CN115432823B - 一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置及净化水体的方法 - Google Patents
一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置及净化水体的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115432823B CN115432823B CN202210987680.5A CN202210987680A CN115432823B CN 115432823 B CN115432823 B CN 115432823B CN 202210987680 A CN202210987680 A CN 202210987680A CN 115432823 B CN115432823 B CN 115432823B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- floating
- water
- floating island
- automatic
- water level
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 182
- 238000007667 floating Methods 0.000 title claims abstract description 152
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 6
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 38
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 29
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 28
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 18
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 7
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 claims description 6
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 6
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 claims description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 claims description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 claims description 3
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 claims description 3
- 244000257727 Allium fistulosum Species 0.000 claims description 2
- 235000008553 Allium fistulosum Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000014653 Carica parviflora Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 claims description 2
- 241000304459 Tacitus Species 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 2
- 244000132059 Carica parviflora Species 0.000 claims 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract description 28
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002352 surface water Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 abstract description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 2
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 241000234282 Allium Species 0.000 description 1
- 235000002732 Allium cepa var. cepa Nutrition 0.000 description 1
- 241000243321 Cnidaria Species 0.000 description 1
- 208000031973 Conjunctivitis infective Diseases 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000001028 acute contagious conjunctivitis Diseases 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003181 biological factor Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/32—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the animals or plants used, e.g. algae
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/005—Combined electrochemical biological processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/006—Regulation methods for biological treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/009—Apparatus with independent power supply, e.g. solar cells, windpower or fuel cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
- C02F2209/42—Liquid level
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Botany (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
本发明公开了一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置及净化水体的方法，属于水质净化技术领域。本发明的自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置包括人工浮岛、微生物电解反应系统、自动监测控制浮沉系统和电源系统，并提供使用该装置净化水体方法；本发明将人工浮岛耦合微生物电解池装置用于水体污染治理，在环境水体中该装置通过浮力变化实现自动沉浮，周期性地改变装置中的好氧和厌氧条件，以及通过自身产生清洁电源维持系统自动运行，进而能够简便高效的净化水体。本发明具有净化水体速率快、效果好、系统处理运作稳定、自动化调控、能耗低、无二次污染等优点，可广泛用于各类地表水体的污染治理。
Description
技术领域
本发明属于水质净化技术领域，具体涉及一种适用于富营养化水体的治理和净化的自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置及净化水体的方法。
背景技术
地表水体富营养化问题愈发严重和增多，富营养化导致湖泊、河流和景观水体出现水体发绿、水体表面出现大量浮游植物等水生态恶化现象；针对水体富营养化，目前治理技术有物理、化学、生物和生态治理技术，其中生物和生态治理技术作为水体净化领域应用较多的治理方法。
生物和生态治理技术利用某些动植物吸收利用氮、磷和有机污染物，以及微生物降解污染物来达到净化水质及去除水中污染物的目的；目前生物和生态治理技术还存在着环境因素、生物因素、运行参数不合理、技术单一等一系列问题，对处理效果有着显著的影响，目前研究开发一种净化水体速率快、效果好、系统处理运作稳定以及无二次污染的水质净化装置成为当前亟待研究的重要课题。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提供了一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置及净化水体的方法。本发明的人工浮岛耦合微生物电解池技术具有处理效果好、无二次污染、绿色环保、可持续净化水体等优点，其技术应用化前景较好，对水质净化领域的研究具有重要的意义和价值。
本发明的技术方案如下：
一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置，包括人工浮岛、微生物电解反应系统、自动监测控制浮沉系统和电源系统。
基于上述技术方案，进一步地，人工浮岛主要包括固定装置、浮体部分以及植物栽种区，固定装置由纤维强化塑料构成，用于固定浮岛的浮体部分，浮体部分包括顶部浮体和底部浮体，由高分子聚氨酯硬泡沫构成，顶部浮体的内部贯穿设置有1-100 个植物栽种区，植物栽种区用于栽种浮岛水生植物，植物栽种区由塑料定植钵和混合基质组成，在塑料定植钵的底部和侧面设置有孔隙；底部浮体和微生物电解反应系统之间构成一个长方体的封闭空腔。
基于上述技术方案，进一步地，混合基质采用粒径大小为5mm～15mm、体积比为1～10：1～10：1～10的砾石、蛭石、聚氨酯颗粒混合物组成。
基于上述技术方案，进一步地，微生物电解反应系统包括阴极电极、阳极电极、复合填料、带孔导流板、稳压器，阴极电极和阳极电极平行设置于复合填料中，阳极电极邻近植物栽种区，阴极电极邻近浮岛的底部浮体，在阴极电极和阳极电极之间的复合填料中对称设置2-20个带孔导流板，带孔导流板与电极平面的夹角为0～60°；稳压器通过导线分别连接阴极电极和阳极电极，与复合填料构成耦合闭合回路。
基于上述技术方案，进一步地，所述阴极采用不锈钢丝网包裹的活性炭颗粒，所述阳极采用石墨板电极，所述复合填料采用直径为10～100mm的表面有孔隙的高密度聚乙烯微球(内部包裹有体积比为1～5：1：1的纤维球、零价铁颗粒和珊瑚石颗粒)。
基于上述技术方案，进一步地，自动浮沉监测控制系统包括吸水管、出水管、滤网、泵、中央控制器、水位探测器、电动球阀、进水管和布水板，吸水管的进水端伸入底部浮体和微生物电解反应系统之间构成的长方体封闭空腔，吸水管的出水端与泵的入口连通，泵的出口与出水管相连通，用于将水排出，吸水管的进水口安装有带滤网的球型吸水头，防止杂物进入泵中；进水管贯穿底部浮体，将底部浮体和微生物电解反应系统之间构成的长方体封闭空腔与环境水体连通，进水管的进水端设置有电动球阀。
基于上述技术方案，进一步地，水位探测器包括水位探测器I和水位探测器II，水位探测器I和水位探测器II分别埋覆在复合填料中的最高水位和最低水位，中央控制器通过导线连接埋覆在复合填料中的水位探测器I和水位探测器II、泵、稳压器、电动球阀；所述中央控制器通过水位探测器I和水位探测器II感知水位，并对泵、稳压器、电动球阀发出指令。
基于上述技术方案，进一步地，电源系统包括太阳能电池板、光伏控制器和太阳能专用蓄电池，所述太阳能电池板通过导线与光伏控制器连接，光伏控制器经导线与太阳能专用蓄电池的两极连接，太阳能专用蓄电池通过中央控制器与泵、稳压器、电动球阀连接，构成闭合回路；所述太阳能专用蓄电池、光伏控制器和太阳能电池板设置在人工浮岛的上方。
基于上述技术方案，进一步地，所述人工浮岛的外观整体呈现长方体，供电系统设置于人工浮岛的中央的上方。
基于上述技术方案，进一步地，所述浮岛水生植物选用根系发达、污染物吸收效果好的水生植物，人工浮岛植物包括芦苇、风车草、水葱和黄菖蒲。
基于上述技术方案，进一步地，所述导线材料选用钛丝，在水中裸露的电极部分的导线头用有机多功能胶进行密封，目的在于使连接处的电路更稳定以及其具有良好的防水性能。
基于上述技术方案，进一步地，所述自动浮沉监测控制系统的水位探测器将检测到水位数据反馈至中央控制器，在中央控制器设置最高水位和最低水位，通过最高水位和最低水位来调控泵和电动球阀的开和闭。
基于上述技术方案，进一步地，所述带孔导流板可以增加人工浮岛耦合微生物电解池的装置对复合填料和混合基质的利用，提高了复合填料和混合基质利用效率，促进了反应的发生和进程，提高了污染物的去除效果和去除速率。
基于上述技术方案，进一步地，所述太阳能电池板和太阳能专用蓄电池产生的电压经由稳压器进行稳定恒压，目的在于使人工浮岛耦合微生物电解池系统的处理效果更稳定，调节阴极、阳极的电压使微生物电解反应处于高效点。
基于上述技术方案，进一步地，本发明所述自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置通过底部中心进水管进水、浮体上部的泵出水的方式、人工浮岛耦合微生物电解池模式大大提高了人工浮岛耦合微生物电解池系统的氧化还原梯度，刺激并加快了微生物对有机物、氮磷的去除，提高了对水体的处理效果。
基于上述技术方案，进一步地，所述布水板具有均匀布水的功能，可以保证系统内良好水力条件，减少滞水区，充分利用复合填料和电极去除污染物。
基于上述技术方案，进一步地，所述滤网保证了基质不会随着水流进入抽水泵，避免影响抽水泵的工作性能。
本发明还提供利用上述自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置净化水体的方法，主要包括以下步骤：
(1)在自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置中的植物栽种区栽种上述浮岛水生植物，水生植物通过自身光合作用产生氧气，提升阳极区域的溶解氧含量；
(2)设置数据阈值：在中央控制器上设置自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置中的最高水位、最低水位数据阈值和停留时间；
(3)将自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置放入待净化的富营养化水域中，用固定绳或固定杆将其固定好；
(4)自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置按照“下沉——停留——上浮”的过程周而复始，水体中停留时间为10～12小时，上浮和下沉过程分别耗时0.5～2 小时，微生物电解反应系统运行电压为0.5～2.0V。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明将人工浮岛耦合微生物电解池的装置用于水体污染治理，净化水体速率快、效果好、系统处理运作稳定，无二次污染；
(2)通过人工浮岛耦合微生物电解池的装置浮力变化实现自动沉浮，自动化调控，周期性地改变装置中的好氧和厌氧条件，加速填料、生物和污染物之间的反应，不需曝气而提升处理性能；
(3)人工浮岛耦合微生物电解池的装置自身产生清洁电源维持系统自动运行，不需外加电源，能耗低；
(4)使用本发明人工浮岛耦合微生物电解池的装置净化水体的方法简便、高效，可广泛用于各类地表水体的污染治理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例涉及的附图进行简单地介绍。
图1是本发明的自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置的正视剖面图；
图2是本发明的自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置的俯视平面图；
图中：1-太阳能专用蓄电池，2-稳压器，3-太阳能电池板，4-浮岛水生植物，5- 浮体部分，6-泵，7-混合基质，8-带孔塑料定植钵，9-带孔导流板，10-布水板，11-复合填料，12-中央控制器，13-水位探测器，14-阴极电极，15-阳极电极，16-滤网，17- 光伏控制器，18-电动球阀，19-进水管，20-出水管，21-吸水管，22-芦苇，23-风车草， 24-水葱，25-黄菖蒲。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但本发明的实施方式不限于此，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本发明的部分实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，获得其他的类似的实施例均落入本发明的保护范围。
实施例1
一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置，构造如图1所示，外形尺寸为45*45*20cm，包括人工浮岛、微生物电解反应系统、自动监测控制浮沉系统和电源系统；
人工浮岛主要包括固定装置、浮体部分5以及植物栽种区，固定装置由纤维强化塑料构成，用于固定浮岛的浮体部分，浮体部分包括顶部浮体和底部浮体，由高分子聚氨酯硬泡沫构成，顶部浮体的内部贯穿设置有多个植物栽种区，植物栽种区用于栽种浮岛水生植物4，植物栽种区由塑料定植钵8和混合基质7组成，在塑料定植钵8 的底部和侧面设置有多个微小孔隙，目的在于减少基质的损失和增加基质内的溶解氧含量，增加反应所需的氧化还原梯度，提高了污染物的处理效果和处理速率，进而增强了对富营养化水体的处理效果；混合基质7采用粒径大小为5mm～15mm、体积比为 1：1：1的砾石、蛭石、聚氨酯颗粒混合物组成；底部浮体和微生物电解反应系统之间构成一个长方体的封闭空腔。
人工浮岛通过植物栽种区栽种的植物的自发光合作用产氧，吸收或利用水中有机物、氮磷和根系附近微生物对有机物、氮磷等进行吸附、降解等作用达到净化富营养化水体的目的，当浮岛下沉后，植物根系为阳极附近的复合填料11和混合基质7提供溶解氧，提高了氧化还原电位，增强对营养物质的去除效果。
人工浮岛依靠浮岛的浮体部分和自身排水体积提供浮力，使人工浮岛耦合微生物电解池装置内部全部充满水时仍可漂浮在水面，装置的上浮和下沉为其内部营造好氧 -缺氧状态，促进或提高了氧化还原梯度，加快了对氮磷、有机物的去除速率。
微生物电解反应系统包括阴极电极14、阳极电极15、复合填料11、带孔导流板 9、稳压器2，所述阴极采用不锈钢丝网包裹的活性炭颗粒，所述阳极采用石墨板电极，所述复合填料采用直径为25mm的高密度聚乙烯微球(内部包裹有体积比为6：2：2 的纤维球、零价铁颗粒和珊瑚石颗粒)，阴极电极14和阳极电极15平行设置于复合填料中，阳极电极14邻近植物栽种区，阴极电极15邻近浮岛的底部浮体，在阴极电极14和阳极电极15之间的复合填料中对称设置多个带孔导流板，带孔导流板与电极平面的夹角为0～60°；所述稳压器可提供多孔道0～30V直流电压，稳压器2通过导线分别连接阴极电极14和阳极电极15，与复合填料11构成耦合闭合回路；
微生物电解反应系统在阴阳两极形成电势差，强化了氧化还原梯度，为阴阳两极周围的微生物发生电解反应去除有机物、氮磷提供了有利条件，达到了良好的去除水体中富营养化物质的效果，由于稳压器2的稳流恒压作用，在微生物电解反应系统中形成了对富营养物质稳定高效的去除效果，其次，本申请的装置的进出水系统采用底部进水、上部出水的进出水方式，对人工浮岛耦合微生物电解池系统的氧化还原电位有着促进或提高作用，提高了其净化富营养物质的能力。
自动浮沉监测控制系统包括吸水管21、出水管20、滤网16和泵6、中央控制器12、水位探测器13、电动球阀18、进水管19和布水板10，布水板10设置于微生物电解反应系统的底部，具有均匀布水的功能，可以保证装置内良好水力条件，减少滞水区，充分利用复合填料和电极去除污染物。吸水管21的进水端伸入底部浮体和微生物电解反应系统之间构成的长方体封闭空腔，吸水管21的出水端与泵6的入口连通，泵6的出口与出水管20相连通，用于将水排出，吸水管21的进水口安装有带滤网的球型吸水头，防止杂物进入水泵；进水管19贯穿底部浮体，将底部浮体和微生物电解反应系统之间构成的长方体封闭空腔与环境水体连通，进水管19的进水端设置有电动球阀18；自动浮沉监测控制系统通过调控泵6和电动球阀18进行排水和进水，实现装置周期性的上浮和下沉，使上部阳极内的复合填料和植物基质增加溶解氧，提高人工浮岛耦合微生物电解池系统的氧化还原电位，进而增强了对富营养物质的去除效果。
水位探测器13包括水位探测器I和水位探测器II，水位探测器I和水位探测器II分别埋覆在复合填料中的最高水位和最低水位，中央控制器12通过导线连接着埋覆在复合填料中的水位探测器I和水位探测器II、泵6、稳压器2、电动球阀18；所述中央控制器12通过水位探测器I和水位探测器II感知水位，并对泵6、稳压器2、电动球阀18发出指令；所述中央控制器通过调控自身内部电路的开、闭来实现系统上浮状态时微生物电解反应系统工作的停止、下沉状态时微生物电解反应系统工作的运行；所述中央控制器12对泵6和电动球阀18进行调控，上浮时关闭电动球阀18并启动泵6，通过阻止经进水管19进水和利用吸水管21排除内部水来实现所述发明装置的浮力大于重力，从而实现自动上浮，待所述发明装置内部达到低水位时泵6停止；下沉时所述中央控制器12控制泵6停止和电动球阀18开启，环境水体经进水管19 自动进入到所述发明装置内部，实现自动下沉，待所述发明装置内部达到高水位时，电动球阀18关闭。
电源系统包括太阳能电池板3、光伏控制器17和太阳能专用蓄电池1，所述太阳能电池板3通过导线与光伏控制器17连接，光伏控制器经导线与太阳能专用蓄电池1 的两极连接，太阳能专用蓄电池1通过中央控制器12与泵6、稳压器2、电动球阀18 连接，构成闭合回路；所述太阳能专用蓄电池、光伏控制器和太阳能电池板设置在人工浮岛的上方。
实施例2
一种使用自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置净化水体的方法，采用实施例1的装置进行实验，操作步骤如下：
(1)栽种浮岛植物：在所述发明装置的植物栽种区栽种上述浮岛水生植物，每个定植钵栽种一株植株，植物通过自身光合作用产生氧气，提升阳极区域的溶解氧含量，有利于加快有机污染物、氨氮转化和生物吸磷；
(2)设置数据阈值：对于自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置，本发明提供应用自动化管理，只需人为根据富营养化水体的营养化程度在中央控制器上设置系统的最高水位、最低水位数据阈值和停留时间，系统便可自动对富营养化水体进行净化；
(3)所述发明装置的放置：上述步骤完成后，将其放入待净化的富营养化水域中，用固定绳或固定杆将其固定好即可；
(4)停留时间优选实验：将本发明的装置置于装有体积为60L人工污水(CODcr、 NH3 +-N、NO3 --N、TN、TP的初始浓度分别为136mg/L、12mg/L、22.5mg/L、36.6mg/L、 1.0mg/L)的容器中，按照“下沉——停留——上浮”的过程周而复始条件和不浮沉条件分别运行。对于浮沉条件处理组，水体中停留时间为设定为5h、8h、11h、14h、 17h，上浮和下次过程总耗时1h；对于不浮沉条件处理组，停留时间相同。所有处理均测试三个周期。对所有处理组的处理前后水质指标化学需氧量(CODcr)、氨氮 (NH3 +-N)、硝态氮(NO3 --N)、总氮(TN)、总磷(TP)进行测定，计算去除率。
结果表明，在浮沉条件处理组中，停留时间为5h时，CODcr、NH3 +-N、NO3 --N、 TN、TP的平均去除率较低；当停留时间为8h时，CODcr、NH3 +-N、NO3 --N、TN、 TP的平均去除率分别为66.3％、62.6％、59.9％、67.8％、76.3％；当停留时间为11h 时，CODcr、NH3 +-N、NO3 --N、TN、TP的平均去除率分别为83.5％、81.8％、85.1％、 82.7％、90.8％；当停留时间为14h和17h时，处理效果相比于11h处理仅轻微提升。因此，随着停留时间的延长，CODcr、NH3 +-N、NO3 --N、TN、TP的平均去除率逐渐增加，但超过11小时后增加缓慢，考虑到处理水量能力，11个小时的停留时间为宜。
(5)浮沉效果对比实验：在与浮沉条件处理组相比，不浮沉处理组CODcr、NH3 +-N、NO3 --N、TN、TP的平均去除率分别低了7.8％、14.9％、18.2％、14.5％、11.6％。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置，其特征在于，包括人工浮岛、微生物电解反应系统、自动监测控制浮沉系统和电源系统；人工浮岛主要包括固定装置、浮体部分以及植物栽种区，固定装置用于固定浮岛的浮体部分，浮体部分包括顶部浮体和底部浮体，顶部浮体的内部贯穿设置有1-100个植物栽种区，植物栽种区用于栽种浮岛水生植物，植物栽种区由塑料定植钵和混合基质组成，在塑料定植钵的底部和侧面设置有孔隙；底部浮体和微生物电解反应系统之间构成一个封闭空腔；微生物电解反应系统包括阴极电极、阳极电极、复合填料、带孔导流板和稳压器，阴极电极和阳极电极平行设置于复合填料中，阳极电极邻近植物栽种区，阴极电极邻近浮岛的底部浮体，在阴极电极和阳极电极之间的复合填料中对称设置2-20个带孔导流板，带孔导流板与电极平面的夹角为0～60°；稳压器通过导线分别连接阴极电极和阳极电极，与复合填料构成耦合闭合回路；自动浮沉监测控制系统包括吸水管、出水管、滤网、泵、中央控制器、水位探测器、电动球阀、进水管和布水板，吸水管的进水端伸入底部浮体和微生物电解反应系统之间构成的封闭空腔，吸水管的出水端与泵的入口连通，泵的出口与出水管相连通，用于将水排出，吸水管的进水口安装有带滤网的球型吸水头，防止杂物进入泵中；进水管贯穿底部浮体，将底部浮体和微生物电解反应系统之间构成的长方体封闭空腔与环境水体连通，进水管的进水端设置有电动球阀；水位探测器包括水位探测器I和水位探测器II，水位探测器I和水位探测器II分别埋覆在复合填料中的最高水位和最低水位，中央控制器通过导线连接埋覆在复合填料中的水位探测器I和水位探测器II、泵、稳压器、电动球阀；所述中央控制器通过水位探测器I和水位探测器II感知水位，并对泵、稳压器、电动球阀发出指令；电源系统包括太阳能电池板、光伏控制器和太阳能专用蓄电池，所述太阳能电池板通过导线与光伏控制器连接，光伏控制器经导线与太阳能专用蓄电池的两极连接，太阳能专用蓄电池通过中央控制器与泵、稳压器、电动球阀连接，构成闭合回路；所述太阳能专用蓄电池、光伏控制器和太阳能电池板设置在人工浮岛的上方；
混合基质采用粒径大小为5mm～15mm、体积比为1～10：1～10：1～10的砾石、蛭石、聚氨酯颗粒混合物组成；
所述阴极采用不锈钢丝网包裹的活性碳颗粒，所述阳极采用石墨板电极，所述复合填料采用直径为10～100mm的表面有孔隙的高密度聚乙烯微球，高密度聚乙烯微球内部包裹有体积比为1～5：1：1的纤维球、零价铁颗粒和珊瑚石颗粒；
所述人工浮岛的外观整体呈现长方体，供电系统设置于人工浮岛的中央的上方。
2.根据权利要求1所述的自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置，其特征在于，固定装置由纤维强化塑料构成，浮体部分由高分子聚氨酯硬泡沫构成。
3.根据权利要求1所述的自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置，其特征在于，所述浮岛水生植物选用根系发达、污染物吸收效果好的水生植物，水生植物包括芦苇、风车草、水葱和黄菖蒲。
4.根据权利要求1所述的自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置，其特征在于，所述导线材料选用钛丝，在水中裸露的电极部分的导线头用有机多功能胶进行密封。
5.一种利用权利要求1-4任一项所述的自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置净化水体的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(1)在自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置中的植物栽种区栽种浮岛水生植物；
(2)设置数据阈值：在中央控制器上设置自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置中的最高水位、最低水位的数据阈值和停留时间；
(3)将自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置放入待净化的富营养化水域中，用固定绳或固定杆将其固定好；
(4)自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置按照“下沉——停留——上浮”的过程周而复始，净化水体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置在水体中停留时间为10～12小时，上浮和下沉过程分别耗时0.5～2小时，微生物电解反应系统运行电压为0.5～2.0V。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210987680.5A CN115432823B (zh) | 2022-08-17 | 2022-08-17 | 一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置及净化水体的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210987680.5A CN115432823B (zh) | 2022-08-17 | 2022-08-17 | 一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置及净化水体的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115432823A CN115432823A (zh) | 2022-12-06 |
| CN115432823B true CN115432823B (zh) | 2024-01-16 |
Family
ID=84243083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210987680.5A Active CN115432823B (zh) | 2022-08-17 | 2022-08-17 | 一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置及净化水体的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115432823B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116282563B (zh) * | 2023-04-27 | 2024-10-22 | 山东建筑大学 | 动态净化桩群 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102897929A (zh) * | 2012-06-19 | 2013-01-30 | 杭州朗洲环保工程有限公司 | 浮岛装载型微孔曝气装置 |
| CN103693811A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-04-02 | 中国农业大学 | 一种移动式微型电解湿地污水处理方法及系统 |
| CN104355413A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-18 | 宇星科技发展(深圳)有限公司 | 一种生态浮床及净化水体的方法 |
| CN106630158A (zh) * | 2016-11-08 | 2017-05-10 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种生态浮岛耦合沉积型微生物燃料电池水体修复系统 |
| CN109867353A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-11 | 陕西科技大学 | 一种电增强零价铁厌氧水处理装置与方法 |
| CN210671439U (zh) * | 2019-10-19 | 2020-06-05 | 安徽省农业科学院园艺研究所 | 一种自动下沉式水生蔬菜种植浮床 |
| CN112537886A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-03-23 | 灵珑生态科技(江苏)有限公司 | 一种用于沉水植物定植的自动升降生态沉床 |
| CN114314849A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-04-12 | 东珠生态环保股份有限公司 | 一种湿地修复处理用生态浮岛及其工作方法 |
| CN114380387A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-04-22 | 重庆交通大学 | 一种景观水体修复处理方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110011780A1 (en) * | 2006-12-28 | 2011-01-20 | Yumin Izumo | System for improving total water qualities in eutrophicated and contaminated water area utilizing water purifying functions of various plants and microorganisms |
| CN103395891B (zh) * | 2013-07-23 | 2015-01-28 | 东南大学 | 一种微生物燃料电池型立体组合生态浮床装置及应用 |
| US10406572B2 (en) * | 2014-06-10 | 2019-09-10 | Advanced Environmental Technologies, Llc | Bioelectrochemical devices for enhanced in situ bioremediation |
| US10640401B2 (en) * | 2016-05-18 | 2020-05-05 | New Jersey Institute Of Technology | Reactive electrochemical membrane filtration |
| CN114262061A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-04-01 | 东北师范大学 | 一种用于地表污染水体生物治理的生态浮床组合 |
-
2022
- 2022-08-17 CN CN202210987680.5A patent/CN115432823B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102897929A (zh) * | 2012-06-19 | 2013-01-30 | 杭州朗洲环保工程有限公司 | 浮岛装载型微孔曝气装置 |
| CN103693811A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-04-02 | 中国农业大学 | 一种移动式微型电解湿地污水处理方法及系统 |
| CN104355413A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-18 | 宇星科技发展(深圳)有限公司 | 一种生态浮床及净化水体的方法 |
| CN106630158A (zh) * | 2016-11-08 | 2017-05-10 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种生态浮岛耦合沉积型微生物燃料电池水体修复系统 |
| CN109867353A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-11 | 陕西科技大学 | 一种电增强零价铁厌氧水处理装置与方法 |
| CN210671439U (zh) * | 2019-10-19 | 2020-06-05 | 安徽省农业科学院园艺研究所 | 一种自动下沉式水生蔬菜种植浮床 |
| CN112537886A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-03-23 | 灵珑生态科技(江苏)有限公司 | 一种用于沉水植物定植的自动升降生态沉床 |
| CN114314849A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-04-12 | 东珠生态环保股份有限公司 | 一种湿地修复处理用生态浮岛及其工作方法 |
| CN114380387A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-04-22 | 重庆交通大学 | 一种景观水体修复处理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115432823A (zh) | 2022-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN202369438U (zh) | 太阳能与生态浮床联合修复景观水体系统 | |
| CN102701521A (zh) | 一种低能耗低碳排放经济节能型的城镇污水处理方法 | |
| CN104505529A (zh) | 藻菌协同生态型微生物燃料电池及利用其净水产电的方法 | |
| CN104150719A (zh) | 农村综合污水处理系统及方法 | |
| CN101863533A (zh) | 内循环多维电催化废水处理装置 | |
| CN203890185U (zh) | 一种保留网箱养殖的湖泊富营养化治理系统 | |
| CN103771664B (zh) | 一种河道生态修复系统 | |
| CN110240367B (zh) | 一种碳氮磷同步高效去除的污水处理系统及方法 | |
| CN110668575A (zh) | 一种全自动高效脱氮除磷潮汐流人工湿地及其使用方法 | |
| CN204625422U (zh) | 一种污水处理系统 | |
| CN111592115A (zh) | 一种微生物燃料电池-人工湿地耦合系统 | |
| CN112939195B (zh) | 多阳极型微生物燃料电池人工湿地系统、运行方法及应用 | |
| CN115432823B (zh) | 一种自动浮沉式人工浮岛耦合微生物电解池的装置及净化水体的方法 | |
| CN203582645U (zh) | 基于微纳米气泡充氧的太阳能一体化污水处理装置 | |
| CN103896458B (zh) | 一种适用于静水湖泊的雨淋式高效生态浮床 | |
| CN103214093B (zh) | 低c/n生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置 | |
| CN108178346A (zh) | 一种河道深度充氧装置 | |
| CN104787900B (zh) | 电化学同时强化水体及底泥净化的自动控制曝气系统 | |
| CN203284289U (zh) | 生活污水高效脱氮的复合电极水平潜流人工湿地装置 | |
| CN212450852U (zh) | 一种微生物燃料电池-人工湿地耦合系统 | |
| CN203382571U (zh) | 一种新型垂直流自动充氧环形人工湿地系统 | |
| CN211999376U (zh) | 一种mabr农村污水生态治理装置系统 | |
| CN101306869A (zh) | 小区中水景观水改性沸石生物滤池处理方法及装置 | |
| CN219585896U (zh) | 一种铁碳微电解-人工湿地-微生物燃料电池 | |
| CN203112660U (zh) | 太阳能人工生态浮岛 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |