一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地裝置，屬于污水處理與電化學(xué)耦合【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征在于，人工濕地的多介質(zhì)濾床中種植挺水植物組并布置多組曝氣管及排氣管，兩側(cè)設(shè)有入流布水區(qū)和出流集水區(qū)，分別連接供水系統(tǒng)、回流系統(tǒng)和排水系統(tǒng)，人工濕地由膨潤土分為上、下兩層分別布置至少一塊石墨氈，下層為厭氧區(qū)(陽極室)由微生物氧化有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，上層為好氧區(qū)(陰極室)由植物及曝氣管供氧，電子通過外電路傳遞到陰極形成電流，由于陰／陽極室氧化還原電位的不同產(chǎn)生電壓從而構(gòu)成微生物燃料電池人工濕地。本發(fā)明能同時(shí)去除有機(jī)物和產(chǎn)生電能，處理效果好，運(yùn)行維護(hù)成本低，節(jié)能環(huán)保。
【專利說明】一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，屬于人工濕地【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，人工濕地作為一種低成本、低能耗的水處理技術(shù)而得到人們的廣泛關(guān)注與研究。人工濕地由濕地植物、介質(zhì)濾床和微生物通過物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用從而達(dá)到去除水中污染物的目的。如水平潛流人工濕地上層通過植物根部泌氧形成好氧區(qū)，相反下層則主要呈現(xiàn)為厭氧狀態(tài)形成厭氧區(qū)，由于上/下層氧化還原電位的不同，因此人工濕地具有通過改造其結(jié)構(gòu)而構(gòu)建成微生物燃料電池人工濕地裝置的潛質(zhì)。
[0003]微生物燃料電池主要是在陽極室，利用產(chǎn)電子活躍的微生物通過轉(zhuǎn)化水中的有機(jī)物產(chǎn)生電子、質(zhì)子及其它產(chǎn)物，電子通過外電路傳遞至陰極室形成電流，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜傳遞至陰極與氧結(jié)合生成水。微生物燃料電池通過處理氧化水中的有機(jī)物產(chǎn)生電能，并生成純凈水。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于:在人工濕地的填料介質(zhì)濾床中種植挺水植物并布置有多組曝氣管及排氣管，在介質(zhì)濾床兩側(cè)分別設(shè)有入流布水區(qū)和出流集水區(qū)，入流布水區(qū)和出流集水區(qū)分別連接供水系統(tǒng)及排水系統(tǒng)，入流布水區(qū)與出流集水區(qū)之間連接有回流系統(tǒng)，由膨潤土層將多介質(zhì)濾床分為上層好氧區(qū)及下層厭氧區(qū)，在上層好氧區(qū)及下層厭氧區(qū)內(nèi)分別布置至少一塊石墨氈，有機(jī)污水經(jīng)由供水系統(tǒng)及入流布水區(qū)進(jìn)入下層厭氧區(qū)，下層厭氧區(qū)作為陽極室由微生物轉(zhuǎn)化有機(jī)污水中的有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，電子經(jīng)由下層厭氧區(qū)的石墨氈通過外電路傳遞到作為陰極室的上層好氧區(qū)內(nèi)的石墨氈形成電流，質(zhì)子則透過膨潤土層傳入上層好氧區(qū)，用于排出水中所含氣體及厭氧過程所產(chǎn)生的氣體的排氣管的進(jìn)氣端伸入下層厭氧區(qū)內(nèi)，上層好氧區(qū)作為陰極室由挺水植物組及曝氣管供氧，下層厭氧區(qū)的出水經(jīng)出流集水區(qū)、回流系統(tǒng)及入流布水區(qū)進(jìn)入上層好氧區(qū)，在好氧微生物作用下將來自下層厭氧區(qū)的進(jìn)水中的有機(jī)污染物降解后自出流集水區(qū)出水至排水系統(tǒng)。
[0006]優(yōu)選地，所述膨潤土層位于所述人工濕地中部并完全覆蓋。
[0007]優(yōu)選地，所述外電路包括將所述石墨氈相連的導(dǎo)線，在位于上層好氧區(qū)內(nèi)的石墨氈與位于下層厭氧區(qū)內(nèi)的石墨氈之間串接負(fù)載，在負(fù)載兩端并聯(lián)電路監(jiān)測單元或電能輸出
裝置。
[0008]優(yōu)選地，所述曝氣管由直徑為5cm的PVC管多方向均勻打孔制成，其約I個(gè)/ m2布置在所述上層好氧區(qū)。[0009]優(yōu)選地，所述排氣管由直徑為5cm的PVC管在下部多方向均勻打孔、上部設(shè)置閥門制成，其約I個(gè)/ m2布置在所述下層厭氧區(qū)。
[0010]優(yōu)選地，所述挺水植物組由蘆葦10-20株/ m2或美人蕉3-4株/ m2布置而成，其根系分布在所述上層好氧區(qū)。
[0011]優(yōu)選地，所述入流布水區(qū)與所述出流集水區(qū)均由粒徑約9-15_的礫石填料經(jīng)PVC多孔板固定構(gòu)成。
[0012]優(yōu)選地,所述介質(zhì)濾床由粒徑約5-8_的碌石填料及砂子組成。
[0013]本發(fā)明通過改造人工濕地的結(jié)構(gòu)以供產(chǎn)電子活躍的微生物在人工濕地的下層厭氧區(qū)(陽極室)由微生物轉(zhuǎn)化有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，上層為好氧區(qū)(陰極室)由植物及曝氣管供氧，電子通過外電路傳遞到陰極形成電流，由于陰/陽極室氧化還原電位的不同產(chǎn)生電壓從而構(gòu)成微生物燃料電池人工濕地。
[0014]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:通過人工濕地下層厭氧區(qū)(陽極室)轉(zhuǎn)化水中的有機(jī)物產(chǎn)生電子，通過外電路傳遞至上層好氧區(qū)(陰極室)形成電流，由于陰/陽極室氧化還原電位的不同產(chǎn)生電壓。微生物燃料電池人工濕地在高效處理水中有機(jī)物污染物的同時(shí)產(chǎn)生電能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的裝置示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的俯視圖；
[0017]圖3是本發(fā)明的布水管圖；
`[0018]圖4是本發(fā)明的PVC曝氣管圖；
[0019]圖5是本發(fā)明的PVC多孔板圖；
[0020]圖6是本發(fā)明的PVC排氣管圖。
[0021]圖中:1、配水井2、蝶閥3、格柵4、供水泵5、閥門6、膨潤土 7、回流管8、微生物燃料電池人工濕地裝置9、挺水植物10、曝氣管11、排氣管12、上層好氧區(qū)填料13上層好氧區(qū)(陰極室)14-1、入流布水區(qū)14-2、出流集水區(qū)15、出水池16、導(dǎo)線17、負(fù)載18、電路監(jiān)測裝置19、回流泵20、陽極石墨氈21、下層厭氧區(qū)填料22、下層厭氧區(qū)(陽極室)23、陰極石墨氈24、PVC多孔板25-1及25-2、布水管。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0023]如圖1及2所示，本發(fā)明提供了一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，包括人工濕地8，在人工濕地8的多介質(zhì)濾床中種植挺水植物組9并布置有多組曝氣管10及排氣管11。約2cm厚的膨潤土層6位于人工濕地8中部并完全覆蓋，由膨潤土層6將多介質(zhì)濾床分為上層好氧區(qū)13及下層厭氧區(qū)22。在下層厭氧區(qū)22的下層厭氧區(qū)填料21底部添加帶有可以產(chǎn)生電子微生物的污泥，在上層好氧區(qū)13的上層好氧區(qū)填料12及下層厭氧區(qū)22的下層厭氧區(qū)填料21中間分別布置多塊串聯(lián)的陰極石墨氈23及多塊串聯(lián)的陽極石墨租20。由導(dǎo)線16將陰極石墨租23與陽極石墨租20串接，同時(shí)，在陰極石墨租23與陽極石墨氈20之間串接負(fù)載17，在負(fù)載17的兩端并聯(lián)電路監(jiān)測裝置18。[0024]挺水植物組9由蘆葦10-20株/ m2或美人蕉3_4株/ m2布置而成，其根系分布在上層好氧區(qū)。結(jié)合圖4，曝氣管10由直徑為5cm的PVC管多方向均勻打孔制成，其約I個(gè)/m2布置在上層好氧區(qū)。上層好氧區(qū)由挺水植物組9及曝氣管10供氧。結(jié)合圖6，排氣管11由直徑為5cm的PVC管在下部多方向均勻打孔、上部設(shè)置閥門5制成，其約I個(gè)/ m2布置在下層厭氧區(qū)22。
[0025]人工濕地8的多介質(zhì)濾床由粒徑約5-8_的碌石填料及砂子組成，在其兩側(cè)分別設(shè)有入流布水區(qū)14-1和出流集水區(qū)14-2，結(jié)合圖3及圖5，入流布水區(qū)14-1與出流集水區(qū)14-2均由粒徑約9-15mm的礫石填料經(jīng)PVC多孔板24固定構(gòu)成。入流布水區(qū)14_1和出流集水區(qū)14-2分別連接供水系統(tǒng)及排水系統(tǒng)，入流布水區(qū)14-1與出流集水區(qū)14-2之間連接有回流系統(tǒng)。
[0026]使用時(shí)，供水系統(tǒng)的配水井I中的有機(jī)污水經(jīng)格柵3處理由供水泵4提升至人工濕地8的下層厭氧區(qū)22，由布水管25-1流進(jìn)入入流布水區(qū)14-1均勻分配至下層厭氧區(qū)22。進(jìn)水過程中，須打開排氣管11的閥門，以排出水中所含氣體及厭氧過程所產(chǎn)生的氣體，待進(jìn)水完畢時(shí)關(guān)閉。有機(jī)污水在作為陽極室的上層厭氧區(qū)22內(nèi)由微生物氧化有機(jī)污水中的有機(jī)物產(chǎn)生電子、質(zhì)子和其它產(chǎn)物，電子經(jīng)由陽極石墨氈20、導(dǎo)線16及負(fù)載17傳遞至陰極石墨氈23形成電流，該過程可由電路監(jiān)測裝置18進(jìn)行電路電流、電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測，質(zhì)子透過膨潤土層6傳至作為陰極室的上層好氧區(qū)13。下層厭氧區(qū)22的出水出流集水區(qū)14-2后，由回流系統(tǒng)的回流泵19進(jìn)入回流管7、布水管25-2流入入流布水區(qū)14-1均勻分配至上層好氧區(qū)13。由上層好氧區(qū)13內(nèi)由挺水植物9及曝氣管10提供的氧與來自下層厭氧區(qū)22的質(zhì)子將來自下層厭氧區(qū)22的進(jìn)水中可能含有的有機(jī)污染物降解，并經(jīng)由出流集水區(qū)14-2流入出水系統(tǒng) 的水池15。
【權(quán)利要求】
1.一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于:包括人工濕地(8)，在人工濕地(8)的多介質(zhì)濾床中種植挺水植物組(9)并布置有多組曝氣管(10)及排氣管(11)，在多介質(zhì)濾床兩側(cè)分別設(shè)有入流布水區(qū)(14-1)和出流集水區(qū)(14-2)，入流布水區(qū)(14-1)和出流集水區(qū)(14-2)分別連接供水系統(tǒng)及排水系統(tǒng)，入流布水區(qū)(14-1)與出流集水區(qū)(14-2)之間連接有回流系統(tǒng)，由膨潤土層(6)將多介質(zhì)濾床分為上層好氧區(qū)(13)及下層厭氧區(qū)(22)，在上層好氧區(qū)(13)及下層厭氧區(qū)(22)內(nèi)分別布置至少一塊石墨氈，有機(jī)污水經(jīng)由供水系統(tǒng)及入流布水區(qū)(14-1)進(jìn)入下層厭氧區(qū)(22)，下層厭氧區(qū)(22)作為陽極室由微生物氧化有機(jī)污水中的有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，電子經(jīng)由下層厭氧區(qū)(22)的石墨氈通過外電路傳遞到作為陰極室的上層好氧區(qū)(13)內(nèi)的石墨氈形成電流，質(zhì)子則透過膨潤土層(6)傳入上層好氧區(qū)(13)，用于排出水中所含氣體及厭氧過程所產(chǎn)生的氣體的排氣管(11)的進(jìn)氣端伸入下層厭氧區(qū)(22)內(nèi)，上層好氧區(qū)(13)作為陰極室由挺水植物組 (9)及曝氣管(10)供氧，下層厭氧區(qū)(22)的出水經(jīng)出流集水區(qū)(14-2)、回流系統(tǒng)及入流布水區(qū)(14-1)進(jìn)入上層好氧區(qū)(13)，由氧將來自下層厭氧區(qū)(22)的進(jìn)水中的有機(jī)污染物降解后自出流集水區(qū)(14-2)出水至排水系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于:所述膨潤土層(6)位于所述人工濕地(8)中部并完全覆蓋。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于:所述外電路包括將所述石墨氈相連的導(dǎo)線(16)，在位于上層好氧區(qū)(13)內(nèi)的石墨氈與位于下層厭氧區(qū)(22)內(nèi)的石墨氈之間串接負(fù)載(17)，在負(fù)載(17)兩端并聯(lián)電路監(jiān)測單元(18)或電能輸出裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于:所述曝氣管(10)由直徑為5cm的PVC管多方向均勻打孔制成，其約I個(gè)/ m2布置在所述上層好氧區(qū)(13)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于:所述排氣管(11)由直徑為5cm的PVC管在下部多方向均勻打孔、上部設(shè)置閥門(5)制成，其約I個(gè)/ m2布置在所述下層厭氧區(qū)(22)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于:所述挺水植物組(9)由蘆葦10-20株/ m2或美人蕉3-4株/ m2布置而成，其根系分布在所述上層好氧區(qū)(13)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于:所述入流布水區(qū)(14-1)與所述出流集水區(qū)(14-2)均由粒徑約9-15mm的礫石填料經(jīng)PVC多孔板(24)固定構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于:所述多介質(zhì)濾床由粒徑約5-8_的碌石填料及砂子組成。
【文檔編號】H01M8/16GK103708622SQ201410001954
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】宋新山, 王俊峰, 王宇暉, 王蘇艷, 嚴(yán)登明, 何媛, 王瑋, 丁怡 申請人:東華大學(xué)