人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系统和方法。净化系统包括微生物电解池和微生物燃料电池；微生物电解池与微生物燃料电池的池壁上均开有进水口和出水口，微生物电解池的出水口与微生物燃料电池的出水口通过管路连接；在微生物电解池和微生物燃料电池内均装有电池装置；微生物电解池内的电池装置的阴极和阳极均设置在基质内，微生物燃料电池内的电池装置的阳极设置在基质内；微生物电解池内的电池装置的阳极与微生物燃料电池内的电池装置的阴极通过导电线连接；微生物电解池内的电池装置的阴极与微生物燃料电池内的电池装置的阳极通过导电线连接。本发明专利技术采用了湿地与生物电化学的耦合的方式净化城市污水，净化水体效率高。净化水体效率高。净化水体效率高。

【技术实现步骤摘要】
人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系统和方法


[0001]本专利技术涉及水质净化
，具体地说是一种人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系统和方法。

技术介绍

[0002]随着我国城市经济的快速发展，城市规模日益膨胀，从而出现了城市环境基础设施不足，导致大量污染物入河，使得水体中COD、氮、磷等污染物浓度超标。河流水体污染严重，生态系统结构严重失衡，出现了季节性或终年黑臭水体的情况，威胁着人类的健康。因此，急需解决城市污水处理的问题。
[0003]传统人工湿地是一种常见的生态处理技术，与天然湿地相比，生态系统具有更高的生产力和更好的污染物去除率。传统人工湿地通过在湿地中填料、植物和微生物对污染物的吸附、同化、利用，达到对水中污染物的去除的目的。上述生态处理技术，受植物和微生物对污染物的吸附能力的限制，导致污水处理周期长，需要建设更多的人工湿地来满足城市污水的处理需要，但是在寸土成金的城市，专门开辟大量土地作为人工湿地来处理污水也不现实。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一就是提供一种人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系统，以解决传统人工湿地污水处理能力有限，难以满足城市污水处理的问题。
[0005]本专利技术的目的之二就是提供一种人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化方法，以通过人工湿地与生物电化学耦合的方式处理城市污水。
[0006]本专利技术目的之一是这样实现的：一种人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系统，包括微生物电解池和微生物燃料电池，在两池内填充有上下两层物质，位于下层的为鹅卵石层，位于上层的为基质层，所述基质层上种植有可净化水体的植物；所述微生物电解池与所述微生物燃料电池的池壁上均开有进水口和出水口，其中两池的所述进水口均位于与鹅卵石层相对的池壁上，两池的所述出水口略高于池内基质的上层面，所述微生物电解池的出水口与所述微生物燃料电池的出水口通过管路连接；在所述微生物电解池和所述微生物燃料电池内均装有电池装置，所述电池装置包括阴极和阳极，所述阴极为碳基电极，所述阳极为铁基电极；所述微生物电解池内的电池装置的阴极和阳极均设置在基质内，所述微生物燃料电池内的电池装置的阳极设置在基质内，阴极为空气阴极，放置在所述基质的上方；所述微生物电解池内的电池装置的阳极与所述微生物燃料电池内的电池装置的阴极通过导电线连接；所述微生物电解池内的电池装置的阴极与所述微生物燃料电池内的电池装置的阳极通过导电线连接。
[0007]所述鹅卵石层内的鹅卵石的直径在2~8cm之间。
[0008]所述电池装置的阴极和阳极之间的距离设置在15~20cm之间。
[0009]所述微生物电解池和所述微生物燃料电池内的阴极和阳极均水平设置。
[0010]本专利技术目的之二是这样实现的：一种人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化方法，包括以下步骤：a、设置所述的水质净化系统；b、通过微生物电解池的进水口向微生物电解池和微生物燃料电池内充入生活污水；c、向微生物燃料电池内放入驯化好的电化学微生物；c、微生物燃料电池和微生物电解池内的植物吸收污水体中的有害物质，同时，微生物燃料电池内的电化学微生物进行新陈代谢，将污水中的有机物的化学能转化为电能，并通过电极输送给微生物电解池；d、微生物电解池接收微生物燃料电池输送的电能，在池内发生电解反应，电解反应中会产生二价铁离子和三价铁离子，以去除污水中的磷；同时，微生物电解池内也进行着氧化分解反应以及反硝化反应，其中氧化分解反应是通过微生物燃料电池输送的电能，使微生物电解池内的阴阳极产生电势差，进而促进电化学活性菌氧化分解污水中的有机污染物；反硝化反应是将电解反应析出的二价铁离子作为电子供体，污水中的硝酸盐为电子受体，进行铁型自养反硝化，从而实现污水的脱氮；e、经微生物电解池除磷、脱氮以及部分有机污染后的污水从微生物电解池的出水口排出，流入到微生物燃料电池内，微生物燃料电池将流入的污水中剩余的COD作为碳源产生电子，在产电的同时去除剩余有机污染物；f、最后处理好的污水从微生物燃料电池的排水口排出。
[0011]本专利技术包括两个污水处理池，两个污水处理池分别是微生物电解池和微生物燃料电池，微生物燃料电池是池内的产电微生物进行新陈代谢，产生电能，用于为微生物电解池提供电能，微生物电解池内利用输送的电能，使得池内的电池装置的阴极和阳极产生电势差，从而促进微生物分解污水中的有机物。微生物燃料电池提供的电能，还用于微生物电解池的电解反应，电解出的带电离子可以有效去除污水中的氮磷等元素。本专利技术的两个池内的基质上种植的植物也可以吸收污水中的有害物质，从而净化水体。本专利技术采用了湿地与生物电化学的耦合的方式净化城市污水，净化水体效率高，占用空间面积小，成本低，能有效的解决城市在有限的空间内实现污水净化的问题，缓解现有的城市污水处理系统的压力。
附图说明
[0012]图1是本专利技术的结构示意图。
[0013]图2是图1的俯视结构示意图。
[0014]图中：1、电解池进水口；2、电解池阳极；3、电解池阴极；4、湿地液面；5、鹅卵石层；6、基质层；7、电解池出水口；8、燃料电池进水口；9、导电线；10、植物；11、燃料电池阴极；12、燃料电池出水口；13、燃料电池阳极；14、微生物电解池；15、微生物燃料电池。
具体实施方式
[0015]实施例1：一种人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系统。
[0016]如图1、图2所示，本专利技术的水质净化系统包括微生物电解池14和微生物燃料电池
15。如图1所示，微生物电解池14和微生物燃料电池15两个池内均填充有上下两层物质，其中位于下层的为鹅卵石层5，位于上层的为基质层6，两个池内注入生活污水则形成了人工湿地。微生物电解池14的池壁上开有电解池进水口1和电解池出水口7，电解池进水口1开设在与鹅卵石层5相对的池壁上。电解池出水口7开设在基质层6的上部，且电解池出水口7略高于池内的基质的上层面。同样的，微生物燃料电池15的池壁上也开有燃料电池进水口8和燃料电池出水口12，燃料电池进水口8开设在与鹅卵石层5相对的池壁上，燃料电池出水口12开设在基质层6的上部，且燃料电池出水口12略高于池内的基质的上层面。电解池出水口7与燃料电池进水口8通过管路相联通。
[0017]两池内的基质层6上种植可在湿地内生存的植物10，植物10可以吸收污水中的有害物质，从而净化水体。基质层6上通常可以种植的植物10有芦苇、美人蕉、菖蒲。两池内底层铺设的鹅卵石粒径选择2~8cm之间，用于防止基质堵塞两池的进水口，并便于均匀布水。两池内的基质层6选择使用铁比重较大的矿石，通常可使用的基质有磁黄铁矿、黄铁矿、赤铁矿和菱铁矿。
[0018]如图1所示，微生物电解池14和微生物燃料电池15内均装有电池装置，电池装置包括阴极和阳极，阴极一般为碳基电极，阳极一般为铁基电极，碳基电极可以为碳毡棒、石墨毡棒。铁基电机可以使用不锈钢包裹活性炭、石墨颗粒制成。微生物电解池14内的电池装置的阴极为电解池阴极3，阳极为电解池阳极2，电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系统，包括微生物电解池和微生物燃料电池，在两池内填充有上下两层物质，位于下层的为鹅卵石层，位于上层的为基质层，所述基质层上种植有可净化水体的植物；所述微生物电解池与所述微生物燃料电池的池壁上均开有进水口和出水口，其中两池的所述进水口均位于与鹅卵石层相对的池壁上，两池的所述出水口略高于池内基质的上层面，所述微生物电解池的出水口与所述微生物燃料电池的出水口通过管路连接；在所述微生物电解池和所述微生物燃料电池内均装有电池装置，所述电池装置包括阴极和阳极，所述阴极为碳基电极，所述阳极为铁基电极；所述微生物电解池内的电池装置的阴极和阳极均设置在基质内，所述微生物燃料电池内的电池装置的阳极设置在基质内，阴极为空气阴极，放置在所述基质的上方；所述微生物电解池内的电池装置的阳极与所述微生物燃料电池内的电池装置的阴极通过导电线连接；所述微生物电解池内的电池装置的阴极与所述微生物燃料电池内的电池装置的阳极通过导电线连接。2.根据权利要求1所述的人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系统，其特征是，所述鹅卵石层内的鹅卵石的直径在2~8cm之间。3.根据权利要求1所述的人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系统，其特征是，所述电池装置的阴极和阳极之间的距离设置在15~20cm之间。4.根据权利要求1所述的人工湿地耦合生物电化学系统的水质净化系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪杰，章裕，申世刚，刘玲，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：