一种光电微生物耦合黑臭水体处理单元及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光电微生物耦合黑臭水体处理单元，水处理机构倾斜设置在透明箱体内的支架上，水处理机构包括从上至下依次接触设置的改性光电极板、粒子电极层和生物阴极层，粒子电极层和生物阴极层上均接种反硝化细菌；改性光电极板与蓄电池的正极连接，生物阴极层与蓄电池的负极连接；太阳光照射在改性光电极板上，改性光电极板在太阳光的激发下产生电子

【技术实现步骤摘要】
一种光电微生物耦合黑臭水体处理单元及其装置


[0001]本专利技术涉及废水处理领域，尤其是涉及一种光电微生物耦合黑臭水体处理单元及其装置。

技术介绍

[0002]随着国家城镇和工业规模的扩大，我国水体污染状况相当严重，是许多河流湖泊水体都处于严重的污染状态，且仍有继续加剧的趋势。尤其是工业废水、城市生活污水、农田的肥料和农药通过点源或非点源的形式进入河流湖泊，造成水体中污染物总量超出本身的自净容量，导致水体发黑发臭，水体富营养化，水中溶解氧下降，造成水体污染。现有技术都是将黑臭河道以内的水抽取出来，再进行过滤、净化等方式处理后再统一排入相应的河道内，从而实现对黑臭河道治理。而这种方式一般需要的设备很大，设备能耗大，在能源有效的情况下，治理效果很难得到有效的提升，并且处理工序复杂。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种光电微生物耦合黑臭水体处理单元及其装置，可直接在黑臭河道内进行水处理，结构简单，体积小，且能耗小。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种光电微生物耦合黑臭水体处理单元，包括：透明箱体，便于太阳光照射进箱体内，透明箱体上设有若干用于进水的通孔；水处理机构，其倾斜设置在透明箱体内的支架上，以使得水流动方向与水处理机构之间形成一定的夹角，增大水与水处理机构的接触面积和水的停留时间；水处理机构包括从上至下依次接触设置的改性光电极板、粒子电极层和生物阴极层，粒子电极层和生物阴极层上均接种反硝化细菌；蓄电池，设置在能够漂浮在水面上的防水箱中，防水箱与透明箱体连接；改性光电极板与蓄电池的正极连接，生物阴极层与蓄电池的负极连接；太阳光照射在改性光电极板上，改性光电极板在太阳光的激发下产生电子
‑
空穴对，具有氧化性的空穴用于与有机物反应实现降解污染物除碳，光生电子转移到粒子电极层上的生物膜中，供微生物反硝化脱氮；同时改性光电极板与生物阴极层连接电源形成电解，电解产生的电子转移至生物阴极层，供生物阴极层上的微生物反硝化脱氮；太阳能板，与蓄电池电连接，并将太阳能转化的电能储存在蓄电池中；浮力机构，设置在透明箱体上，并为透明箱体提供浮力，以使得透明箱体刚好淹没于水下而不影响改性光电极板的光催化效果；穿绳环，设置在透明箱体侧壁上，穿绳环内穿插有用于限制透明箱体放置位置的绳索。
[0005]进一步，所述改性光电极板为通过电沉积负载光催化纳米粒子并采用贵金属改性的钛板或RGO或金属氧化物板；贵金属为ruPd纳米晶、Pt、Mn、NiO、g
‑
C3N4、CuI、TiO2、CdSe或
Cs中的一种或两种以上，金属氧化物板为光电极材料TiO2、WO2、ZnO、BiVO4、CuFeO2、α
‑
Fe2O3、NiO、Cu
２
O中的一种或两种以上。
[0006]进一步，光催化纳米粒子为为TiO2、γ
‑ꢀ
Fe2O3、SiO2、n
‑
Cu2O、g
‑
CsN4、Ag、ZnO
‑ꢀ
CdSe或钨系多酸盐中的任一种。
[0007]进一步，水流动方向与水处理机构之间的夹角为5
°‑
35
°
。
[0008]进一步，透明箱体的顶面与水面距离0
‑
10cm。
[0009]进一步，所述浮力机构包括固定环、连接绳和浮子，固定环设有若干个，且均匀分布设置在透明箱体的顶部或上部，浮子通过连接绳固定在固定环上。
[0010]进一步，改性光电极板、粒子电极层、生物阴极层的厚度比为1:2
‑
3:3
‑
5。
[0011]进一步，生物阴极层为填充型石墨颗粒或石墨刷；粒子电极层为复合有低价金属氧化物或金属单质的绝缘材料或高电阻材料，低价金属氧化物或金属单质能够与绝缘材料之间形成粒子电极而保护电极板，降低能耗。
[0012]低价金属氧化物或金属单质占粒子电极层总重量的3%~10%；低价金属氧化物为四氧化三铁、氧化铁、硫化亚铁、钢渣中的一种或几种。
[0013]蓄电池提供的电压值为3~20V。
[0014]进一步，透明箱体中从上至下设有若干个水处理机构，且上下相邻的2个水处理机构之间通过隔板隔开，以防止位于上方的生物阴极层上的生物膜脱落掉在阳极上而影响阳极的功能。
[0015]除了最上层的改性光电极板能够在光照下产生光生电子，其他层由于位于水里，几乎照射不到光照，除非提供额外光源如石英导光纤维或紫外灯等，只作为电解电极使用，并提供额外的氧气。
[0016]本专利技术还提供了一种光电微生物耦合黑臭水体处理装置，该装置由若干个上述任一项所述的光电微生物耦合黑臭水体处理单元通过绳索串联排成一排或链接在同一块太阳能板上排成一排，每隔一段距离设置一个处理单元，该装置与水流方向呈角度设置，绳索固定在河道两侧的岸边。优选地，该装置垂直于水流方向设置。
[0017]相对于现有技术，本专利技术所述的光电微生物耦合黑臭水体处理单元及其装置具有以下优势：（1）本专利技术所述的光电微生物耦合黑臭水体处理单元的水处理机构包括从上至下依次接触设置的改性光电极板、粒子电极层和生物阴极层，位于上方的改性光电极板能够接受到太阳光的照射，并在太阳光激发下产生电子
‑
空穴对，具有氧化性的空穴用于与有机物反应实现降解污染物除碳，光生电子转移到粒子电极层上生物膜中，供微生物反硝化脱氮；同时改性光电极板与生物阴极层连接蓄电池形成电解，电解产生的电子转移至生物阴极层，供生物阴极层上的微生物反硝化脱氮。在上述反应过程中，光解实现同时脱氮除碳，电解实现脱氮，电子来源能够不受污染物浓度和降解程度限制，在碳源不足的情况下，不需要添加有机碳源进行脱氮，减少了工艺运行的资金投入，避免二次污染的产生，因此该系统解决黑臭水体中碳源不足，或碳源微生物可给性差的问题，有效消除碳氮平衡削减问题。另外，在整个水处理过程中，通过太阳能板供电，低碳环保，有利于节能减排，降本增效。
[0018]（2）本专利技术所述的光电微生物耦合黑臭水体处理单元电解过程中太阳能光伏产生的小幅值交变能激活或増强酶的活性 ，从而促进酶的生物活性反应，提高微生物的废物处
理能力。电解过程中在微电场作用下，阴极表面形成强还原环境，可将难降解有机物还原成易降解的小分子，然后作为碳源被微生物利用，为处理中等浓度难降解污水提供新思路。
[0019]（3）本专利技术所述的水流动方向与水处理机构之间形成一定的夹角，是由于水是流动而非静止状态，当形成夹角时，水流动到水处理机构时会受到阻碍，水需要绕过水处理机构流过，这就增加了水与水处理机构的接触时间及接触面积，提高水处理的效果。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例1
‑
2所述的光电微生物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电微生物耦合黑臭水体处理单元，其特征在于：包括透明箱体（1），便于太阳光照射进箱体内，透明箱体（1）上设有若干用于进水的通孔（11）；水处理机构（3），其倾斜设置在透明箱体（1）内的支架（2）上，以使得水流动方向与水处理机构（3）之间形成一定的夹角，增大水与水处理机构的接触面积和水的停留时间；水处理机构（3）包括从上至下依次接触设置的改性光电极板（31）、粒子电极层（32）和生物阴极层（33），粒子电极层（32）和生物阴极层（33）上均接种微生物反硝化细菌；蓄电池（5），设置在能够漂浮在水面上的防水箱中，防水箱与透明箱体（1）连接；改性光电极板（31）与蓄电池（5）的正极连接，生物阴极层（33）与蓄电池（5）的负极连接；太阳光照射在改性光电极板（31）上，改性光电极板（31）在太阳光的激发下产生电子
‑
空穴对，具有氧化性的空穴用于与有机物反应实现降解污染物除碳，光生电子转移到粒子电极层（32）上的反硝化细菌形成的生物膜中，供微生物反硝化脱氮；同时改性光电极板（31）与生物阴极层（33）连接电源形成电解，电解产生的电子转移至生物阴极层，供生物阴极层上的微生物反硝化脱氮；太阳能板（6），与蓄电池（5）电连接，并将太阳能转化的电能储存在蓄电池（5）中；浮力机构（7），设置在透明箱体（1）上，并为透明箱体（1）提供浮力，以使得透明箱体（1）刚好淹没于水下而不影响改性光电极板（31）的光催化效果；穿绳环（8），设置在透明箱体（1）侧壁上，穿绳环（8）内穿插有用于限制透明箱体（1）放置位置的绳索（9）。2.根据权利要求1所述的光电微生物耦合黑臭水体处理单元，其特征在于：所述改性光电极板（31）为通过电沉积负载光催化纳米粒子并采用贵金属改性的钛板或RGO或金属氧化物板；贵金属为ruPd纳米晶、Pt、Mn、NiO、g
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C3N4、CuI、TiO2、CdSe或Cs中的一种或两种以上，金属氧化物板为光电极材料TiO2、WO2、ZnO、BiVO4、CuFeO2、α
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Fe2O3、NiO、Cu
２
O中的一种或两种以上。3.根据权利要求2所述的光电微生物耦合黑臭水体处理单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯辉，闫双春，尹国胜，王森伟，邢妍，杨帆，
申请(专利权)人：天津市环境保护技术开发中心设计所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：