一種生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)，包括生態(tài)浮島、微生物燃料電池、傳感器組、加藥裝置和若干塊太陽(yáng)能板，微生物燃料電池設(shè)置于生態(tài)浮島周圍；傳感器組設(shè)置于生態(tài)浮島的下表面，太陽(yáng)能板和加藥裝置均設(shè)置于生態(tài)浮島上表面；微生物燃料電池和太陽(yáng)能板均通過電能采集板與蓄電池相連；傳感器組和加藥裝置均與蓄電池相連；加藥裝置通過投藥管與微生物燃料電池相連。本發(fā)明專利技術(shù)提供的水體修復(fù)系統(tǒng)，通過微生物燃料電池與生態(tài)浮島相耦合，并且輔助采用高效復(fù)合表面活性劑，可以有效治理景觀水污染問題。經(jīng)三個(gè)月處理后，氨氮去除率約為14％～25％，COD去除率約為14％～32％。本發(fā)明專利技術(shù)水體修復(fù)系統(tǒng)成本低，操作簡(jiǎn)單。

A coupling of ecological floating bed sediment microbial fuel cell water restoration system

The invention discloses a coupling of ecological floating bed sediment microbial fuel cell water restoration system, including ecological floating island, microbial fuel cell, sensor group, dosing device and a plurality of solar panels, microbial fuel cell is arranged on the lower surface of the surrounding ecological floating island; sensor group arranged on the ecological floating island, solar panels and dosing device are arranged in the the ecological floating island surface; microbial fuel cells and solar panels through the electric energy acquisition board is connected with the storage battery; the sensor group and the dosing device are connected with the storage battery; feeding device for dosing tube is connected with the microbial fuel cell. Water restoration system provided by the invention, by coupling the microbial fuel cell and ecological floating island, and assisted by high performance composite surfactant, can effective treatment of landscape water pollution problems. After three months treatment, the removal rate of ammonia nitrogen was about 14% ~ 25%, and the removal rate of COD was about 14% ~ 32%. The water restoration system of the invention has low cost and simple operation.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及一種生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)，具體屬于水體修復(fù)

技術(shù)介紹
隨著人口增長(zhǎng)、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的迅速推進(jìn)，人類的生活和生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生了大量的污染物質(zhì)。這些污染物質(zhì)或者未經(jīng)任何處理，或者處理程度不夠，或者排放總量太高，排放到河流、湖泊等天然水體中。由于污染負(fù)荷超過了水體的自凈能力，造成水質(zhì)變差和惡化，水體發(fā)黑發(fā)臭，大量生活污水或含氮、磷工業(yè)廢水排入水體，使水中有機(jī)氮和各種無(wú)機(jī)氮化物、磷酸鹽含量增加，多類持久性有機(jī)污染物(POPs)在水體底泥中富集，難于自然降解，使水體惡化。景觀水體污染主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面，一是景觀水的污染，二是景觀水底泥的污染，兩者污染情況都不容小覷。目前景觀水體處理技術(shù)主要有外源性污染物質(zhì)的控制技術(shù)，包括水體周邊廢水的集中處理、恢復(fù)和重建濱岸帶生態(tài)系統(tǒng)；內(nèi)源性污染物質(zhì)的控制技術(shù)，包括采用工程性措施(稀釋和沖刷、底泥疏浚、底泥覆蓋、氣體抽提技術(shù)、空氣吹脫技術(shù))、化學(xué)方法(投加石灰法、原位化學(xué)反應(yīng)技術(shù))、生物－生態(tài)強(qiáng)化法(水生植物修復(fù)技術(shù)、生物調(diào)控、仿生植物凈化技術(shù)、土地處理技術(shù)、深水曝氣技術(shù))等。但工程量大，成本高，易造成二次污染，操作復(fù)雜，不易管理。為了解決上述問題，研究一種水體修復(fù)系統(tǒng)，利用生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池從而有效凈化水體，顯得尤為必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)，能夠有效去除水體中的污染物，成本低，易于控制管理。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本專利技術(shù)采用如下的技術(shù)方案：一種生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)，包括生態(tài)浮島、微生物燃料電池、傳感器組、加藥裝置和若干塊太陽(yáng)能板，所述微生物燃料電池設(shè)置于生態(tài)浮島周圍；所述傳感器組設(shè)置于生態(tài)浮島的下表面，所述太陽(yáng)能板和加藥裝置均設(shè)置于生態(tài)浮島上表面；微生物燃料電池和太陽(yáng)能板均通過電能采集板與蓄電池相連；傳感器組和加藥裝置均與蓄電池相連；所述加藥裝置通過投藥管與微生物燃料電池相連。前述生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)中，生態(tài)浮島的骨架采用不銹鋼、纖維強(qiáng)化塑料、不銹鋼加發(fā)泡聚苯乙烯、鹽化乙烯合成樹脂或混凝土制成，生態(tài)浮島內(nèi)部填充海綿或泡沫，還設(shè)有供植物生長(zhǎng)的圓形孔、三角形孔或方形孔。前述生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)中，生態(tài)浮島中種植的植物為燈芯草、梭魚草、細(xì)葉莎草、花葉蘆竹、美人蕉、黃菖蒲、水禾、聚草、旱傘草、千屈菜、香菇草、紅蓮子草、大花皇冠、小香蒲或水葫蘆。前述生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)中，傳感器組為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水體溫度、流速、pH、溶解氧和濁度以及微生物燃料電池的電壓和電流的傳感器，并將數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)卡中，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。優(yōu)選地傳感器組采用單片機(jī)、PLC、ARM或DSP。前述生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)中，加藥裝置包括依次連接的藥劑箱、加藥泵、軟管和投藥管，所述藥劑箱和加藥泵設(shè)置在生態(tài)浮島上，所述投藥管設(shè)置于底泥中。前述生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)中，投藥管為螺旋形有機(jī)玻璃投藥管，管表面間隔5～10cm設(shè)置一圓形小孔；每隔1～5天，加藥泵將藥劑箱中表面活性劑通過軟管和投藥管加入底泥中。前述生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)中，表面活性劑為吐溫系列表面活性劑、Span系列表面活性劑、脂肪醇聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚氧乙烯醚、蓖麻油聚氧乙烯醚、聚乙二醇、二芐基聯(lián)苯基聚氧乙烯醚、烷基二苯醚二磺酸鈉、特辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸鹽或蓖麻油聚氧乙烯醚。前述生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)中，投藥管的下面設(shè)有鐵錐。前述生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)中，微生物燃料電池包括陰極、陽(yáng)極和導(dǎo)線，所述陰極纏繞在生態(tài)浮島周圍，通過導(dǎo)線與電能采集板相連；所述陽(yáng)極設(shè)置于底泥中，通過導(dǎo)線與陰極相連；所述陽(yáng)極纏繞在投藥管上。前述生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)中，陰極和陽(yáng)極均由碳刷構(gòu)成。圖1是本專利技術(shù)生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)的示意圖。由圖可知，本專利技術(shù)的水體修復(fù)系統(tǒng)包括生態(tài)浮島、微生物燃料電池、傳感器組、若干塊太陽(yáng)能板和加藥裝置。選用纖維強(qiáng)化塑料、不銹鋼加發(fā)泡聚苯乙烯、特殊發(fā)泡聚苯乙烯加特殊合成樹脂、鹽化乙烯合成樹脂、混凝土等材料制作生態(tài)浮島的骨架，在生態(tài)浮島內(nèi)部填充海綿或泡沫，并設(shè)置供植物生長(zhǎng)的圓形、三角形或方形孔。在孔中種植燈芯草、梭魚草、細(xì)葉莎草、花葉蘆竹、美人蕉、黃菖蒲、水禾、聚草、旱傘草、千屈菜、香菇草、紅蓮子草、大花皇冠、小香蒲或水葫蘆等易生長(zhǎng)的水生植物。本專利技術(shù)的生態(tài)浮島設(shè)置成本和運(yùn)行成本較低，植物根系吸收并降解有機(jī)物，同時(shí)增加水體表面含氧量；光合作用產(chǎn)生的O2還可促進(jìn)電池陰極的反應(yīng)。本專利技術(shù)的水體修復(fù)系統(tǒng)中設(shè)置有微生物燃料電池(SMFC)，包括陰極、陽(yáng)極和導(dǎo)線，陰極和陽(yáng)極均由碳刷構(gòu)成。陰極纏繞在生態(tài)浮島周圍，通過導(dǎo)線與電能采集板(圖中未示出)相連；陽(yáng)極設(shè)置于底泥中，并且纏繞在投藥管上，通過導(dǎo)線與陰極相連。纏繞的碳刷具有表面積大，造價(jià)低，原料易得，處理效果好等特點(diǎn)，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能夠長(zhǎng)期重復(fù)使用。將生態(tài)浮島串聯(lián)在微生物燃料電池的陰陽(yáng)兩極之間，作為一個(gè)外接電阻，有效提高微生物燃料電池的功率密度并降低其內(nèi)阻。將陰極碳刷纏繞在生態(tài)浮島周圍，利用浮島的浮力使陰極碳刷漂浮在水面上，并且能使微生物燃料電池所產(chǎn)生的電能通過電能采集板將電能存儲(chǔ)在蓄電池中，作為裝置的輔助電源。本專利技術(shù)的水體修復(fù)系統(tǒng)中，在生態(tài)浮島上附加數(shù)塊太陽(yáng)能板，通過電能采集板將電能存儲(chǔ)在蓄電池中，作為傳感器組和加藥裝置的主要電源。本專利技術(shù)的傳感器組，實(shí)時(shí)測(cè)定水體的溫度、流速、pH、溶解氧(DO)、濁度及SMFC的電壓、電流的傳感器組，優(yōu)選采用單片機(jī)。將數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)卡中，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，可定時(shí)向外發(fā)送數(shù)據(jù)，以供人監(jiān)控SMFC的運(yùn)行狀態(tài)以及河流的水質(zhì)變化。通過電壓、電流的變化趨勢(shì)判斷SMFC運(yùn)行是否已經(jīng)完成，當(dāng)電壓、電流呈下降趨勢(shì)時(shí)，將陽(yáng)極從底泥中起出，并運(yùn)行到下一地點(diǎn)將陽(yáng)極沉入底泥中再次進(jìn)行污染物去除，解決SMFC作用范圍小等問題。本專利技術(shù)的加藥裝置包括藥劑箱和加藥泵，在SMFC陽(yáng)極裝置進(jìn)入目標(biāo)底泥后，每隔1～5d通過加藥泵從軟管中向投藥管中加入表面活性劑。投藥管為螺旋形有機(jī)玻璃投藥管，管表面間隔5～10cm設(shè)置一圓形小孔，藥劑經(jīng)小孔流入陽(yáng)極附近底泥中。從而促進(jìn)SMFC的處理效果，促進(jìn)產(chǎn)電性能并且延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，持續(xù)高效地處理底泥中的持久性有機(jī)污染物(POPs)。在有機(jī)玻璃管之下附加鐵錐使陽(yáng)極更容易插入泥中，使裝置更加簡(jiǎn)單易用。本專利技術(shù)的水體修復(fù)系統(tǒng)，由微生物燃料電池(SMFC)與生態(tài)浮島相耦合，高效復(fù)合表面活性劑輔之，可有效解決現(xiàn)有的景觀水治理技術(shù)中存在的問題。本專利技術(shù)中SMFC的電極碳刷是將碳纖維或者碳布纏繞在鈦絲上得到的；浮島由塑料泡沫和植物構(gòu)成，設(shè)置成本和運(yùn)行成本均較低。生態(tài)浮島在一定程度上能促進(jìn)微生物燃料電池的處理效果：植物根系及微生物群落吸收并降解有機(jī)物，同時(shí)增加水體表面含氧量；光合作用產(chǎn)生的O2還可促進(jìn)電池陰極的反應(yīng)，兩者結(jié)合可謂是相得益彰，投加高效復(fù)合表本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：包括生態(tài)浮島(1)、微生物燃料電池(2)、傳感器組(3)、加藥裝置(5)和若干塊太陽(yáng)能板(4)，所述微生物燃料電池(2)設(shè)置于生態(tài)浮島(1)周圍，所述傳感器組(3)設(shè)置于生態(tài)浮島(1)的下表面，所述太陽(yáng)能板(4)和加藥裝置(5)均設(shè)置于生態(tài)浮島(1)上表面；微生物燃料電池(2)和太陽(yáng)能板(4)均通過電能采集板與蓄電池相連；傳感器組(3)和加藥裝置(5)均與蓄電池相連；所述加藥裝置(5)通過投藥管(9)與微生物燃料電池(2)相連。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：包括生態(tài)浮島(1)、微生物燃料電池(2)、傳感器組(3)、加藥裝置(5)和若干塊太陽(yáng)能板(4)，所述微生物燃料電池(2)設(shè)置于生態(tài)浮島(1)周圍，所述傳感器組(3)設(shè)置于生態(tài)浮島(1)的下表面，所述太陽(yáng)能板(4)和加藥裝置(5)均設(shè)置于生態(tài)浮島(1)上表面；微生物燃料電池(2)和太陽(yáng)能板(4)均通過電能采集板與蓄電池相連；傳感器組(3)和加藥裝置(5)均與蓄電池相連；所述加藥裝置(5)通過投藥管(9)與微生物燃料電池(2)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述生態(tài)浮島(1)的骨架采用不銹鋼、纖維強(qiáng)化塑料、不銹鋼加發(fā)泡聚苯乙烯、鹽化乙烯合成樹脂或混凝土制成，生態(tài)浮島(1)內(nèi)部填充海綿或泡沫，還設(shè)有供植物生長(zhǎng)的圓形孔、三角形孔或方形孔。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述生態(tài)浮島(1)中種植的植物為燈芯草、梭魚草、細(xì)葉莎草、花葉蘆竹、美人蕉、黃菖蒲、水禾、聚草、旱傘草、千屈菜、香菇草、紅蓮子草、大花皇冠、小香蒲或水葫蘆。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：所述傳感器組(3)為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水體溫度、流速、pH、溶解氧和濁度以及微生物燃料電池(2)的電壓和電流的傳感器，并將數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)卡中，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)；優(yōu)選地傳感器組(3)采用單片機(jī)、PLC、ARM或DSP。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)浮島耦合沉積型微生物燃料電池水體...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：仝心怡，吳明松，趙晴，王子祎，馮振萍，馬仕慈，張騏棟，李雪琪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北大學(xué)秦皇島分校，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：河北,13