基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统技术方案

基于HSFCW‑光催化MFC工艺的农村水处理系统，属于环境保护技术领域,由格栅（1）、沉砂池（2）、光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3）、电能收集储存系统（4）、集水池（5）、在线水质监测回用系统（6）组成，格栅（1）与沉砂池（2）相连接，沉砂池（2）连接光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3），电能收集储存系统（4）配装在所述湿地系统周围，光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3）连通集水池（5），集水池（5）出水处设有在线水质监测回用系统（6）。

【技术实现步骤摘要】
基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统
本技术涉及光催化微生物燃料电池技术和水平潜流式人工湿地系统，属于环境保护
，具体是基于HSFCW工艺耦合光催化微生物燃料电池（MFC）工艺的农村水处理系统。
技术介绍
人工湿地由填料、水生植物与微生物共同作用来净化污水。水平潜流式人工湿地为目前运用较为广泛的人工湿地之一，主要由填料拦截、吸附、过滤、微生物与植物的同化及异化作用去除污染物，污水水力停留时间延长，提高污染物去除率并促进磷的沉积。通过人为设计规划，该人工湿地具有比传统湿地净水技术更高的效率,同时人工湿地成本低，能耗小，运行维护方便，具有更强的环境适用性。HSFCW是水平潜流式人工湿地的缩写，即Horizontalsubsurfaceflowconstructedwetlands。微生物燃料电池（MFC）可利用产电微生物作用将有机污染物中的化学能直接转化为电能，在净化污水的同时进行产电。光催化微生物燃料电池是MFC的一种。生物阳极在湿地下方处于厌氧环境，附着在阳极表面的厌氧微生物在可氧化降解有机物，产生的氢质子和电子分别通过自由扩散作用和外电路电子传递作用到达光催化阴极。阴极在湿地上方处于好氧环境，光照射下,阴极表面产生光电子和空穴,空穴与电子相结合；剩余电子与阴极处的氧气或氢离子发生还原反应，形成完整的回路,从而降解有机物并提高产电效率。TiO2经过光的照射可产生高活性的含氧自由基，破坏有机污染物中的碳氢键、氮氢键及碳氧键，具有杀菌消毒的作用。农村污水分布分散、面广,水处理硬件设施不齐全，污水最终只能外排进入环境。湿地生态系统可有效分散式处理农村污水。同时利用光催化微生物燃料电池技术，不仅强化污水处理效果并收集电能，还能实现资源循环利用并减少管道铺设成本，是一种环境友好型生物能源技术，是未来农村水处理设施的发展方向。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统。本技术是基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统，由格栅1、沉砂池2、光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3、电能收集储存系统4、集水池5、在线水质监测回用系统6组成，格栅1与沉砂池2相连接，沉砂池2连接光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3，电能收集储存系统4配装在所述湿地系统周围，光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3连通集水池5，集水池5出水处设有在线水质监测回用系统6；所述的光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3包括进水管7、填料层10、光催化阴极11、生物炭阳极12、挺水水生植物层13、防水层14、溢流堰15；所述集水池5包括出水管8、回流管9；进水管7位于光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3的最底端；溢流堰15配装在所述湿地系统池顶的上方，与池壁形成一体；防水层14位于所述湿地系统最底层，填料层10位于防水层14上方，生物炭阳极12位于填料层10上方，光催化阴极11位于所述湿地系统池顶下方预设位置处，挺水水生植物层13位于所述湿地系统水平面处；溢流堰15连通集水池5；出水管8与进水管7由回流管9相连。本技术主要使用光催化微生物燃料电池技术耦合水平潜流式湿地系统强化农村污水处理能力，使用太阳能供电设备作为光催化阴极的主要电源，电能收集储存系统收集MFC产生的电能作为备用电源，达到高效净水和节能环保的目的。本技术与现有技术相比，具有如下优点：1.HSFCW-光催化MFC系统采用水平流态与光催化MFC的技术，具有更高的有机物、氮和磷的去除率以及高效的产电效率；2.HSFCW-光催化MFC系统设计电能收集储存系统，可回收系统所产电能并进行利用，减少能量的耗散率；3.HSFCW-光催化MFC系统的尾水可回用于灌溉、冲厕等方面，收集电能可作为光催化系统或农村用电系统的备用电源。附图说明图1为本技术的工艺流程图，图2为本技术的光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统结构原理图，图3为本技术的光催化阴极平面图，图4为本技术的电能收集储存系统流程图，图5为本技术的光催化供电流程图。具体实施方式本技术将光催化微生物燃料电池技术和水平潜流式人工湿地系统结合起来，形成一种新型湿地生态系统。通过在湿地内部设置微生物燃料电池对传统人工湿地的去除污染物能力进行强化，采用水平流态，增加湿地系统内污水水力停留时间，依次经过湿地各层具有不同特性的填料，与微生物充分接触污染物质可充分降解并促进磷的沉积，同时湿地系统内形成厌氧-缺氧-好氧过程，有利于去除氮。另外，采用光催化阴极，有利于有机质与氮的去除；在湿地填料层中加入废弃碎红砖块，表面粗糙吸附性能好，从而提高磷的去除；设计电能收集储存电路，回收所述湿地系统将有机污染物的化学能转化的电能，从而达到有效净化污水、收集所产电能的目的，实现节能环保理念。如图1～图5所示，本技术是基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统，由格栅1、沉砂池2、光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3、电能收集储存系统4、集水池5、在线水质监测回用系统6组成，格栅1与沉砂池2相连接，沉砂池2连接光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3，电能收集储存系统4配装在所述湿地系统周围，光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3连通集水池5，集水池5出水处设有在线水质监测回用系统6；所述的光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3包括进水管7、填料层10、光催化阴极11、生物炭阳极12、挺水水生植物层13、防水层14、溢流堰15；所述集水池5包括出水管8、回流管9；进水管7位于光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3的最底端；溢流堰15配装在所述湿地系统池顶的上方，与池壁形成一体；防水层14位于所述湿地系统最底层，填料层10位于防水层14上方，生物炭阳极12位于填料层10上方，光催化阴极11位于所述湿地系统池顶下方1.5m处，挺水水生植物层13位于所述湿地系统水平面处；溢流堰15连通集水池5；出水管8与进水管7由回流管9相连。以上所述的基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统，填料层（10）由下到上分别由废弃碎红砖块、石英砂、陶粒组成。以上所述的基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统，系统的循环流程为：农村生活污水经格栅1进入沉砂池2，去除大部分无机颗粒后通过进水管7进入光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3，净化污水的同时电能收集储存系统4收集所述湿地系统产生的电能，生化处理的水通过溢流堰15进入集水池5，出水管8处设有在线水质监测回用系统6，水质达标则排放回用，未达标则通过回流管9进入所述湿地系统再次处理，湿地中的沉积物通过更换填料和刈割水生植物去除。如图1所示，本技术系统的连接方法为：格栅1与沉砂池2相连接，沉砂池2连接光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统3，电能收集储存系统4配装在所述湿地系统周围，光催化微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统，由格栅（1）、沉砂池（2）、光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3）、电能收集储存系统（4）、集水池（5）、在线水质监测回用系统（6）组成，其特征在于：格栅（1）与沉砂池（2）相连接，沉砂池（2）连接光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3），电能收集储存系统（4）配装在所述湿地系统周围，光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3）连通集水池（5），集水池（5）出水处设有在线水质监测回用系统（6）；所述的光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3）包括进水管（7）、填料层（10）、光催化阴极（11）、生物炭阳极（12）、挺水水生植物层（13）、防水层（14）、溢流堰（15）；所述集水池（5）包括出水管（8）、回流管（9）；进水管（7）位于光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3）的最底端；溢流堰（15）配装在所述湿地系统池顶的上方，与池壁形成一体；防水层（14）位于所述湿地系统最底层，填料层（10）位于防水层（14）上方，生物炭阳极（12）位于填料层（10）上方，光催化阴极（11）位于所述湿地系统池顶下方预设位置处，挺水水生植物层（13）位于所述湿地系统水平面处；溢流堰（15）连通集水池（5）；出水管（8）与进水管（7）由回流管（9）相连。/n...

【技术特征摘要】
1.基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统，由格栅（1）、沉砂池（2）、光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3）、电能收集储存系统（4）、集水池（5）、在线水质监测回用系统（6）组成，其特征在于：格栅（1）与沉砂池（2）相连接，沉砂池（2）连接光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3），电能收集储存系统（4）配装在所述湿地系统周围，光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3）连通集水池（5），集水池（5）出水处设有在线水质监测回用系统（6）；所述的光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3）包括进水管（7）、填料层（10）、光催化阴极（11）、生物炭阳极（12）、挺水水生植物层（13）、防水层（14）、溢流堰（15）；所述集水池（5）包括出水管（8）、回流管（9）；进水管（7）位于光催化微生物燃料电池耦合水平潜流式人工湿地系统（3）的最底端；溢流堰（15）配装在所述湿地系统池顶的上方，与池壁形成一体；防水层（14）位于所述湿地系统最底层，填料层（10）位于防水层（14）上方，生物炭阳极（12）位于填料层（10）上方，光催化阴极（11）位于所述湿地系统池顶下方预设位置处，挺水水生植物层（13）位于所述湿地系统水平面处；溢流堰（15）连通集水池（5）；出水管（8）与进水管（7）由回流管（9）相连。


2.根据权利要求1所述的基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统，其特征在于所述的填料层（10）由下到上分别由西北废弃碎红砖块、石英砂、陶粒组成。


3.根据权利要求1所述的基于HSFCW-光催化MFC工艺的农村水处理系统，其特征在于所述光催化阴极（11）由TiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴婵，张家轩，赵霞，郭俊劭，申朝辉，王广文，王雅丽，陈同，王雨石，王志鹏，宋爱国，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：新型
国别省市：甘肃;62