底部，人工濕地/微生物燃料電池親合系統(tǒng)的從下向上依次為5-10 mm爍石層(約50 cm) ,2-5 mm活性炭顆粒陽極層(約80 cm) ,2-5 mm爍石分隔層(約20 cm)，不銹鋼網(wǎng)箱包裹的1_3 mm活性炭顆粒陰極層(約50 cm)以及黏土層(約30 cm)。在黏土層種植水稻，空心菜等當(dāng)季水生植物;在活性炭顆粒陰極層的中部設(shè)置出水溢流口；陽極層和陰極層的中間位置分別外接10 mm粗細(xì)的鈦導(dǎo)線與零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)的石墨電極和鐵電極相連。整個人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)占地面積為80 m2，平面尺寸約為10 mX8 m。
[0030]經(jīng)過整個耦合系統(tǒng)，包括調(diào)蓄池、電場強(qiáng)化下的零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)、人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)處理后的出水⑶D，NH3-N，TP去除率分別為:94.29%，88.73%，86.52%。出水的pH為8.2，C0D為26.4 mg/L，SS為 14 mg/L，NH3-N為7.8 mg/L，TP為
0.96 mg/L。出水水質(zhì)可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級A標(biāo) O
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【主權(quán)項】
1.一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于包括調(diào)蓄池、零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)、人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)、格柵、灌區(qū)污水管道、溢流板、沉淀室；其中人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)包括人工濕地系統(tǒng)、微生物燃料電池系統(tǒng)。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)處理污水的方法包括如下步驟: 1)經(jīng)灌區(qū)污水收集管道收集后的灌區(qū)污水首先進(jìn)入內(nèi)置格柵的調(diào)蓄池，過濾均質(zhì)之后，由灌區(qū)污水管道輸送進(jìn)入零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)； 2)經(jīng)零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)處理后的污水經(jīng)過溢流板進(jìn)入沉淀室，進(jìn)行泥水分離，分離之后的污水，通過灌區(qū)污水管道進(jìn)入人工濕地的底部，采用升流的進(jìn)水方式，進(jìn)入人工濕地系統(tǒng)； 3)在人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行深度凈化的同時與微生物燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行耦合，外接電路收集所產(chǎn)生的電能，用于強(qiáng)化零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于所述的人工濕地/微生物燃料電池耦合系統(tǒng)從下至上順序逐層填入碎小礫石形成礫石層，礫石層主要起到攔截懸浮性固體，提高污水中COD比例的作用;礫石層上面填入活性炭顆粒作為微生物燃料電池的活性炭顆粒陽極層，污水淹沒活性炭顆粒陽極層，形成厭氧的環(huán)境，活性炭顆粒不但可以作為導(dǎo)電性能良好的陽極材料，同時其較高的比表面積可以吸附大量有機(jī)物，為微生物的生長提供良好條件，微生物在降解有機(jī)物的同時產(chǎn)生電子，通過陽極材料導(dǎo)出進(jìn)入外電路;活性炭顆粒陽極層的上面填充廉價的礫石或者膨潤土作為礫石分隔層，礫石分隔層作為兩極之間的物理屏障，防止陰極的氧氣向陽極擴(kuò)散;礫石分隔層上方布設(shè)不銹鋼網(wǎng)箱作為電流收集器，不銹鋼網(wǎng)箱內(nèi)部填充活性炭顆粒作為微生物燃料電池的陰極層，陰極層處于好氧環(huán)境，O2在陰極層附近發(fā)生還原反應(yīng)，陰極層的活性炭顆粒有如下作用:①為微生物生長提供載體，形成生物陰極更有利于產(chǎn)電;②活性炭顆粒間的孔隙產(chǎn)生毛細(xì)作用促進(jìn)的O2擴(kuò)散;③活性炭為O2的還原反應(yīng)提供更多的點位。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于所述的零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)采用厭氧污泥床反應(yīng)器培養(yǎng)污泥，在厭氧污泥床反應(yīng)器中布置一對鐵板床陽極和石墨板陰極形成復(fù)合型的生物電化學(xué)反應(yīng)器，鐵板床陽極和石墨板陰極分別與微生物燃料電池的陽極層和陰極層相連接，從而形成電場強(qiáng)化的零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)，零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)集反應(yīng)室和沉淀室于一體，便于泥水分離，節(jié)約空間。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于所述的灌區(qū)污水包括灌區(qū)的生活污水和農(nóng)田廢水。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于所述的調(diào)蓄池內(nèi)置格柵過濾去除污水中的雜質(zhì)，調(diào)蓄池體本身儲存收集到的污水，同時起到調(diào)節(jié)均質(zhì)的效果。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于所述的陰極層上方覆土種植水生植物，水生植物有如下作用:①利用植物的吸附和微生物的降解深度凈化污水，保證出水水質(zhì);②植物的根系為微生物的生長提供營養(yǎng)，有利于形成生物陰極;②植物的根系提升陰極附近的O2含量，有利于產(chǎn)電。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于所述的不銹鋼網(wǎng)箱以Φ 12的鋼筋作為其骨架，以不銹鋼絲網(wǎng)作為其6個面，不銹鋼網(wǎng)箱上方的不銹鋼網(wǎng)面設(shè)置為可開啟式，不銹鋼絲網(wǎng)的孔徑小于活性炭顆粒的直徑。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于所述的陽極活性炭顆粒，其特征在于:擁有較小的粒徑大小，粗糙的表面，使其具有較高的比表面積和孔隙率，能夠為微生物生長提供良好的介質(zhì)條件，同時能夠與其他層間的材料結(jié)合緊密提高產(chǎn)電量。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于灌區(qū)污水強(qiáng)化處理的雙耦合系統(tǒng)，其特征在于所述的陽極層和陰極層之間采用與其固定的鈦絲導(dǎo)線作為導(dǎo)線導(dǎo)出電子，為零價鐵/厭氧微生物耦合系統(tǒng)提供弱電場。
【文檔編號】C02F9/14GK105906159SQ201610421972
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】侯俊, 尤國祥, 王超, 王沛芳, 許伊, 苗令占, 楊楊陽, 呂博文, 劉智臨, 張鳴智
【申請人】河海大學(xué)