一种耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置，包括湿地腔体，湿地腔体通过隔板分隔为净化区和集水区两部分，隔板底部设有用于连通净化区和集水区的过水槽。净化区内布设有净水管道，净水管道内布设有集束式微生物燃料电池，净水管道的入水口位于净化区的底部，净水管道的排水口位于净化区的顶部，净化区顶部还设有连接净水管道排水口的布水导流槽，净化区内的其余空间填充湿地填料，并栽种湿地净化植物。本发明专利技术具有结构简单，模块化组装等优点，多重过滤结构以及内套管快速更换结构有利于强化系统净化效率、解决系统堵塞问题，达到缩减湿地占地面积、延长湿地使用寿命的目的，实现人工湿地‑微生物燃料电池系统的规模化工程应用。

A kind of constructed wetland device coupled with cluster microbial fuel cell

【技术实现步骤摘要】
一种耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置
本专利技术属于环境工程领域，特别是涉及一种耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置。
技术介绍
相比于传统污水集中处理系统，人工湿地具有建造及运行费用低、维护简单、景观良好等优点，已被广泛应用于多种类型污水的分散处理。不过，为保持高效、稳定的净化效率，人工湿地往往需要占用大面积土地。微生物燃料电池通过微生物在低电势的阳极催化有机物分解，产生电子和质子，然后，电子通过外电路到达高电势阴极并与电子受体(O2、NO2-和NO3-等)和来自阳极的质子相结合，实现污染物降解并产生电能。基于人工湿地下部缺氧、上部好氧的氧化还原环境，已有报道将微生物燃料电池植入其中，利于提升单位面积人工湿地对各种污染物的净化效率，从而缩减人工湿地占地面积。然而，相比于已实现规模化应用的人工湿地，人工湿地-微生物燃料电池耦合系统大多停留在实验室小试规模，目前尚未突破规模化实际工程应用的难题。人工湿地在已有工程实践中经常面临堵塞问题，轻则在湿地床体内部形成短流，重则使得系统运行瘫痪，严重影响人工湿地的使用寿命。虽然通过优化基质级配或停休并投加蚯蚓(CN201410204567.0一种解决湿地堵塞问题的方法)等预防或治理措施可缓解湿地堵塞，延长人工湿地使用寿命，但是仍然无法根治堵塞问题。由于难以定位堵塞具体部位，根治堵塞问题往往需要对湿地床体表层甚至全部滤料进行冲洗或更换，工程量较大且施工较为困难，对湿地植物、微生物和内埋管道均会造成不利影响。此外，滤料冲洗废水或移除的湿地滤料也难以处置。为了应对湿地堵塞问题，需要提供更为简便易行的方案。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置，解决系统堵塞问题，实现人工湿地-微生物燃料电池系统的规模化工程应用。技术方案：一种耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置，包括湿地腔体，所述湿地腔体通过隔板分隔为净化区和集水区两部分，所述隔板底部设有用于连通所述净化区和集水区的过水槽；所述净化区内布设有净水管道，所述净水管道内布设有集束式微生物燃料电池，所述净水管道的入水口位于所述净化区的底部，所述净水管道的排水口位于所述净化区的顶部，所述净化区顶部还设有连接所述净水管道排水口的布水导流槽，所述净化区内的其余空间填充湿地填料，并栽种湿地净化植物；所述集水区的水面上铺设带有种植孔的浮板，所述种植孔内种植净水植物，所述集水区的侧壁上部设有排水管。进一步的，所述净水管道包括位于所述净化区底部的主管以及垂直设置并连接所述主管的内套管，所述主管包括连接所述入水口的若干支路管道，所述支路管道为多通管，所述支路管通过异径变头连接所述内套管的底端，各内套管的顶端通过异径变头连接所述布水导流槽；所述内套管外侧还套有外套管，所述外套管的底部设有防止所述湿地填料侵入腔体的密封结构。进一步的，在每个内套管中布设微生物燃料电池单体，各内套管中的微生物燃料电池单体组合成所述集束式微生物燃料电池；所述内套管的中下部填充柱状颗粒石墨层，在所述柱状颗粒石墨层的顶部和底部均铺设不锈钢网，所述内套管表层的水气交界面处铺设碳毡，所述碳毡和顶层不锈钢网之间以及底层不锈钢网下方均填充有脱氮除磷填料，所述内套管底层为格栅状或网状透水结构；其中，所述柱状颗粒石墨层作为微生物燃料电池单体的阳级，所述碳毡作为微生物燃料电池单体的阴级。进一步的，所述净化区底部的主管上浇筑混凝土保护或铺设碎石后上覆玻璃钢格栅保护，所述外套管的底部与所述混凝土或玻璃钢格栅之间密封连接，形成所述密封结构。进一步的，所述内套管顶部连接的所述异径变头内种植有净水植物。进一步的，所述柱状颗粒石墨的直径为5mm，高度为6mm。进一步的，所述柱状颗粒石墨层和不锈钢网的整体层高为5-10cm，所述碳毡距离所述柱状颗粒石墨层10-40cm。进一步的，所述脱氮除磷填料为粒径为5-8mm的陶粒或沸石。有益效果：本专利技术的一种耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置，具有结构简单，模块化组装等优点，多重过滤结构以及内套管快速更换结构有利于强化系统净化效率、解决系统堵塞问题，达到缩减湿地占地面积、延长湿地使用寿命的目的，实现人工湿地-微生物燃料电池系统的规模化工程应用。附图说明图1是本专利技术装置的整体结构示意图；图2是净化区内装置结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图1所示，一种耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置，包括由混凝土、PVC或PP板制成的长宽高为1.2*1*1m的湿地腔体1，湿地腔体1半埋于地下用于保温。湿地腔体1通过隔板2分隔为净化区和集水区两部分，面积分别为1m2和0.2m2。隔板2底部设有用于连通净化区和集水区的过水槽。湿地腔体1也可通过铺设土工膜形成。净化区内布设有净水管道，净水管道内布设有集束式微生物燃料电池，净水管道的入水口位于净化区的底部，净水管道的排水口位于净化区的顶部。净化区顶部还设有连接净水管道排水口的布水导流槽11。净化区内的其余空间填充湿地填料，如粒径为10-30mm的碎石、石英砂等，并栽种湿地净化植物，如千屈菜、水葱等，种植密度10-20株/m2。集水区的水面上铺设带有种植孔的浮板，种植孔内种植净水植物，如将水雍菜、鸢尾等植物通过种植杯安放在浮板种植孔，通过植物根系进一步净化水质，同时遮光避免集水区藻类生长。集水区的侧壁上部设有排水管3，经净化区处理后的水体经由排水管3排出系统。具体的，如图2所示，净水管道包括位于净化区底部的主管以及垂直设置并连接主管的内套管10。主管包括连接入水口的若干支路管道，支路管道为多通管，支路管通过异径变头8连接内套管10的底端。各内套管10的顶端作为净水管道的排水口，通过异径变头8连接布水导流槽11。本实施例中，主管由内径为75mm的三根一分三通管4、一个四通接头5、两个弯头6组成。四通接头5的一口作为污水入水口连接水泵，另外三口分别连接一根一分三通管4，一分三通管4的各通路口向上设置并通过75mm转125mm异径变头8连接垂直设置的内套管10。主管上浇筑混凝土保护，或铺设碎石后上覆玻璃钢格栅保护。在每个内套管10中布设微生物燃料电池单体，微生物燃料电池单体包括在内套管10的中下部填充5*6mm的柱状颗粒石墨层，柱状颗粒石墨层作为微生物燃料电池单体的阳级。在柱状颗粒石墨层的顶部和底部均铺设不锈钢网，柱状颗粒石墨层和不锈钢网的整体层高为5-10cm。内套管10表层的水气交界面处铺设碳毡，碳毡作为微生物燃料电池单体的阴级，碳毡距离柱状颗粒石墨层10-40cm。碳毡和顶层不锈钢网之间以及底层不锈钢网下方均填充有脱氮除磷填料，如粒径5-8mm的陶粒、沸石，用于进一步提升脱氮除磷效果。内套管10底层为格栅状或网状透水结构，可支撑上覆填充物，避免填料落入净化区底部的主管，又不阻碍主管来水向上流过。各集束式微生物燃料电池的阴、阳级均由钛丝引出后，根据需要通过串、并联的方式自由组合，经由绝缘铜线与电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置，其特征在于：包括湿地腔体(1)，所述湿地腔体(1)通过隔板(2)分隔为净化区和集水区两部分，所述隔板(2)底部设有用于连通所述净化区和集水区的过水槽；所述净化区内布设有净水管道，所述净水管道内布设有集束式微生物燃料电池，所述净水管道的入水口位于所述净化区的底部，所述净水管道的排水口位于所述净化区的顶部，所述净化区顶部还设有连接所述净水管道排水口的布水导流槽(11)，所述净化区内的其余空间填充湿地填料，并栽种湿地净化植物；所述集水区的水面上铺设带有种植孔的浮板，所述种植孔内种植净水植物，所述集水区的侧壁上部设有排水管(3)。/n

【技术特征摘要】
1.一种耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置，其特征在于：包括湿地腔体(1)，所述湿地腔体(1)通过隔板(2)分隔为净化区和集水区两部分，所述隔板(2)底部设有用于连通所述净化区和集水区的过水槽；所述净化区内布设有净水管道，所述净水管道内布设有集束式微生物燃料电池，所述净水管道的入水口位于所述净化区的底部，所述净水管道的排水口位于所述净化区的顶部，所述净化区顶部还设有连接所述净水管道排水口的布水导流槽(11)，所述净化区内的其余空间填充湿地填料，并栽种湿地净化植物；所述集水区的水面上铺设带有种植孔的浮板，所述种植孔内种植净水植物，所述集水区的侧壁上部设有排水管(3)。


2.根据权利要求1所述的耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置，其特征在于：所述净水管道包括位于所述净化区底部的主管以及垂直设置并连接所述主管的内套管(10)，所述主管包括连接所述入水口的若干支路管道，所述支路管道为多通管，所述支路管通过异径变头(8)连接所述内套管(10)的底端，各内套管(10)的顶端通过异径变头(8)连接所述布水导流槽(11)；所述内套管(10)外侧还套有外套管(9)，所述外套管(9)的底部设有防止所述湿地填料侵入腔体的密封结构。


3.根据权利要求2所述的耦合集束式微生物燃料电池的人工湿地装置，其特征在于：在每个内套管(10)中布设微生物燃料电池单体，各内套管(10)中的微生物燃料电池单体组合成所述集束式微生物燃料电池；所述内套管(10)的中下部填...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟非，祝桂洋，白雪坤，连博琳，刘国元，张晓倩，李博文，高海优，张健，邓自发，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32