[发明专利]一种治理黑臭水体的生态净水装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种治理黑臭水体的生态净水装置及其方法。

背景技术

目前能源和环境问题亟待解决。煤、石油和天然气等石化燃料不可再生，随着石化燃料的进一步耗尽，能源短缺问题日益突出。与此同时，随着城镇化、工业化进程的快速推进，工业废水、生活污水和农业废水集中排入河道，过量有机物、植物营养物和有毒有害物进入部分天然水体中，大大超过了水体自净能力，最终使水体发黑发臭。城市黑臭水体已经成为一种严重的城市病，其破坏了城市景观环境，危害人类生活，每年需耗巨资进行处理。

水污染控制领域的热点之一是回收污水中的能源和物质，如将微生物产电原理应用到污水处理过程中。因此，以生物电化学为理论基础的微生物燃料电池技术因其具有净化污水并获取生物质能和电能的多重功能备受瞩目。微生物燃料电池是一种新型能源与环境治理相结合的技术，它利用厌氧或兼性微生物的催化作用，在氧化分解有机物的过程中将产生的电子转移至电极，实现化学能向电能转化的新技术，可以把未经处理的污水转变成干净用水和电源。近年来人们发现微生物燃料电池能够起到净化污水的作用，但目前人们还在寻找最适宜的生物、最适合的工作条件以达到出水水质最大化的效果。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是目前城市黑臭水体破坏了城市景观环境，危害人类生活，无法得到有效的处理和利用。

本发明的具体实施方案是：一种治理黑臭水体的生态净水装置,其特征在于，包括由上至下依次设置的电池反应装置、净化装置及出液装置，所述电池反应装置包括外部的阴极反应套管及设于阴极反应套管内的阳极反应套管，阴极反应套管与阳极反应套管之间的空间形成阴极反应室，阳极反应套管内的空间为阳极反应室，所述阳极反应套管上设有质子交换膜相隔，以实现阳极反应室与阴极反应室的质子传导，所述的阴极反应套管及阳极反应套管均设置于净化装置上。

进一步的，所述阳极反应套管上部设有用于向阳极反应室内送入污泥及污水的阳极进样管，所述阴极反应套管上方设有用于向阴极反应室内送入藻类植物的阴极进样管。

进一步的，过滤装置包括过壳体及设置于壳体内由上至下依次设置的聚乙烯醇无纺布、椰壳活性炭、亚硫酸钙、沸石层和微孔滤膜，所述出液装置为上端与微孔滤膜联通的出液管。

进一步的，所述阳极反应套管上部设有植物置放板，所述植物置放板中部具有对应阳极反应套管的通孔以实现植物根系伸入阳极反应套管内。

进一步的，其特征在于，所述阳极反应室底部面积为阴极反应室的1/2，质子交换膜占阳极反应套管面积的50 ~ 80%。

进一步的，所述阴极反应套管为透明有机玻璃。

本发明还包括以一种治理黑臭水体的生态净水方法，包括利用上述的一种治理黑臭水体的生态净水装置，其特征在于包括以下步骤：

（1）将城市内河黑臭水、厌氧污泥作为阳极底物由阳极进样管引入，以微藻液、藻类培养液作为阴极由阴极进样管引入，在阳极反应室及阴极反应室采用石墨板或碳纤维布作为电极材料，两个电极通过铜导线和可变电阻连接而成构建的微藻型微生物燃料电池；

（2）在阳极反应套管顶部添加绿色植物，辅助去除氮磷等植物营养物质，并能美化环境，绿色植物采用铁丝或塑料固定于顶部，采用无土栽培，利用植物根系的吸收氮和磷等，使黑臭水得到初步净化。

进一步的，所述阳极反应室所添加厌氧污泥初始沉降比约为20 ~ 50%，阴极所添加藻液初始密度约为（2.0~8.0）×10⁵个/mL，外电路电阻为300 ~ 1000Ω。

进一步的，多层过滤装置填料椰壳活性炭、亚硫酸钙、沸石和微孔滤膜每层高约3 ~ 5 cm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明构建的微生物燃料电池与过滤技术相结合，能够处理城市黑臭水，出水水质良好，实现水质净化功能；增加绿色植物，构建生态系统，既增强水质净化效能，又能营造景观，美化环境；装置所选用的藻类和绿色植物，将来可以作为生物质能的原料，实现污水物质回收；装置采用外形呈圆柱状，可增大藻类的受光面积，提高藻类光合作用速率，进一步提高装置工作效率。

2）本发明既能消除水中污染物，又能发电，回收能源，美化环境，是解决改善黑臭水体水质新理念、新技术、新方法，具有广阔的应用前景。

3）本发明构建的微生物燃料电池将黑臭水中化学能转化为电能，产电能力具有很大的提升空间，待技术成熟，其产生的电量可用于城市供电，缓解城市用电紧张等问题。

附图说明

图1为本发明结构示意图。