一种光-矿物-微生物耦合人工湿地多阳极处理废水系统技术方案

本实用新型专利技术涉及有机无机水质污染物处理技术领域，具体涉及一种光

【技术实现步骤摘要】
一种光
‑
矿物
‑
微生物耦合人工湿地多阳极处理废水系统


[0001]本技术涉及有机无机水质污染物处理
，具体涉及一种光
‑
矿物
‑
微生物耦合人工湿地多阳极处理废水系统。

技术介绍

[0002]随着工业革命的不断演变和推进，我国经济飞速发展的同时，不可避免地造成了相关生态环境水体污染问题，随自然界水体循环，污染废水可以进入人体、动植物体，给人体健康、动植物生长甚至整个生态系统都会带来严重的危害。水体污染可分为有机污染、无机污染和重金属污染。以苯酚为典型的有机污染物，是常见的一种含苯有机物，同时也是比较重要的化工原料，在石油、化工、皮革、医药废水中都含有苯酚，已有报道指出我国部分地区地下水中苯酚的浓度已经达到 2 mg/L，苯酚容易挥发产生刺激性的气味，对呼吸道和眼睛有严重损伤，人如果长期暴露于苯酚环境中致癌风险会大大增加。此外，以水体硝酸盐为例的无机污染形势严峻。据调查，我国许多地区地表水和浅层地下水硝酸盐污染严重超标，深层地下水也遭受不同程度污染，且呈逐年增加趋势。例如化肥、有机肥、农药、生活污水、垃圾与粪便的淋滤液、畜舍排水、污水灌溉、工业污染源等都会导致地下水出现严重的硝酸盐污染。同时，在开矿采矿、金属冶炼、机械制造、农业灌溉等工 农业生产活动中，人们会有意无意地将大量重金属元素直接排放入自然环境，主要包括汞、铬、镉、铅、铜、锌、砷等，当环境中的重金属含量超过一定阈值后，就会引发水体或土壤的重金属污染。目前，对于环境污染废水的治理主要包括物理法、化学法和生物法，其中由于生物方法成本低、绿色可持续等优点得到广泛应用，但当前生物法处理装置针对性单一，且废水处理效率有待提升。如何巧妙的结合物理法和生物法构建新型废水处理装置，从而增强复杂废水降解效率，成为当前研究热点。
[0003]近年来，人工湿地由于其运行成本低、处理范围广、绿色环保、适用污染源类型广、可持续治理等优势得到环境治理领域广泛关注，各领域学者对其反应构型、填充材料、生物种类等各方面展开广泛研究，逐渐形成了表面流人工湿地、水平潜流式人工湿地和垂直潜流式人工湿地三种构型。但现有人工湿地大多利用厌氧反硝化菌，且对硝酸盐污染物的去除与水体含氧量密切相关，与去除氨氮所利用的有氧硝化作用无法同时进行；其次，由于人工湿地流动性强，表层废水含氧量较高，且深层基质缺乏微生物胞外呼吸电子受体，造成人工湿地在实际应用中反硝化速率较低、去除硝酸盐废水不彻底不稳定、反硝化周期较长等缺点，因此亟需设计一种光
‑
矿物
‑
微生物耦合人工湿地多阳极处理废水系统来解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种光
‑
矿物
‑
微生物耦合人工湿地多阳极处理废水系统，以解决上述
技术介绍
中提出的现有人工湿地大多利用厌氧反硝化菌，且对硝酸盐污染物的去除与水体含氧量密切相关，与去除氨氮所利用的有氧硝化作用无法同时进行；其
次，由于人工湿地流动性强，表层废水含氧量较高，且深层基质缺乏微生物胞外呼吸电子受体，造成人工湿地在实际应用中反硝化速率较低、去除硝酸盐废水不彻底不稳定、反硝化周期较长等缺点的问题。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案，一种光
‑
矿物
‑
微生物耦合人工湿地多阳极处理废水系统，包括：
[0006]光
‑
矿
‑
微生物耦合人工湿地多阳极废水处理系统，包括人工湿地和污水处理复合装置，以及人工湿地生态系统，所述人工湿地生态系统包括上层水体层和下部基质层，所述上层水体层部分为人工湿地多阳极系统耦合光赤铁矿微生物增强反硝化过程反应室，所述下部基质层又为光驱动人工湿地多阳极系统阳极反应室。
[0007]优选的，所述人工湿地生态系统的上层水体层包含植物及铜绿假单胞菌，下部基质层包括砾石、矿渣、吸附碳专业填充材料。
[0008]优选的，所述系统还包括光驱动多阳极系统，所述光驱动多阳极系统包括外缘耦合硅太阳能发电板与深层原位多阳极赤铁矿土壤微生物燃料电池和反应器系统。
[0009]优选的，所述反应器系统包含多阳极碳毡电极和空气阴极，所述阳极碳毡电极和空气阴极之间由细粒黄土土壤充当天然离子交换膜，所述反应器系统外接硅太阳能电池板和电阻，所述阴极为进水口，所述人工湿地环境与进水口直接相连通，所述阳极反应室侧壁上部有与空气阴极连通的换水通道，下部设有出水口
[0010]优选的，所述污水处理复合装置包括高位废水收集箱，所述高位废水收集箱连接有进水口，进水口所述连接有阴极室，所述阴极室的一侧连接有阴阳废水交换通道，所述阴极室连接有离子换膜，所述离子换膜连接有矿渣层，所述矿渣层连接有吸附碳层，所述吸附碳层连接有填料层，所述填料层连接有鹅卵石基底层，所述阳极反应室侧壁连接有出水口，所述阳极反应室连接有碳棒电极，所述阳极反应室连接有多阳极碳毡，所述碳棒电极连接有硅太阳能电池板，所述硅太阳能电池板连接有外接电阻，所述阴极室上连接有可持续光源，所述矿渣层上连接有可吸附观赏性植物，所述阴极室连接有半导体矿物，所述阴极室连接有还原性微生物。
[0011]优选的，所述可持续光源由模拟日光光源或者太阳光提供，所述污水处理复合装置还包括定量输送系统，所述定量输送系统包括集液瓶、蠕动泵、管道。
[0012]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0013]该技术方案通过从地质微生物角度和环境矿物学角度出发，创新性的将自然界广泛存在的赤铁矿与铜绿假单胞菌耦合起来，使其直接转化利用太阳能，实现了环境中硝酸盐、铬等有害污染水体的高效快速处理。
[0014]该技术方案通过将自然界广泛存在的矿物
‑
微生物协同与人工湿地多阳极系统耦合起来，强化了污染环境自净化能力，为实现多源头、多类型、多梯度硝酸盐等污染废水的高效、绿色、可持续处理提供了新路径。
附图说明
[0015]图1为本技术的新型光
‑
矿
‑
微生物耦合人工湿地多阳极系统处理废水装置示意图。
[0016]图2为本技术实验室小型装置硝酸盐废水降解效率对比图。
[0017]图3为本技术实验室小型装置含铬废水降解效率对比图。
[0018]图4为本技术实验室小型装置含苯酚废水降解效率对比图。
[0019]图中：1、高位废水收集箱；2、进水口；3、阴极室；4、阴阳废水交换通道；5、离子交换膜；6、矿渣层；7、吸附碳层；8、填料层；9、鹅卵石基底层；10、出水口； 11、碳棒电极；12、多阳极碳毡；13、硅太阳能电池板；14、外接电阻；15、可持续光源；16、可吸附观赏性植物；17、半导体矿物；18、还原性微生物。
具体实施方式
[0020]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光
‑
矿物
‑
微生物耦合人工湿地多阳极处理废水系统，其特征在于，包括人工湿地和污水处理复合装置以及人工湿地生态系统，所述人工湿地生态系统包括上层水体层和下部基质层，所述上层水体层部分为人工湿地多阳极系统耦合光赤铁矿微生物增强反硝化过程反应室，所述下部基质层为光驱动人工湿地多阳极系统阳极反应室。2.根据权利要求1所述的一种光
‑
矿物
‑
微生物耦合人工湿地多阳极处理废水系统，其特征在于：所述系统还包括光驱动多阳极系统，所述光驱动多阳极系统包括外缘耦合硅太阳能发电板与深层原位多阳极赤铁矿土壤微生物燃料电池和反应器系统。3.根据权利要求2所述的一种光
‑
矿物
‑
微生物耦合人工湿地多阳极处理废水系统，其特征在于：所述反应器系统包含多阳极碳毡（12）电极和空气阴极，所述阳极碳毡（12）电极和空气阴极之间由细粒黄土土壤充当天然离子交换膜，所述反应器系统外接硅太阳能电池板（13）和电阻，所述阴极为进水口（2），所述人工湿地环境与进水口（2）直接相连通，所述阳极反应室侧壁上部有与空气阴极连通的换水通道，下部设有出水口（10）。4.根据权利要求1所述的一种光
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，冯永林，王奇军，罗广锋，吴瑾，任桂平，
申请(专利权)人：甘肃有色工程勘察设计研究有限公司，
类型：新型
国别省市：