一种人工湿地-微生物燃料电池农村生活污水处理装置及其处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种人工湿地‑微生物燃料电池农村生活污水处理装置及其处理方法，包括格栅、调节池、水泵、进水管、集水管、出水管、回流管、出水池、人工湿地和微生物燃料电池，格栅、调节池、水泵、进水管和人工湿地依次相连，多电极微生物燃料电池置于人工湿地内部，人工湿地集水管通向出水池，出水池底部接有出水管和回流管。生活污水先经格栅进入调节池，后经水泵自进水管进入装置，在人工湿地和微生物燃料电池双重作用下处理后经集水管进入出水池，其50％经出水管排放、50％经回流管回流，污水水力停留时间1.5～2.0d、阴极区域溶解氧1.0～1.5mg/L、装置输出电流＞0.96mA。本发明专利技术提供的人工湿地‑微生物燃料电池装置，结构简单、操作方便，可有效处理农村生活污水。

【技术实现步骤摘要】
一种人工湿地-微生物燃料电池农村生活污水处理装置及其处理方法
本专利技术属于水污染控制与水处理
，具体涉及一种人工湿地-微生物燃料电池农村生活污水处理装置及其处理方法。
技术介绍
目前，我国农村广泛存在洗漱、厨房、洗衣等生活污水直接排放的现象。随意排放生活污水不仅会污染水体、破坏村庄环境，也会影响村民饮用水安全。以活性污泥为代表的传统集中污水处理设施相对完善和成熟，并具有显著的环境效益和社会效益，但是由于其能耗较大、运行管理费用较高、对操作人员的技术和管理水平要求也较高，并不适用于资金和技术比较缺乏的广大农村地区和经济落后地区的小城镇。因此，开发简单实用、经济高效的分散式污水处理方式对于解决农村生活污水处理问题具有十分重要的现实意义。农村地区土地资源充足，以人工湿地、氧化塘、生物浮床等为代表的生态治理系统是较为适宜的农村污水处理技术。其中，人工湿地具有建设运行费用低、耗能少、运行维护方便、生态环境效益显著、可实现废水资源化等特点。但是由于长期处于淹水状态，传统人工湿地系统复氧能力较差，使得硝化反应成为限制湿地系统脱氮性能的关键因素，导致系统脱氮效率降低，仅为40％～55％。针对上述问题，可以采用组合人工湿地系统、人工曝气、控制湿地内水流流动方式或者间歇进水的方式来提高湿地内部的溶解氧含量，使人工湿地系统能够同时满足硝化反应的好氧条件和反硝化反应的缺氧/厌氧条件，进而提高其脱氮效率。自2010年以来，相继出现利用人工湿地-微生物燃料电池系统处理废水并产电的相关报道。微生物燃料电池利用微生物作为生物催化剂，将有机物将有机底物在阳极(厌氧环境)氧化生成CO2、H+和e-，H+通过质子交换膜(或无膜)转移至阴极(好氧环境)，e-经外电路迁移至阴极后与最终电子受体(氧气、硝酸盐或硫酸盐等)及H+反应生成水，并最终转化为电能。与一般燃料电池相比，微生物燃料电池具有效率高、无污染、燃料来源广泛、操作条件温和、生物相容性高等特点。微生物燃料电池可通过促进阳极产电微生物降解有机物而提高人工湿地的有机物去除率，同时通过使硝酸盐在阴极协同作为电子受体而显著提高人工湿地的脱氮效率。经对现有技术的文献检索发现，已有的人工湿地-微生物燃料电池耦合系统，如CN201510351628.0是一种强化人工湿地去除药物残留物并防止耐药菌扩散的装置，该装置包括芦苇塔、微生物燃料电池型人工湿地和电化学反应区，目的是提供一种利用根系分泌物与生物电化学的藕合作用促进人工湿地去除药物残留物并防止耐药菌扩散的方法，提高了对药物残留物的去除效率；CN201621282372.9公开了一种人工湿地燃料电池以及餐厨垃圾压缩水的净化系统，包括上流式厌氧反应床、厌氧一好氧协同处理装置和人工湿地燃料电池，该净化系统对餐厨垃圾压缩水具有较好的净化效果；CN201711384102.8提供了一种人工湿地与微生物燃料电池废水处理藕合装置用于处理养猪场生产废水，其排放废水能达到GB18596-2001《畜禽养殖业污染物排放标准》；CN201610380134.X公开了一种潮汐流人工湿地藕合微生物燃料电池的污水处理系统及方法，该系统充分发挥人工湿地与微生物燃料电池协同作用，配合特定的潮汐流水流运行方式，实现了高效处理污水的目的，但是该系统间歇运行，处理水量不如连续运行系统，且操作运行较为复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的，是提供一种处理效率高、运行成本低、对负荷变化适应性强并且运行维护简单的农村生活污水处理装置及方法，具体为一种人工湿地-微生物燃料电池农村生活污水处理装置及其处理方法。本专利技术通过如下技术方案予以实现。一种人工湿地-微生物燃料电池农村生活污水处理装置，包括格栅、调节池、水泵、进水管、集水管、出水管、回流管、出水池、人工湿地和微生物燃料电池，其特征在于，所述格栅1位于调节池2进水前端，水泵3的进水端连接有调节池2，水泵3的出水端连接有进水管4，进水管4与人工湿地5相连接，微生物燃料电池6置于人工湿地5内部，人工湿地5的集水管7通向出水池8，出水池8底部连接有出水管9，出水管9侧端接有出水回流管10；所述人工湿地5为上行流垂直潜流人工湿地，进水管4位于人工湿地底部，呈“丰”字型，包括主干管11和主干管两侧进水支管12，进水支管12管壁下方设置有两排布水孔13，布水孔与进水支管的截面圆心水平线成45°交错排列，每排每两个布水孔的中心距由靠近主干管一侧向远端依次减小，人工湿地池体外进水管主干管的侧端接有出水回流管10；人工湿地5内部填充有填料14，填料14的上面种植有植物15；人工湿地5靠近出水池8一侧的池壁设置有横向集水管7，集水管距湿地填料表面的垂直距离为0.10-0.15m，集水管管壁下方设置有两排集水孔16，集水孔与集水管的截面圆心水平线成45°交错排列；所述微生物燃料电池6为生物阴极型单室微生物燃料电池，其阳极17与阴极18均为多电极，多个阳极电极均匀地分布于湿地填料14内部、多个阴极电极均匀地分布于湿地填料14表层，阳极与阴极之间以连接导线19相连并接有外接电阻20，形成闭合回路。所述填料14的底部为承托层，承托层为粒径2-4cm的石灰石，填装高度为10-15cm；承托层的上面为主填料层，主填料层为火山岩、沸石、陶粒、高炉矿渣和活性炭中的一种或几种的组合，粒径为1-3cm，填充高度为25-30cm；主填料层火山岩上面设置有粒径为0.5-1cm的小粒径石灰石，填装高度为2.5-5cm；小粒径石灰石上面设置有粒径为0.1-0.3cm的河沙，填装高度为2.5-5cm，河沙层混有同等粒径的石墨颗粒或火山岩或陶粒或高炉矿渣或活性炭且其体积比≥10％。所述进水支管12管壁下方布水孔13孔口直径为5-10mm，为使布水更加均匀，每排每两个布水孔的中心距由靠近主干管一侧向远端依次减小，具体为前1/3段、中间1/3段、后1/3段的每两个布水孔的中心距分别为20mm、15mm、10mm。所述微生物燃料电池6的阳极17为碳纤维刷、石墨棒、不锈钢材质中的任一种，阴极18为石墨板、碳毡、不锈钢材质、碳纤维刷中的任一种；在0.70-1.0m的正方形距离范围内，多个阳极电极分别均匀地插在填料的四角和中间位置，阳极电极底部距离填料最底层5-10cm、上部距离填料表层5-10cm，填料四角的阳极电极通过钛丝分别与中间位置的阳极电极相连构成一个整体阳极，在对应阳极的距离范围内，多个阴极电极均匀地置于填料表层，各阴极电极通过钛丝相连而成为一个整体阴极；每组多电极阴极、阳极之间间隔0.50m；导线与电极连接处进行绝缘密封处理。所述集水管7的集水孔16孔口直径为5-10mm，每排每两个集水孔的中心距为20-30mm。所述植物15为挺水植物，可选芦苇、香蒲、鸢尾、美人蕉、菖蒲、菱白、水葱、灯芯草、风车草、千屈菜中的任一种或几种。该人工湿地-微生物燃料电池生活农村生活污水处理装置的处理污水方法，步骤如下：(1)生活污水首先经过格栅1，截留过滤大颗粒悬浮物质；(2)生活污水经由格栅1后进入调节池2，调节水质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人工湿地-微生物燃料电池农村生活污水处理装置，包括格栅、调节池、水泵、进水管、集水管、出水管、回流管、出水池、人工湿地和微生物燃料电池，其特征在于，所述格栅(1)位于调节池(2)进水前端，水泵(3)的进水端连接有调节池(2)，水泵(3)的出水端连接有进水管(4)，进水管(4)与人工湿地(5)相连接，微生物燃料电池(6)置于人工湿地(5)内部，人工湿地(5)的集水管(7)通向出水池(8)，出水池(8)底部连接有出水管(9)，出水管(9)侧端接有出水回流管(10)；/n所述人工湿地(5)为上行流垂直潜流人工湿地，进水管(4)位于人工湿地底部，呈“丰”字型，包括主干管(11)和主干管两侧进水支管(12)，进水支管(12)管壁下方设置有两排布水孔(13)，布水孔与进水支管的截面圆心水平线成45°交错排列，每排每两个布水孔的中心距由靠近主干管一侧向远端依次减小，人工湿地池体外进水管主干管的侧端接有出水回流管(10)；人工湿地(5)内部填充有填料(14)，填料(14)的上面种植有植物(15)；人工湿地(5)靠近出水池(8)一侧的池壁设置有横向集水管(7)，集水管距湿地填料表面的垂直距离为0.10-0.15m，集水管管壁下方设置有两排集水孔(16)，集水孔与集水管的截面圆心水平线成45°交错排列；/n所述微生物燃料电池(6)为生物阴极型单室微生物燃料电池，其阳极(17)与阴极(18)均为多电极，多个阳极电极均匀地分布于湿地填料(14)内部、多个阴极电极均匀地分布于湿地填料(14)表层，阳极与阴极之间以连接导线(19)相连并接有外接电阻(20)，形成闭合回路。/n...

【技术特征摘要】
1.一种人工湿地-微生物燃料电池农村生活污水处理装置，包括格栅、调节池、水泵、进水管、集水管、出水管、回流管、出水池、人工湿地和微生物燃料电池，其特征在于，所述格栅(1)位于调节池(2)进水前端，水泵(3)的进水端连接有调节池(2)，水泵(3)的出水端连接有进水管(4)，进水管(4)与人工湿地(5)相连接，微生物燃料电池(6)置于人工湿地(5)内部，人工湿地(5)的集水管(7)通向出水池(8)，出水池(8)底部连接有出水管(9)，出水管(9)侧端接有出水回流管(10)；
所述人工湿地(5)为上行流垂直潜流人工湿地，进水管(4)位于人工湿地底部，呈“丰”字型，包括主干管(11)和主干管两侧进水支管(12)，进水支管(12)管壁下方设置有两排布水孔(13)，布水孔与进水支管的截面圆心水平线成45°交错排列，每排每两个布水孔的中心距由靠近主干管一侧向远端依次减小，人工湿地池体外进水管主干管的侧端接有出水回流管(10)；人工湿地(5)内部填充有填料(14)，填料(14)的上面种植有植物(15)；人工湿地(5)靠近出水池(8)一侧的池壁设置有横向集水管(7)，集水管距湿地填料表面的垂直距离为0.10-0.15m，集水管管壁下方设置有两排集水孔(16)，集水孔与集水管的截面圆心水平线成45°交错排列；
所述微生物燃料电池(6)为生物阴极型单室微生物燃料电池，其阳极(17)与阴极(18)均为多电极，多个阳极电极均匀地分布于湿地填料(14)内部、多个阴极电极均匀地分布于湿地填料(14)表层，阳极与阴极之间以连接导线(19)相连并接有外接电阻(20)，形成闭合回路。


2.根据权利要求1所述的一种人工湿地-微生物燃料电池农村生活污水处理装置，其特征在于，所述填料(14)的底部为承托层，承托层为粒径2-4cm的石灰石，填装高度为10-15cm；承托层的上面为主填料层，主填料层为火山岩、沸石、陶粒、高炉矿渣和活性炭中的一种或几种的组合，粒径为1-3cm，填充高度为25-30cm；主填料层火山岩上面设置有粒径为0.5-1cm的小粒径石灰石，填装高度为2.5-5cm；小粒径石灰石上面设置有粒径为0.1-0.3cm的河沙，填装高度为2.5-5cm，河沙层混有同等粒径的石墨颗粒或火山岩或陶粒或高炉矿渣或活性炭且其体积比≥10％。


3.根据权利要求1所述的一种人工湿地-微生物燃料电池农村生活污水处理装置，其特征在于，所述进水支管(12)管壁下方布水孔(13)孔口直径为5-10mm，为使布水更加均匀，每排每两个布水孔的中心距由靠近主干管一侧向远端依次减小，具体为前1/3段、中间1/3段、后1/3段的每两个布水孔的中心距分别为20mm、15mm、10mm。


4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓欧，张长平，王菲，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12