火电厂脱硫废水的生物处理系统的制作方法

本发明属于废水处理领域，涉及一种火电厂脱硫废水的生物处理系统，用于火力发电厂湿法烟气脱硫废水处理。

背景技术：

目前，湿法烟气脱硫技术主要包括石灰石－石膏、钠基法、海水法、氨法等。在石灰石－石膏湿法烟气脱硫系统中，为维持系统氯离子平衡，保证脱硫效率，使系统安全稳定运行，必须外排一定量的废水。因脱硫废水中含有大量溶解盐、固体悬浮物、重金属离子及难降解有机物等有害污染物，不能直接排放。目前，通常的脱硫废水处理方法有化学沉淀法和蒸发浓缩法。

化学沉淀法可以有效减少脱硫废水中的SS、F-、重金属离子等，不过此方法处理后的含盐量仍然很高，使废水难以回收且不能达标排放。蒸发浓缩能够使脱硫废水分离成为高质量的水或水蒸气以及固体废弃物，但投资较高，限制了此方法的应用。

微生物燃料电池的原理是利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将有机物中的化学能直接转化成电能。它属于生物质能利用技术中的生物化学转化技术，将生物质转化为电能。将微生物燃料电池应用到污水处理中，在处理污水的同时获得电能，是缓解当前能源危机和污水污染问题的有效途径，也是环境能源领域的热点研究课题之一。

人工湿地是利用填料、植物和微生物的物理、化学、生物化学等过程协同作用来完成污水的净化，其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、残留物积累以及各类原生动物和后生动物的作用，是一种环境友好型污水处理方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种占地面积小、建造成本低、能够对火电厂废水进行处理并使废水达到排放标准，处理过程能够产生电能、处理过程无二次污染的火电厂脱硫废水的生物处理系统。

为实现上述目的，本实用新型的火电厂脱硫废水的生物处理系统包括内含碱性药剂的废水调节池、提升泵、微生物燃料电池和人工湿地；

废水调节池设有进水口和出水口，废水调节池的出水口通过管路连接所述提升泵的进水口，所述提升泵的出水口通过管路连接所述微生物燃料电池的进水口；所述微生物燃料电池的出水口通过管路连接所述人工湿地的进水口；人工湿地连接有出水口；人工湿地的顶部低于微生物燃料电池的底部。

所述微生物燃料电池包括筒体，筒体底端向下连接有上大下小的喇叭形进水部，进水部的底端设有进水口，该进水口作为微生物燃料电池的进水口；进水部的顶端设有用于布水的孔板；所述孔板上由下向上依次设有第一砾石层、阳极电极层、第二砾石层和空气阴极电极层；所述筒体顶部外侧壁沿周向设有环形的筒体集水槽，筒体集水槽的出水口作为微生物燃料电池的出水口。第一砾石层处的筒体侧壁和第二砾石层处的筒体侧壁分别连接有两个取样口。

所述阳极电极层由活性炭层包埋钛丝网构成；

所述空气阴极电极层由活性炭层包埋不锈钢丝网构成；所述钛丝网与所述不锈钢丝网之间连接有直径为0.8毫米的钛导线。

所述人工湿地包括池体，池体底面设有3%的坡度且其上铺设有防渗层；以水流方向为前向，池体内由前至后间隔设有两道相互平行的布水墙，布水墙将池体由前至后分隔为第一腔、第二腔和第三腔；所述布水墙中空设置并设有若干开口向前的出水口；

第一腔底部的防渗层上设有一腔填料层，一腔填料层采用料径为80－100毫米的砾石；一腔填料层的底部设有布水管，布水管后端连接有湿地进水管，湿地进水管的进水口作为人工湿地的进水口；布水管上设有若干开口向上的布水孔；

第二腔底部的防渗层上设有二腔填料层，二腔填料层由下至上包括有粒径为50－80毫米的大颗粒石子层、粒径为20－40毫米的中颗粒石子层和粒径为5－10毫米的石英砂层；

第三腔底部的防渗层上设有三腔填料层，三腔填料层由下至上包括有粒径为50－80毫米的大颗粒石子层、粒径为20－40毫米的中颗粒石子层和粒径为5－10毫米的石英砂层；

一腔填料层、二腔填料层和三腔填料层顶部均设有覆土层，第三腔顶部的覆土层栽种有芦苇；

所述一腔填料层顶部设有一腔集水槽，一腔集水槽与第一腔与第二腔之间的布水墙的顶部相连通；所述二腔填料层顶部设有二腔集水槽，二腔集水槽与第二腔与第三腔之间的布水墙的顶部相连通；

所述池体的前侧壁内设有出水通道，所述三腔填料层顶部设有三腔集水槽，三腔集水槽与所述出水通道相连通；池体前侧壁底部连接有朝前设置的出水口，该出水口作为人工湿地的出水口。

第一腔顶部的覆土层的厚度为一腔填料层的五分之一，第二腔顶部的覆土层的厚度为二腔填料层的四分之一，第三腔顶部的覆土层的厚度为三腔填料层的四分之一。

所述湿地进水管穿过所述池体的后侧壁。

所述钛导线上设有外接电阻。

所述生物燃料电池3与人工湿地4之间的管路5连接有回流管，生物燃料电池3与提升泵之间的管路连接所述回流管的另一端。

其中，废水调节池的进水口连接产生脱硫废水的装置的出口，用于收集脱硫废水、调节废水的酸碱性、沉淀澄清及控制所述废水调节池出水口处的水量；提升泵用于将所述废水调节池中的水送入微生物燃料电池；所述微生物燃料电池用于去除废水中的难降解有机物及去除、富集废水中的重金属；所述人工湿地用于去除废水中的COD、无机悬浮物（SS）及残留重金属等。废水调节一般使用碱性药剂，主要有NaOH、CaCO3、石灰等。

微生物燃料电池的工作原理是：废水进入微生物燃料电池，经布水用孔板均匀进入第一砾石层、阳极电极层、第二砾石层和空气阴极电极层后流入集水槽，部分出水回流至微生物燃料电池进水口；接种的厌氧污泥中产电菌促成电流的产生，同时输出电压，使得土壤中的重金属在内部电场的作用下发生迁移，且方向为从阳极电极层向空气阴极电极层移动，并在空气阴极电极层富集；阳极电极层富集的产电菌降解有机物产生质子和电子，电子一部分用于还原难降解有机物，一部分传入阳极，经外接电路至空气阴极电极层，质子随反应器内溶液至空气阴极电极层，在氧气的参与下，发生电极反应生成水，完成重金属富集、难降解有机物去除及产电的全过程。

废水经布水管均匀流入第一腔，向上流动汇入一腔集水槽，由一腔集水槽进入第一腔与第二腔中间的布水墙，均匀分配后向前水平流入第二腔，汇入二腔集水槽后进入第二腔与第三腔中间的布水墙，均匀分配后向前水平流入第三腔，汇入三腔集水槽后通过出水通道和人工湿地的出水口流出人工湿地。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1）现有化学沉淀法处理后的废水含盐量仍然很高，废水难以回收且不能达标排放；现有蒸发浓缩法但投资较高，应用受到限制。本实用新型构造简单、操作方便、施工造价低、处理效果好；

2）现有技术以化学方法为主，所用药剂易造成二次污染，本发明采用生物方法，无二次污染，环境友好；

3）现有技术后期运行电耗较大、运行费用高，本发明在处理脱硫废水同时产生电能，实现了能源的回收利用；

4）现有技术占地面积大，一般需要独立厂房，本发明占地面积小，景观效果好。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是微生物燃料电池的结构示意图；

图3是人工湿地的结构示意图。

具体实施方式

各附图中的箭头所示方向为该处水流的方向。

如图1、图2和图3所示，本实用新型的火电厂脱硫废水的生物处理系统包括内含碱性药剂的废水调节池1、提升泵2、微生物燃料电池3和人工湿地4；

废水调节池1设有进水口和出水口，废水调节池1的出水口通过管路5连接所述提升泵2的进水口，所述提升泵2的出水口通过管路5连接所述微生物燃料电池3的进水口；所述微生物燃料电池3的出水口通过管路5连接所述人工湿地4的进水口；人工湿地4连接有出水口；人工湿地4的顶部低于微生物燃料电池3的底部。

所述微生物燃料电池3包括筒体6，筒体6底端向下连接有上大下小的喇叭形进水部7，进水部7的底端设有进水口，该进水口作为微生物燃料电池3的进水口8；进水部7的顶端设有用于布水的孔板9；所述孔板9上由下向上依次设有第一砾石层10、阳极电极层、第二砾石层12和空气阴极电极层；所述筒体6顶部外侧壁沿周向设有环形的筒体集水槽14，筒体集水槽14的出水口作为微生物燃料电池3的出水口11。第一砾石层10处的筒体6侧壁和第二砾石层12处的筒体6侧壁分别连接有两个取样口15。

所述阳极电极层由活性炭层17包埋钛丝网18构成；活性炭颗粒粒径为3-5mm，比表面积为300-500m2/g。阳极电极层的活性炭层17接种有厌氧污泥，用于系统的挂膜。

所述空气阴极电极层由活性炭层17包埋不锈钢丝网19构成；所述钛丝网18与所述不锈钢丝网19之间连接有直径为0.8毫米的钛导线20。并在连接点用绝缘倒带进行绝缘密封处理。

所述人工湿地4包括池体22，池体22底面沿水流方向设有3%的坡度且其上铺设有防渗层23；以水流方向为前向，池体22内由前至后间隔设有两道相互平行的布水墙24，布水墙24将池体22由前至后分隔为第一腔、第二腔和第三腔；所述布水墙24中空设置并设有若干开口向前的出水口（出水口为常规结构，图未示此处出水口）；

第一腔底部的防渗层23上设有一腔填料层25，一腔填料层25采用料径为80－100毫米的砾石；一腔填料层25的底部设有布水管26，布水管26后端连接有湿地进水管27，湿地进水管27的进水口作为人工湿地4的进水口；布水管26上设有若干开口向上的布水孔28；

第二腔底部的防渗层23上设有二腔填料层29，二腔填料层29由下至上包括有粒径为50－80毫米的大颗粒石子层、粒径为20－40毫米的中颗粒石子层和粒径为5－10毫米的石英砂层；利用石子、石英砂设置不同粒径的层状结构为本领域常规技术，图未示各粒径不同的石子层或石英砂层。

第三腔底部的防渗层23上设有三腔填料层30，三腔填料层30由下至上包括有粒径为50－80毫米的大颗粒石子层、粒径为20－40毫米的中颗粒石子层和粒径为5－10毫米的石英砂层；

一腔填料层25、二腔填料层29和三腔填料层30顶部均设有覆土层31，第三腔顶部的覆土层31栽种有芦苇32；

所述一腔填料层25顶部设有一腔集水槽33，一腔集水槽33与第一腔与第二腔之间的布水墙24的顶部相连通；所述二腔填料层29顶部设有二腔集水槽34，二腔集水槽34与第二腔与第三腔之间的布水墙24的顶部相连通；

所述池体22的前侧壁内设有出水通道36，所述三腔填料层30顶部设有三腔集水槽35，三腔集水槽35与所述出水通道36相连通；池体22前侧壁底部连接有朝前设置的出水口37，该出水口37作为人工湿地4的出水口。

第一腔顶部的覆土层31的厚度为一腔填料层25的五分之一，第二腔顶部的覆土层31的厚度为二腔填料层29的四分之一，第三腔顶部的覆土层31的厚度为三腔填料层30的四分之一。

所述湿地进水管27穿过所述池体22的后侧壁。所述钛导线20上设有外接电阻21。所述生物燃料电池3与人工湿地4之间的管路5连接有回流管16，生物燃料电池3与提升泵2之间的管路5连接所述回流管16的另一端。

其中，包埋是利用包埋剂将需包埋的材料或结构包裹起来以提供性能支撑或化学保护的方法，为现有技术，其具体操作方法不再详述。

本实用新型的使用方法包括以下步骤：

1）脱硫废水收集至废水调节池1中，使用碱性药剂（主要有NaOH、CaCO3、石灰等）调节废水的酸碱性，沉淀澄清，上层清液溢出，由提升泵2抽取进入微生物燃料电池3；

2）废水由提升泵2抽取进入微生物燃料电池3，经底部布水孔28板9均匀进入砾石层，通过阳极电极层、砾石层、空气阴极电极层后流入筒体集水槽14，部分出水经回流管16回流至微生物燃料电池3进水口；接种的厌氧污泥中产电菌促成电流的产生，同时输出电压，使得土壤中的重金属在内部电场的作用下发生迁移，且方向为从阳极电极层向空气阴极电极层移动，并在空气阴极电极层富集；阳极电极层富集的产电菌降解有机物产生质子和电子，电子一部分用于还原难降解有机物，一部分传入阳极，经钛导线20传至空气阴极电极层，质子随反应器内废水至空气阴极电极层，在氧气的参与下，发生电极反应生成水，完成了重金属富集、难降解有机物去除及产电的全过程。

3）微生物燃料电池3出水未回流部分通过自流进入人工湿地4，废水经布水管26均匀流入第一腔，向上流动汇入集水槽，第一腔主要作用是对废水进行物理过滤，去除SS；废水由集水槽进入第一腔与第二腔中间的布水墙24，均匀分配后沿水平方向流入第二腔，汇入第二腔集水槽34，第二腔主要通过多级填料的离子交换、吸附滞留、螯合作用降低废水中含盐量、吸附残留重金属、进一步去除SS；废水进入第二腔与第三腔中间的布水墙24，均匀分配后沿横向（即水平方向）流入第三腔，汇入第三腔集水槽35后流入出水通道36，第三腔主要通过植物根系吸收作用，降低废水中COD含量及残留重金属含量。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。