一种微生物电化学土壤多介质污水净化系统和方法

本发明涉及污水处理，具体涉及一种微生物电化学土壤多介质污水净化系统和方法。

背景技术：

1、农村黑臭水体黑臭程度严重、生态环境敏感，呈现数量多、分布广、面积小的特点，主要集中在华北和华南地区，因此农村黑臭水体治理问题目前尤为突出。但是在农村污水治理实践中，常存在治理技术方法照搬城镇污染治理模式等现象，传统一体化处理技术存在建设运营成本高、管理技术要求高、能耗高以及二次污染等问题，给偏远乡村地区人居环境改善带来了较大的挑战，因此需要统筹考虑当地经济发展水平、污水规模和农民需求等因素，结合农村类型、自然环境、及水体汇水等情况，因地制宜的科学设计农村黑臭水体治理方案。

技术实现思路

1、本发明其目的在于提供一种微生物电化学土壤多介质污水净化系统和方法，以解决现有的污水处理技术成本高、能耗高，难以在农村应用的问题。上述目的可以是通过以下技术方案的实施方式实现：

2、一种微生物电化学土壤多介质污水净化系统，包括：

3、电流辅助多介质土壤层处理单元，所述电流辅助多介质土壤层处理单元上部设有第一种植层，第一种植层的下方设有土壤模块层，土壤模块层的下方设有微电流辅助层；所述土壤模块层和微电流辅助层中均交替的设置有土壤模块和通水模块；所述微电流辅助层中的土壤模块上设有微电流电极；所述土壤模块层和微电流辅助层之间设有曝气装置；

4、人工湿地与微生物燃料电池耦合单元，所述人工湿地与微生物燃料电池耦合单元上部设有第二种植层，第二种植层下方设有阴极层，阴极层中设有阴极层填料，阴极层填料中设有阴极；所述阴极层下方设有阳极层，阳极层中设有阳极层填料，阳极层填料中设有阳极；

5、所述电流辅助多介质土壤层处理单元上部设有进水口，电流辅助多介质土壤层处理单元和人工湿地与微生物燃料电池耦合单元底部通过输水管道连接，人工湿地与微生物燃料电池耦合单元上部设有出水口。

6、可选的，所述微生物电化学土壤多介质污水净化系统还包括，风光互补供能单元，所述人工湿地与微生物燃料电池耦合单元中的阴极和阳极与所述风光互补供能单元连接；风光互补供能单元向所述微电流电极和曝气装置供电。

7、可选的，所述土壤模块为包含土壤、碳粉、铁粉、吸附材料的原料成型得到；

8、所述吸附材料为木屑、pbs、稻壳中的至少一种；

9、所述通水模块为填充在土壤模块之间的渗透层填料形成；

10、所述渗透层填料选自3-5mm的生物陶粒、沸石、火山岩的中的至少一种。

11、可选的，生物炭粉：铁粉：吸附材料的体积比为5-7：0.5-1.5：0.5-1.5：0.5-1.5。

12、可选的，土壤模块层和微电流辅助层中土壤模块和通水模块的体积比为0.5-1.5：0.5-1.。

13、可选的，土壤模块和通水模块厚度为50mm-150mm。

14、可选的，所述之间设有布水系统，所述布水系统包括位于第一种植层和土壤模块层之间的布水集水层，布水集水层中设有布水管，布水管连接所述进水口；

15、可选的，所述微电流辅助层中的土壤模块上的微电流电极包括设置在土壤模块外部的网兜状微电流阴极和设置在土壤模块内部的微电流阳极；

16、所述微电流阴极为铁丝网，所述微电流阳极为石墨棒。

17、可选的，微电流辅助层中的电流由人工湿地与为生物燃料电池耦合单元提供，

18、可选的，微电流辅助层中的电流大小为20-50ua/cm2。

19、所述微电流阴极为铁丝网，所述微电流阳极为石墨棒。

20、可选的，所述电流辅助多介质土壤层处理单元和人工湿地与微生物燃料电池耦合单元底部均设有集水层；

21、所述集水层为鹅卵石堆砌构成。

22、可选的，所述人工湿地与微生物燃料电池耦合单元中的阴极层和阳极层之间设有基质填料层，所述基质填料层内设有粒径3-5mm的沸石或生物陶粒，基质填料层厚度为10-20cm；

23、所述人工湿地与微生物燃料电池耦合单元中的阴极层填料为黄铁矿与活性炭混合组成，阴极层厚度6-8cm，所述阴极层填料中的阴极为多层的铁丝网，相邻两侧铁丝网之间的间距为1～3cm；

24、所述人工湿地与微生物燃料电池耦合单元中的阳极层填料为废铁屑与活性炭混合组成，阳极层厚度6-8cm，所述阳极层填料中的阳极为多层的铁丝网，相邻两侧铁丝网之间的间距为1～3cm。

25、可选的，所述阴极层填料中黄铁矿与活性炭的体积比为0.5-1.5：0.5-1.5。

26、可选的，所述阳极层填料中废铁屑与活性炭的体积比为0.5-1.5：0.5-1.5。

27、可选的，所述第一种植层和第二种植层上种植浅根固碳植物；

28、所述浅根固碳植物为再力花、美人蕉等一种或多种。

29、一种微生物电化学土壤多介质污水净化方法，包括如下步骤：

30、将污水从第一种植层下部通入电流辅助多介质土壤层处理单元，污水依次流经土壤模块层、微电流辅助层，经过土壤模块层和微电流辅助层中的微生物的处理，再从电流辅助多介质土壤层处理单元底部进入人工湿地与微生物燃料电池耦合单元底部；

31、污水再依次经过阳极层、阴极层，经过阳极层、阴极层中的微生物的处理，再从第二种植层下方的出水口排出。

32、可选的，人工湿地与微生物燃料电池耦合单元中的阴极和阳极产生电能，输送到风光互补供能单元，风光互补供能单元向电流辅助多介质土壤层处理单元的微电流电极和曝气装置供电。

33、本发明技术方案，具有如下优点：

34、本发明的微生物电化学土壤多介质系统系统结构具有占地面积小、使用寿命长、成本较低、处理效果好等优点，系统充分利用微电流辅助多介质处理系统优势、人工湿地与微生物燃料电池耦合系统强化湿地净化功能，耦合系统可以加快污染物降解时所产生的电子速率，而形成的微电流可以增强微生物的生物活性，这使得耦合系统能够更加高效的去除污染物，同时辅助多介质土壤层系统进一步提高处理效能。

技术特征：

1.一种微生物电化学土壤多介质污水净化系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微生物电化学土壤多介质污水净化系统，其特征在于，所述微生物电化学土壤多介质污水净化系统还包括风光互补供能单元，所述人工湿地与微生物燃料电池耦合单元中的阴极和阳极与所述风光互补供能单元连接；风光互补供能单元向所述微电流电极和曝气装置供电。

3.根据权利要求1所述的微生物电化学土壤多介质污水净化系统，其特征在于，所述土壤模块为包含土壤、碳粉、铁粉、吸附材料的原料成型得到；所述吸附材料为木屑、pbs、稻壳中的至少一种；和/或

4.根据权利要求1所述的微生物电化学土壤多介质污水净化系统，其特征在于，所述之间设有布水系统，所述布水系统包括位于第一种植层和土壤模块层之间的布水集水层，布水集水层中设有布水管，布水管连接所述进水口。

5.根据权利要求1所述的微生物电化学土壤多介质污水净化系统，其特征在于，所述微电流辅助层中的土壤模块上的微电流电极包括设置在土壤模块外部的网兜状微电流阴极和设置在土壤模块内部的微电流阳极；

6.根据权利要求1所述的微生物电化学土壤多介质污水净化系统，其特征在于，所述电流辅助多介质土壤层处理单元和人工湿地与微生物燃料电池耦合单元底部均设有集水层；

7.根据权利要求1所述的微生物电化学土壤多介质污水净化系统，其特征在于，所述人工湿地与微生物燃料电池耦合单元中的阴极层和阳极层之间设有基质填料层，所述基质填料层内设有粒径3-5mm的沸石或生物陶粒，基质填料层厚度为10-20cm；

8.根据权利要求1所述的微生物电化学土壤多介质污水净化系统，其特征在于，所述第一种植层和第二种植层上种植浅根固碳植物；

9.一种微生物电化学土壤多介质污水净化方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的微生物电化学土壤多介质污水净化方法，其特征在于，人工湿地与微生物燃料电池耦合单元中的阴极和阳极产生电能，输送到风光互补供能单元，风光互补供能单元向电流辅助多介质土壤层处理单元的微电流电极和曝气装置供电。

技术总结
本发明公开了一种微生物电化学土壤多介质污水净化系统，包括：电流辅助多介质土壤层处理单元，所述电流辅助多介质土壤层处理单元上部设有第一种植层，第一种植层的下方设有土壤模块层，土壤模块层的下方设有微电流辅助层；所述土壤模块层和微电流辅助层中均交替的设置有土壤模块和通水模块；所述微电流辅助层中的土壤模块上设有微电流电极；所述土壤模块层和微电流辅助层之间设有曝气装置；人工湿地与微生物燃料电池耦合单元，所述人工湿地与微生物燃料电池耦合单元上部设有第二种植层，第二种植层下方设有阴极层，阴极层中设有阴极层填料，阴极层填料中设有阴极；所述阴极层下方设有阳极层，阳极层中设有阳极层填料，阳极层填料中设有阳极。

技术研发人员：郑如秉,刘行健,谭博文,邓永健,张琪,沈锦宇,张飞扬
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15