一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置，包括反应槽，反应槽内壁两端设置有布水填料，布水填料后段从上至下依次为水层、基质层、支撑填料层、防渗层，植物根系位于基质层，反应槽侧壁上具有进水口和出水口；反应槽内还设置有单位阴极，太阳能供电装置、单位阳极，单位阴极位于植物根系位置，太阳能供电装置位于反应槽上部，单位阳极部分位于基质层，部分位于填料层。与现有技术相比，本实用新型专利技术的一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置，具有可以原位深入底泥原位改变持久性毒性污染物形态，同时在出水处对其进一步降解，达到双重降解污染物的目的，具备运行连续稳定等优势，并且可有效维护人工湿地植被及污染物去除。

【技术实现步骤摘要】
一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置
本技术涉及一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置，属于环保

技术介绍
一些氯代有机物广泛地在医药、农药、制革、造纸等行业中作为一种重要的化工原料、有机溶剂和中间体。在很多工业废水中，都存有这一类物质，具有持久性强、生物毒性等特点，虽在经过废水处理后，但尾水中仍残存有一定浓度。尾水再经过人工湿地的降解，氯代有机物便在湿地植被根系部位累积。氯代毒性有机物(例如氯酚类)可渗透细胞导致毒性积累和基因诱变。水生植物及根系微生物会在一定浓度的毒性氯代有机物下出现毒性效应，使湿地生态系统中植被活性退化，导致人工湿地降解氮磷的效率下降。全球60％的人工湿地处于生态退化的状态，其中毒性污染物累积是造成的人工湿地生态失衡的重要成因。因此，针对人工湿地植被的维护和处理毒性有机污染物的工作刻不容缓。目前，卢守波等人通过一种通电式潜流人工湿地的研究，为了达到对潜流湿地的强化湿地水层对污染物的去除为目的，但在对湿地植被的根系维护及泥层的污染物的去除并未涉及。此外已有对氯代有机污染物处理大多还利用硝酸盐/亚硝酸盐等作为电子受体来加速生物氧化促进氯代有机污染物分解，此类方法电子受体在湿地底泥-水环境中具有流动性，可以一些人工湿地表层起到氯代有机污染物降解转化。但是目前研究已表明提供的电子受体往往避开对污染物降解，选择易还原的有机小分子；针对受氯代有机物污染较深的泥层，也缺乏深度修复的效果。微生物电解池(MEC)是一种将电能转化为化学能的电化学系统，主要是利用附加电能，协助微生物还原或氧化底物的一种生物电化学技术。微生物电解池工作原理：微生物电解池中的微生物，在其代谢过程中，电子从细胞内转移到了细胞外的单位阳极，然后通过外电路在电源提供的电势差作用下到达单位阴极。在单位阴极，电子参与还原反应。微生物电解池(microbialelectrolysiscells,MECs)的方向主要集中于制氢，后来MECs发展出集产能与治理污染的应用形式，为解决当能源问题和污染治理提供了一种新的解决方案，受到各国科学家的广泛关注。针对人工湿地的底泥受污染物污染问题，需大规模的有效工程应用处理方法。因此，本技术利用微生物电解池实现低成本，高效率的处理污染物及维护根系的方法，广泛适用于治污工程应用。
技术实现思路
本技术需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置，包括反应槽，所述反应槽内壁一周设置有布水填料，布水填料内的反应区内从上至下依次为水层、基质层、支撑填料层，植物根系位于基质层，反应槽侧壁上具有进水口和出水口，进水口和出水口位于布水填料处；所述反应槽内还设置有单位阴极，太阳能供电装置、单位阳极，所述单位阴极位于植物根系位置，所述太阳能供电装置位于反应槽上部，所述单位阳极部分位于基质层，部分位于支撑填料层，所述单位阴极与太阳能供电装置之间设有阴极导线，所述太阳能供电装置与单位阳极之间设有阳极导线。作为进一步的优选方案，所述单位阴极为若干不锈钢轴碳纤维刷交叉编制的网状结构，所述不锈钢轴碳纤维刷由不锈钢丝和四股碳纤维扭合制成。作为进一步的优选方案，所述单位阳极包括至少三个并列的钢制骨架，钢制骨架内排列放置有若干石墨块，石墨块外围包裹有碳纤维布。作为进一步的优选方案，所述太阳能供电装置具有负极集成电路板和正极集成电路板，所述单位阴极连接于负极集成电路板，所述单位阳极连接于正极集成电路板。作为进一步的优选方案，所述单位阳极位于靠近反应槽出水口的位置。与现有技术相比，本技术维护强化水平湿地微生物电化学处理毒性有机污染物装置用于降解植被根系附近污泥高浓度毒性污染物，具有可以深入底泥原位去除持久性毒性污染物，同时在出水处进一步降解，达到先还原改变污染物形态、毒性及可生化降解性、再进一步氧化的双重降解污染物的目的，运行连续稳定等优势，并且可有效维护人工湿地植被及污染物去除，具有以下优点：一、单位阴极可以深入富含污染物浓度较高的污泥层连续将氯代毒性有机污染物转化为无/低生物毒性产物，降低植物根系周围污染物浓度。二、本技术利用电极强化人工湿地植物根系底泥中氯代污染物生物进行阴阳两极的污染物同时去除，阴极可以达到氯代有机污染物的脱氯效果，阳极可将阴极脱氯的污染物，进一步氧化降解，可为人工强化下行潜流湿地受氯代污染物浓度较高的污泥层进行深度转化，可为长期运行并存在持久性有机物积累的人工湿地生态修复提供解决方案和技术途径。三、本技术涉及微生物学、电化学、分子生态学、过程工艺学等多学科领域，所提出的研究思路和方法同样具有创新性。四、微生物电化学修复技术具有便于维修、成本低廉、设备简单、不造成二次污染等优点，又对机污染土壤修复的环境友好、合理且有效，能实现深度转化氯代毒性有机污染物为生物低/无毒性的降解产物，增加生物强化修复过程的持续性和可控性。五、单位阴极材料的延展塑性，能够有效契合不同植被根系的形状，与制备根系保持有效距离，实现根系的单一保护，能够有效解决人工湿地毒性污染物影响的问题。六、单位阴极和单位阳极采用了模块化设计，能够与湿地面积灵活匹配，有效地对湿地进行强化。七、此系统使用太阳能进行供能运行，无附加能量，实现了能源的有效利用，以及系统的自给能力。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术电化学装置布局图；图3为不锈钢轴碳纤维刷的编制过程图；图4为单位阴极的编制过程图；图5为单位阳极的编制过程图；图6为本技术的工作效率图。具体实施方式下面结合附图详细说明本技术的优选技术方案。本技术的一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置，涉及微生物电解池的还原氧化过程，解决水平流潜流湿地底泥累积出现中高浓度的持久性氯代有机污染物，影响植物根系代谢酶活性，导致根系腐烂导致根系腐烂影响人工湿地处理尾水功能的问题；可将一种强化水平湿地微生物电化学维护装置的单位阴极放置于受氯代有机污染物影响的湿地植物根系附近的底泥中，单位阳极置于靠近人工湿地集水出口前段，使用两根导线分别连接单位阴极和太阳能供电装置的负极及单位阳极和太阳能供电装置的正极。阴极可以达到氯代有机污染物的脱氯效果，阳极可将阴极脱氯的污染物，进一步氧化降解。本技术的一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置，包括单位阴极11、阴极导线12、太阳能供电装置13、阳极导线14和单位阳极15。单位阴极11是由0.25mm不锈钢丝6和30mm碳纤维7通过四股扭合制成的不锈钢轴碳纤维刷8，若干不锈钢轴碳纤维刷8以30mm×30mm的网格编制10m×10m网状结构；单位阳极15是由钢制骨架和5cm-10cm的石墨块9通过堆叠并由碳纤维布10包裹的方式组合而成，钢制骨架是由层高为20cm、长为60cm、宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置，其特征在于：包括反应槽(1)，所述反应槽(1)内壁两端设置有布水填料(2)，布水填料(2)内的反应区内从上至下依次为水层(3)、基质层(4)、支撑填料层(5)，植物根系位于基质层(4)，反应槽(1)侧壁上具有进水口和出水口，进水口和出水口位于布水填料(2)处；所述反应槽(1)内还设置有单位阴极(11)，太阳能供电装置(13)、单位阳极(15)，所述单位阴极(11)位于植物根系位置，所述太阳能供电装置(13)位于反应槽(1)上部，所述单位阳极(15)部分位于基质层(4)，部分位于支撑填料层(5)，所述单位阴极(11)与太阳能供电装置(13)之间设有阴极导线(12)，所述太阳能供电装置(13)与单位阳极(15)之间设有阳极导线(14)。/n

【技术特征摘要】
1.一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置，其特征在于：包括反应槽(1)，所述反应槽(1)内壁两端设置有布水填料(2)，布水填料(2)内的反应区内从上至下依次为水层(3)、基质层(4)、支撑填料层(5)，植物根系位于基质层(4)，反应槽(1)侧壁上具有进水口和出水口，进水口和出水口位于布水填料(2)处；所述反应槽(1)内还设置有单位阴极(11)，太阳能供电装置(13)、单位阳极(15)，所述单位阴极(11)位于植物根系位置，所述太阳能供电装置(13)位于反应槽(1)上部，所述单位阳极(15)部分位于基质层(4)，部分位于支撑填料层(5)，所述单位阴极(11)与太阳能供电装置(13)之间设有阴极导线(12)，所述太阳能供电装置(13)与单位阳极(15)之间设有阳极导线(14)。


2.根据权利要求1所述的一种强化水平潜流湿地微生物电化学装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：代国庆，陈天明，远野，邹超，夏亭钰，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32