一種電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床及其應(yīng)用
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，它包括至少兩個(gè)浮床單元，浮床單元包括浮橋框體，浮橋框體內(nèi)為種植槽，種植槽下方設(shè)有浮橋腔體；種植槽內(nèi)種植有浮床植物，浮床腔體內(nèi)填充有生物質(zhì)炭，生物質(zhì)炭?jī)?nèi)垂直設(shè)置有電極板。本發(fā)明還公開(kāi)了該電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床在水體凈化領(lǐng)域的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將生物質(zhì)炭表面微生物與水生植物根系的雙重生物凈化方式相結(jié)合，對(duì)水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽有較好的去除效果。本發(fā)明還將吸附填料和電解作用的雙重理化凈化方式結(jié)合，強(qiáng)化了水體中的污染物去除。此外，本發(fā)明可四季運(yùn)行穩(wěn)定，高效快速，占地面積較傳統(tǒng)浮床少，實(shí)現(xiàn)了水體污染物去除與資源化利用雙重目標(biāo)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于水體原位修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]人工浮床技術(shù)利用自身的浮力承托水生植物，讓水生植物在一個(gè)固定的區(qū)域內(nèi)生長(zhǎng)，水生植物通過(guò)根系吸收水體中的污染物質(zhì)使水體得以?xún)艋?。利用水生植物修?fù)技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性好、能源消耗少、管理費(fèi)用低、可持續(xù)發(fā)揮治污作用等優(yōu)勢(shì)，在眾多受污河道整治中已有較多的應(yīng)用，并成為治理富營(yíng)養(yǎng)化水體的主要技術(shù)措施之一。
[0003]但是由于其水體凈化方式單一，且植物根系以及根區(qū)效應(yīng)對(duì)水體中的污染物的吸收和凈化能力有限，且該技術(shù)的處理效果受氣溫影響較大，當(dāng)植物在低溫秋冬季節(jié)，隨著生命力的減弱，其水體凈化能力也會(huì)減弱；同時(shí)，在部分地區(qū)不恰當(dāng)?shù)胤N植某些入侵種的水生植物還會(huì)導(dǎo)致植物的過(guò)度繁殖而覆蓋水面，不僅阻礙河道行洪以及航運(yùn)安全，而且引發(fā)新的生態(tài)災(zāi)害。因此，人工浮床往往只能作為水體生態(tài)修復(fù)的輔助手段，針對(duì)現(xiàn)有人工浮床在水體凈化的不足之處，研究開(kāi)發(fā)了一種水體凈化能力強(qiáng)，且能夠四季穩(wěn)定運(yùn)行的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的效果不佳的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供上述電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床的應(yīng)用。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，它包括至少兩個(gè)浮床單元，浮床單元包括浮床腔體和位于浮床腔體上的種植槽，種植槽內(nèi)種植有浮床植物，浮床腔體內(nèi)填充有生物質(zhì)炭，生物質(zhì)炭?jī)?nèi)垂直設(shè)置有電極板。
[0008]其特征在于，浮床腔體位于水面下方，種植槽位于水面上方。
[0009]其中，所述的浮床腔體為聚酰胺網(wǎng)袋，目數(shù)為60?100目，袋口固定于種植槽底部。
[0010]其中，所述的浮床植物為圓幣草、水花生、水竹或西伯利亞鳶尾，優(yōu)選圓幣草;種植密度為48?80株/m2。
[0011]其中，所述的生物質(zhì)炭為竹炭、花生殼炭或水稻炭，粒徑為I?3_。
[0012]其中，相鄰的兩個(gè)浮床單元內(nèi)分別設(shè)置陽(yáng)極電極板和陰極電極板，兩電極板之間互相平行，通過(guò)導(dǎo)線與直流穩(wěn)壓電源相連;其中，陽(yáng)極電極板為鎂鋁合金板，陰極電極板為石墨板或是石墨纖維氈。
[0013]其中，電極板的有效體積和生物質(zhì)炭的有效體積的比為0.0005?0.004:1;其中，電極板的有效體積為分布在生物質(zhì)炭基質(zhì)內(nèi)的體積，生物質(zhì)炭的有效體積為聚酰胺網(wǎng)袋中位于待處理水體水平面以下的生物質(zhì)炭的體積。
[0014]上述電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床在水體凈化領(lǐng)域的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0015]其中，生物質(zhì)炭的有效體積與待凈化水體的體積比為I: 10?50。
[0016]其中，所述的水體凈化是指除去水體中的氮和磷。
[0017]在運(yùn)行時(shí)，將供電系統(tǒng)打開(kāi)產(chǎn)生直流電，陽(yáng)極在電解的過(guò)程中產(chǎn)生微量的鎂離子，用于和水體中的磷酸鹽產(chǎn)生沉淀反應(yīng)，同時(shí)鎂離子與銨根離子和磷酸鹽離子生成鳥(niǎo)糞石，同時(shí)鋁離子與磷酸鹽生成沉淀。鎂離子被生物質(zhì)炭吸附后可以起到改性生物質(zhì)炭的作用，有利于生物質(zhì)炭吸附硝酸鹽和磷酸鹽的能力；同時(shí)，陰極在電解的過(guò)程中產(chǎn)生微量的氫氣，可以供生物質(zhì)炭表面的微生物作為自養(yǎng)反硝化微生物的能源。水體中的污染物被種植槽中的生物質(zhì)炭吸附，電解反應(yīng)和植物根系吸收去除，從而達(dá)到水質(zhì)凈化的作用。浮床主體采用高密度聚乙烯材質(zhì)，內(nèi)部中空，其提供的浮力足以保證整個(gè)浮床體系浮于水面;種植槽位于浮床主體結(jié)構(gòu)上，采用60目的聚酰胺材料，其內(nèi)部填充生物質(zhì)炭，生物質(zhì)炭上種有水生植物圓幣草，植物根系生長(zhǎng)于生物質(zhì)炭中，上部的莖節(jié)延伸于浮床表面，種植密度為48?80株/m2 ；種植槽中的生物質(zhì)炭為粒徑I?3mm的竹炭，厚度為20?30cm ；單個(gè)浮床通過(guò)連接扣連接，相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)浮床的種植槽的中心分別垂直布置陽(yáng)極和陰極，陰極和陽(yáng)極通過(guò)防水銅線與電源連接。
[0018]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢(shì):
[0019]1、生物質(zhì)炭表面微生物與水生植物根系的雙重生物凈化方式，對(duì)水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽有較好的去除效果。
[0020]2、吸附填料和電解作用的雙重理化凈化方式，強(qiáng)化了水體中的污染物去除。
[0021]3、四季運(yùn)行穩(wěn)定、高效快速、占地面積較傳統(tǒng)浮床少、且實(shí)現(xiàn)了水體污染物去除與資源化利用雙重目標(biāo)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]其中，1-1為浮床框體，1-2為種植槽，1-3為浮床腔體，1-4為浮床植物，2-1為直流穩(wěn)壓電源，2-2為導(dǎo)線，2-3為陽(yáng)極電極板，2-4為陰極電極板；
[0024]圖2為電解生物質(zhì)炭浮TP變化圖；
[0025]圖3為電解生物質(zhì)炭浮P043—-P變化圖；
[0026]圖4為電解生物質(zhì)炭浮TN變化圖；
[0027]圖5為電解生物質(zhì)炭浮NH3-N變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的內(nèi)容僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書(shū)中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]如圖1所示的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，它包括兩個(gè)浮床單元，浮床單元之間通過(guò)連接扣連接起來(lái)。
[0031]每個(gè)浮床單元均包括一個(gè)浮床框體1-1，材料為高密度聚乙烯材質(zhì)，尺寸規(guī)格為長(zhǎng)X寬X厚= 250mmX250mmX55mm，其提供的浮力足以保證整個(gè)電解生物質(zhì)炭浮床浮于水面。
[0032]浮床框體1-1中間為種植槽1-2，種植槽1-2的橫截面為原型，直徑為I OOmm。種植槽1-2的下方設(shè)有浮橋腔體1-3，即60目的圓柱形聚酰胺網(wǎng)袋，直徑為120cm。聚酰胺網(wǎng)袋的袋口固定于浮床框體1-1上種植槽1-2的周?chē)?，使其可以完全兜住種植槽1-2。從種植槽1-2上向浮橋腔體1-3內(nèi)填充粒徑為I?3mm的竹炭，直至竹炭高度低于種植槽1-2槽口 I?2cm。同時(shí)，在種植槽內(nèi)的竹炭上種植圓幣草，種植密度為48株/m2。
[0033]向兩個(gè)浮橋單元的種植槽1-2內(nèi)分別垂直插入陰極電極板2-4和陽(yáng)極電極板2-3，兩電極板之間互相平行，且通過(guò)導(dǎo)線2-2與直流穩(wěn)壓電源2-1相連。其中，電解過(guò)程中使用的電壓在15V，其中，陰極電極板2-4為石墨板，厚度為2mm，長(zhǎng)25cm,寬lcm，位于生物質(zhì)炭基質(zhì)內(nèi)的有效高度為23cm;陽(yáng)極電極板2-3為鎂招合金板，厚度為3mm，長(zhǎng)25cm,寬lcm，位于生物質(zhì)炭基質(zhì)內(nèi)的有效尚度為23cm ο
[0034]實(shí)施例2
[0035]將實(shí)施例1中的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床布置于水深0.4m，面積0.053m2的人工配置的模擬污水中，污染物主要以低濃度的氮磷為主，其P043—-P的濃度為3mg/L，以磷酸二氫鉀配置，NH3-N的濃度為7mg/L，以氯化銨配置。設(shè)置污水對(duì)照組、污水加生物質(zhì)炭浮床組、污水加電解生物質(zhì)炭組為處理組。其中，污水加電解生物質(zhì)炭組所用浮床為實(shí)施例1中的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，電解過(guò)程中使用的電壓為15V，電解時(shí)間為9h/d。污水加生物質(zhì)炭浮床組所用浮床同實(shí)施例1，所不同的是，浮床內(nèi)不設(shè)置任何電極板、導(dǎo)線和電源。兩浮床中生物質(zhì)炭的有效體積與待處理污水的體積比均為I: 10。
[0036]在本實(shí)施例中，水體的理化指標(biāo)采用YSI6600測(cè)定，氨氮的濃度測(cè)定使用納氏試劑光度法(GB7479 — 87)測(cè)定;硝態(tài)氮采用紫外分光光度法中的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定;總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法(GBl 1894 — 89);正磷酸鹽采用鉬銻抗分光光度法(GBl 1893 —89);亞硝態(tài)氮采用N-(l-萘基)乙二胺光度法(GB7493 — 87);參見(jiàn)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》中的標(biāo)準(zhǔn)。各樣品在經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)程序處理后用紫外分光光度法(VI800，SHIMADZU)分析測(cè)定。連續(xù)處理15天后相比較對(duì)照組電解生物質(zhì)炭浮床組的水質(zhì)明顯改善，圖2、圖3、圖4、圖5分別為采用本實(shí)施運(yùn)行的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié);其中，CKl為污水對(duì)照組，CK2為污水加生物質(zhì)炭浮床組，TI為污水加電解生物質(zhì)浮床炭組。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，它包括至少兩個(gè)浮床單元，其特征在于，浮床單元包括浮橋框體(1-1)，浮橋框體(1-1)內(nèi)為種植槽(1-2)，種植槽(1-2)下方設(shè)有浮橋腔體(1-3);種植槽(1-2)內(nèi)種植有浮床植物(1-4)，浮床腔體(1-1)內(nèi)填充有生物質(zhì)炭(1-3)，生物質(zhì)炭(1-3)內(nèi)垂直設(shè)置有電極板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，其特征在于，浮床腔體(1-1)位于水面下方，種植槽(1-2)位于水面上方。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，其特征在于，所述的浮床腔體(1-1)為聚酰胺網(wǎng)袋，目數(shù)為60?100目，袋口固定于種植槽底部。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，其特征在于，所述的浮床植物(1-4)為圓幣草、水花生、水竹或西伯利亞鸞尾，種植密度為48?80株/m2。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，其特征在于，所述的生物質(zhì)炭的粒徑為I?3mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，其特征在于，相鄰的兩個(gè)浮床單元內(nèi)分別設(shè)置陽(yáng)極電極板(2-3)和陰極電極板(2-4)，兩電極板之間互相平行，通過(guò)導(dǎo)線(2-2)與直流穩(wěn)壓電源(2-1)相連;其中，陽(yáng)極電極板(2-3)為鎂鋁合金板，陰極電極板(2-4)為石墨板或是石墨纖維氈。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床，其特征在于，電極板的有效體積與生物質(zhì)炭的有效體積的比為0.0005?0.004:1。8.權(quán)利要求1所述的電解聯(lián)合生物質(zhì)炭浮床在水體凈化領(lǐng)域的應(yīng)用。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，生物質(zhì)炭的有效體積與待凈化水體的體積比為1:10?50。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的水體凈化是指除去水體中的氮和磷。
【文檔編號(hào)】C02F9/14GK105923932SQ201610550837
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年7月13日
【發(fā)明人】楊柳燕, 高燕, 張文, 張瑄文, 張燕
【申請(qǐng)人】南京大學(xué)