一种铁碳强化的微生物燃料电池型湿地及其应用制造技术

本发明专利技术属于生活污水治理技术领域，具体涉及一种铁碳强化的微生物燃料电池型湿地及其应用。湿地包括下行垂直潜流湿地主体和设置在湿地主体顶部的进水口、底部出水口，下行垂直潜流湿地主体在竖直方向自上至下分别设置填料层、砾石层和承托层，填料层内部设置有微生物燃料电池的阴极层，阴极层为不锈钢丝网包裹的碳毡，砾石层和承托层之间设置有微生物燃料电池的阳极层，阳极层为铁碳填料，铁碳填料内部还设置一层由不锈钢丝网包裹的碳毡，阴极层和阴极层还通过电路连接以实现电子转移。本发明专利技术提供的铁碳强化的微生物燃料电池型湿地能够以灌溉为目的对以有机物为主要污染物的生活灰水进行处理，解决农村生活灰水的净化与排放问题。放问题。放问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铁碳强化的微生物燃料电池型湿地及其应用


[0001]本专利技术属于生活污水治理
，具体涉及一种铁碳强化的微生物燃料电池型湿地及其应用。

技术介绍

[0002]自我国在农村地区推进“厕所革命”，我国大部分以旱厕为主的农村地区对粪污进行了单独有效的处置，但除厕所粪污之外的其他生活灰水如何解决，仍然是这部分农村地区人居环境整治顺利推进，实现乡村环境卫生与污染治理的现代化的一项亟需解决的课题。
[0003]农村生活污水处理技术多种多样，但只有结合“农村改厕情况”且因地制宜地选择处理技术才能真正达到“高效率、低成本”地控制农村水污染的目的。目前我们在进行农村污水处理的时，主要是控制污水中的有机物、氮、磷等，而农村污水包括厕所黑水与生活灰水，农村污水中90％的氮磷主要来自黑水。生活灰水中的污染物主要是有机物，而其他总氮、总磷及氨氮等指标不经过处理，TN、氨氮浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，TP浓度不足1mg/L。
[0004]人工湿地作为一种常见的生态处理工艺，具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合人口密度低，居住分散，排水设施不完善的农村地区。在传统人工湿地的基础上，针对农村生活灰水的主要污染物是有机物的现实情况，研发一种高效降解农村生活灰水中有机物的人工湿地，对农村污水的治理，具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种铁碳强化的微生物燃料电池型湿地。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种铁碳强化的微生物燃料电池型湿地，包括下行垂直潜流湿地主体和设置在湿地主体顶部的进水口、底部出水口，所述下行垂直潜流湿地主体在竖直方向自上至下分别设置填料层、砾石层和承托层，所述填料层内部设置有微生物燃料电池的阴极层，所述砾石层和承托层之间设置有微生物燃料电池的阳极层；所述阳极层为铁碳填料，所述铁碳内部还设置一层由不锈钢丝网包裹的碳毡，所述阴极层为不锈钢丝网包裹的碳毡；所述阴极层的不锈钢丝网和阴极层的不锈钢丝网通过电路连接以实现电子转移。
[0008]优选的，所述填料层厚度25～35cm，填料层靠近顶部的2/3位置设置为气液交界面，所述阴极层设置在填料层的气液交界面处，且阴极层的下底面贴合气液交界面，阳极层厚度5～10cm。
[0009]优选的，所述铁碳填料为粒径3～6mm的铁碳颗粒，铁碳颗粒中铁碳质量比4:5，铁碳颗粒中还掺杂有质量占比5％的铜；所述碳毡为厚度10～15mm的石墨碳毡，不锈钢丝网目数12目。
[0010]优选的，所述填料层由粒径0～2mm的石英砂、2～4mm的鸡蛋壳及2～4mm的火山岩按照体积比例2:1:1混合组成；所述砾石层由粒径5～10mm的砾石组成，砾石层厚度40～60cm；所述承托层由粒径10～15mm的砾石组成，承托层的厚度为10～20cm。
[0011]优选的，所述砾石层中填充的砾石表面具有微生物膜层，所述微生物膜层厚度0.1～2mm，由梭菌纲、β
‑
变形菌纲、γ
‑
变形菌纲中的一种或多种微生物混合组成。
[0012]优选的，所述填料层内还种植植物，在所述填料层上方形成植物种植层，所述植物包括挺水湿地植物和耐寒湿地植物。
[0013]优选的，所述出水口连接澄清池，澄清池的顶部设置溢流出水口。
[0014]优选的，所述下行垂直潜流湿地主体设置在地面下方，填料层表面与地面平齐；所述进水口设置进水管道，进水管道内直径110mm，进水管中心低于地面30cm设置；溢流出水口设置出水管道，出水管道内直径110mm，低于地面至少35cm。
[0015]农村灰水属于小流量、间歇性排水，本专利技术中生活灰水的水体在湿地中停留时间在1～2天，水力停留时间可以保证处理效率和效果。
[0016]本专利技术还提供一种如上所述的铁碳强化的微生物燃料电池型湿地在农村生活灰水处理中的应用。
[0017]本专利技术还提供一种如上所述的铁碳强化的微生物燃料电池型湿地在农田灌溉用水处理中的应用，利用铁碳强化的微生物燃料电池型湿地处理的水体尤其是农村生活灰水，满足《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)蔬菜类灌溉标准，可以用于农田灌溉。
[0018]本专利技术的工作原理：待处理水体如生活灰水自流进入铁碳强化的微生物燃料电池湿地的上部，由于细粒径的混合填料层的结构与位置、植物种类、进水充氧的原因，填料层为好氧环境，生活灰水中的部分有机物、氨氮、磷酸盐等在此被降解或矿化；阴极区位于气液交界面处，一方面大气复氧充足，另一方面湿地植物的根系泌氧，也可增加阴极区的氧气含量，进而增加阴极区电子受体的供应，加大系统的电子转移能力；中粒径骨架填料层为传统的砾石层，位于液面以下，属于厌氧环境，砾石表面覆盖一层微生物膜，生活灰水中的有机物在微生物的厌氧作用下，可发生厌氧降解；阳极区位于砾石层的下部，也属于厌氧环境，阳极区的铁碳强化材料通过铁厌氧腐蚀析氢反应，产生Fe
2+
，Fe
2+
/Fe
3+
电对在厌氧环境中，通过铁氧化菌、铁还原菌进行相互转化，一方面可以增加阳极区产电菌的数量、丰度与活性，另一方面有机物在厌氧环境下产生电子快速转移给Fe
3+
，加速了生活灰水中有机物的降解，进而提高了系统处理有机物的效率。另外，Fe
3+
在铁还原菌作用下，可以与氨氮耦合氧化，提高厌氧环境中氨氮降解脱除效率，部分微生物能够以Fe
2+
为电子供体，在氧化Fe
2+
的同时将硝酸盐还原成氮气，微生物在氧化Fe
2+
形成Fe
3+
矿物的过程中还能于与磷共沉淀，实现磷的去除。
[0019]本专利技术的有益效果如下：
[0020]针对生活灰水“产生量小、分散点多、有机物是主要污染物”等特点，本专利技术提供的铁碳强化的微生物燃料电池型湿地能够以灌溉为目的对生活灰水进行处理，以此实现源分离后农村生活灰水中以有机物为主要污染物的物质深度净化，农村生活灰水的净化与排放问题。与污水集中处理相比，本专利技术的铁碳强化的微生物燃料电池型湿地可以节约污水收集管道的建设成本，尤其适合应用于村庄聚落形态分散、经济发展程度低、排水管道系统不成熟的农村地区。
[0021]铁碳强化的微生物燃料电池型湿地采用自流式人工湿地的方法，与现有的净化槽、A2O
‑
MBR等一体化农村污水设施相比，具有无人值守、污水自行流进设施、设备安装方便、操控简单、地埋式不占地面空间、不影响地表环境、建设及运行成本低、使用周期长、无需专门维护等优点。
[0022]经过本铁碳强化的微生物燃料电池型湿地处理的生活污水，水质达到灌溉标准，出水最终进入农田灌溉渠或者直接进行农田灌溉，一方面减少了能源消耗，减轻设施运行维护的难度，另一方面实现了水资源和灰水中含有的氮磷资源的循环利用，将生活污水治理与农村生态、农业生产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁碳强化的微生物燃料电池型湿地，包括下行垂直潜流湿地主体(10)和设置在湿地主体(10)顶部的进水口(11)、底部出水口(12)，所述下行垂直潜流湿地主体(10)在竖直方向自上至下分别设置填料层(20)、砾石层(30)和承托层(40)，其特征在于，所述填料层(20)内部设置有微生物燃料电池的阴极层(51)，所述砾石层(30)和承托层(40)之间设置有微生物燃料电池的阳极层(52)；所述阳极层(52)为铁碳填料(521)，铁碳填料(521)内部还设置一层由不锈钢丝网(53)包裹的碳毡(54)；所述阴极层(51)为不锈钢丝网(53)包裹的碳毡(54)；所述阴极层(51)的不锈钢丝网(53)和阳极层(52)的不锈钢丝网(53)通过电路(55)连接以实现电子转移。2.如权利要求1所述的一种铁碳强化的微生物燃料电池型湿地，其特征在于，所述填料层(20)厚度25～35cm，填料层(20)靠近顶部2/3厚度的位置设置为气液交界面，所述阴极层(51)设置在填料层(20)的气液交界面处，且阴极层(51)的下底面贴合气液交界面，阴极层(51)厚度5～10cm。3.如权利要求1或2所述的一种铁碳强化的微生物燃料电池型湿地，其特征在于，所述铁碳填料为粒径3～6mm的铁碳颗粒，铁碳颗粒中铁碳质量比4:5，铁碳颗粒中还掺杂有质量占比5％的铜；所述碳毡为厚度10～15mm的石墨碳毡，不锈钢丝网目数12目。4.如权利要求2所述的一种铁碳强化的微生物燃料电池型湿地，其特征在于，所述填料层(20)由粒径0～2mm的石英砂、2～4mm的鸡蛋壳及2～4mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚惠，朱志伟，孔令涛，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：