一种处理微塑料及持续性有机污染物复合污染废水的装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种处理微塑料及持续性有机污染物复合污染废水的装置及其方法。该装置包括：进出水系统、CW

【技术实现步骤摘要】
一种处理微塑料及持续性有机污染物复合污染废水的装置及其方法


[0001]本专利技术属于污水处理
，涉及一种用于处理微塑料(Microplastics，简称MPs)及持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，简称POPs)复合污染废水的人工湿地型微生物燃料电池装置(Microbial Fuel Cell
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Constructed Wetlands，简称CW
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MFC)及技术方法。

技术介绍

[0002]由于塑料制品的大量生产使用，MPs逐渐成为了广泛存在于不同环境介质中的新兴污染物，其严重的潜在生态危害引起了国内外学者的热切关注。MPs可定义为粒径小于5mm的塑料颗粒，不同环境介质中大量存在的MPs已经成为新的全球性环境污染问题，MPs作为一种新兴的持久性污染物具有粒径小、比表面积大、疏水性强等特点，能富集高浓度的多氯联苯和有机氯农药、烃类、重金属等难降解有机污染物，其富集持久性有机污染物的能力远高于周围化境(6个数量级)。MPs作为污染物载体加速污染物在环境中的迁移，通过食物链传递最终在人类体内累积，这些难以降解的塑料小颗粒及表面吸附的有毒物质会影响和损害器官功能，最终会给人类带来难以预计的危害。
[0003]MPs的物理去除法，例如絮凝沉降与超滤方法连用可以实现水体中MPs的高效去除，但存在设备堵塞、膜污染等问题，物理法同时也很难减小MPs复合毒性。生物法可利用微生物及胞外酶对MPs进行水解和消化，但面临耗时较长，处理效率低的问题。高级氧化法可利用强氧化自由基将大分子MPs降解，最终矿化为CO2、H2O及其他盐类等，从而达到MPs降解和吸附污染物去除的目的。高级氧化法对农药残留物、抗生素等POPs具有很好的降解效果，但目前应用于水体中MPs污染的研究较少，且产生的强氧化活性物易形成新的有害物质，对人体和生态安全造成威胁。
[0004]CW
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MFC是近年来新出现的一种利用人工湿地底层的厌氧条件设置MFC阳极，利用CW表层的好氧条件设置MFC阴极，并结合利用湿地植物的根系泌氧、根系分泌物等促进产电和有机物转化的新型耦合系统。利用CW
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MFC处理废水，可以将废水中的有机污染物直接转化为电能，具有清洁高效、操作简单无二次污染等优点，且该技术对POPs有较好的去除效果，随着MFC技术的不断发展与成熟，利用MFC处理难降解有机废水例如石油废水、农药废水等也体现出了良好的处理效能。
[0005]目前MPs/POPs复合污染废水的处理研究尚处于起步阶段，有必要提出一种可有效处理MPs/POPs复合污染废水的技术，在去除水中MPs的同时降解表面吸附的有毒有害物质从而减少其复合生态毒性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种能够处理MPs/POPs复合污染废水的装置及其方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种处理微塑料及持续性有机污染物复合污染废水
的装置，该装置包括：进出水系统、CW
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MFC系统以及电能监测系统。所述进出水系统包括进水布水装置和出水集水装置和装置外壳3。其中进水布水装置包括：进水管7、圆锥形布水器15和圆孔布水板6；进水管7设置于装置底部，圆锥形布水器15和圆孔布水板6均为有机玻璃材质，圆孔布水板6均匀开孔布水，并为填料提供支撑。所述出水集水装置包括：出水溢流板9、出水集水槽12、出水管14，所述出水管14位于出水集水槽12底部。所述出水溢流板9设置在顶部并与出水集水槽12相连，集水出水槽12底部设有出水管14；装置外壳3用于包裹支撑整个装置。
[0008]所述CW
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MFC系统包括：支撑层13、中间层11、水层10、电极阳极5、电极阴极4以及钛丝导线1、外电阻2、植物8。从下至上依次为支撑层13、中间层11和水层10。电极阳极5置于中间层11的底部，电极阴极4漂浮于水层10表面，电极阳极5、电极阴极4通过钛丝导线1串联外电阻2形成回路，所述电极阳极5竖直等距放置于中间层底端距支撑层10mm处。
[0009]所述中间层上部种植有净水用的植物8，例如：风车草、芦苇、美人蕉等净水植物的一种或者多种。
[0010]所述电能监测系统包括：数据采集装置16和数据存储装置17。其中数据采集装置16通过钛丝导线1与外电阻2并联，采集设备电压值传输至数据存储装置17。
[0011]优选的，所述支撑层13由砾石填充，中间层11由细沙填充。其中支撑层13和中间层11的填料采用粒径分级配置，其中填料材质包括但不限于细沙、砾石、陶粒、竹炭、沸石、石灰石等。
[0012]本专利技术还公开了所述处理微塑料及持续性有机污染物复合污染废水装置的方法，该方法包括：Ⅰ、废水经底部进水装置由下而上经过CW
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MFC系统；Ⅱ、废水中的MPs经CW
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MFC系统过滤、吸附后被截留于中间层；Ⅲ、MPs表面的持续性有机物在位于中间层的电极阳极及其表面微生物的作用下被氧化，产生电子并通过外电路传递至电极阴极，最终转化为电能。
[0013]优选的，所述步骤Ⅱ中系统采用采用序批式模式运行。具体运行方式为：由进水箱从装置底部进水，由斜对角线设置的出水溢流板9出水，每周期1次进水1次排水。
[0014]所述多重阳极的布置方式具有稳定良好的产电性能，在温度变化后能够自行恢复到较好的产电性能。
[0015]所述的MPs/POPs复合污染废水，废水类型包括但不限于生活废水、制药废水、印染废水等其他工业废水,其特征在于，废水中包含MPs颗粒，其中MPs种类包括但不限于聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚乙烯对苯二甲酸脂(Polyethylene terephthalate，PET)、聚乳酸(Polylactic acid，PLA)其他常见MPs种类的一种或者多种。废水中MPs表面吸附有POPs，其中POPs类型包括但不限于多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbon，PAHs)、多氯联苯(Polychlorinated biphenyl，PCBs)、抗生素、染料、农药、阻燃剂、塑化剂这类难降解有机物的一种或者多种。
[0016]本专利技术公开的CW
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MFC装置及处理MPs/POPs复合污染废水的方法与现有的技术相比较，其有益效果和优点在于：
[0017](1)本专利技术提供的利用升流式多重阳极CW
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MFC处理MPs/POPs复合污染废水的装置和方法，对于MPs有良好的去除能力，MPs去除率可达到99.8％以上。MPs表面POPs的去除率可达到62％以上。
[0018](2)本专利技术提供的处理MPs/POPs复合污染废水的方法，为MPs表面吸附的有毒难降解有机物提供了一种解决方式，具有高去除率、无需外界能源等特点，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种处理微塑料及持续性有机污染物复合污染废水的装置，该装置包括：进出水系统、CW
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MFC系统以及电能监测系统；所述进出水系统包括进水布水装置和出水集水装置和装置外壳(3)，所述进水布水装置包括：进水管(7)、圆锥形布水器(15)和圆孔布水板(6)；进水管(7)设置于装置底部，所述圆锥形布水器(15)和圆孔布水板(6)均为有机玻璃材质，所述圆孔布水板(6)均匀开孔布水，并为填料提供支撑；所述出水集水装置包括：出水溢流板(9)、出水集水槽(12)、出水管(14)，所述出水管(14)位于出水集水槽(12)底部；所述出水溢流板(9)设置在顶部并与出水集水槽(12)相连，所述出水集水槽(12)底部设有出水管(14)；装置外壳(3)用于包裹支撑整个装置；所述电能监测系统包括：数据采集装置(16)和数据存储装置(17)，所述数据采集装置(16)通过所述钛丝导线(1)与外电阻(2)并联，采集设备电压值传输至数据存储装置(17)；其特征在于所述CW
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MFC系统包括：支撑层(13)、中间层(11)、水层(10)、电极阳极(5)、电极阴极(4)以及钛丝导线(1)、外电阻(2)、植物(8)；从下至上依次为支撑层(13)、中间层(11)和水层(10)；所述电极阳极(5)置于中间层(11)的底部，所述电极阴极(4)漂浮于水层(10)表面，所述电极阳极(5)、电极阴极(4)通过钛丝导线(1)串联外电阻(2)形成回路，所述电极阳极(5)竖直等距放置于中间层底端距支撑层10mm处；所述中间层上部种植有净水用的植物(8)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述支撑层(13)由砾石填充，所述中间层(11)由细沙填充；所述支撑层(13)和中间层(11)的填料采用粒径分级配置，其中填料材质包括但不限于细沙、砾石、陶粒、竹炭、沸石、石灰石。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述圆锥形布水器(15)高度为50mm，圆孔布水板(6)厚度为5mm，上方为55mm厚的支撑层(13)，填充粒径为5～10mm的砾石填料；所述中间层(11)高度为150mm，填充粒径为2～5mm的细沙；顶部为高度为70mm的水层(10)，所述出水溢流板(9)与水层(10)齐平。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述电极阴极(4)、电极阳极(5)电极面积比例范围在1:1和1:5之间，所述电极阴极(4)、电极阳极(5)的材质可以是石墨毡、碳刷、泡沫碳、泡沫镍、不锈钢网等。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述电极阳极(5)为5mm
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5mm尺寸的石墨毡，各电极阳极(5)竖直等距置于中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伯约，张艺博，王喆，彭安萍，李猛，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：