一種電解聯合生物質炭浮床及其應用
【專利摘要】本發明公開了一種電解聯合生物質炭浮床，它包括至少兩個浮床單元，浮床單元包括浮橋框體，浮橋框體內為種植槽，種植槽下方設有浮橋腔體；種植槽內種植有浮床植物，浮床腔體內填充有生物質炭，生物質炭內垂直設置有電極板。本發明還公開了該電解聯合生物質炭浮床在水體凈化領域的應用。與現有技術相比，本發明將生物質炭表面微生物與水生植物根系的雙重生物凈化方式相結合，對水體中的營養鹽有較好的去除效果。本發明還將吸附填料和電解作用的雙重理化凈化方式結合，強化了水體中的污染物去除。此外，本發明可四季運行穩定，高效快速，占地面積較傳統浮床少，實現了水體污染物去除與資源化利用雙重目標。
【專利說明】
一種電解聯合生物質炭浮床及其應用
技術領域
[0001]本發明屬于水體原位修復技術領域，具體涉及一種電解聯合生物質炭浮床及其應用。
【背景技術】
[0002]人工浮床技術利用自身的浮力承托水生植物，讓水生植物在一個固定的區域內生長，水生植物通過根系吸收水體中的污染物質使水體得以凈化。利用水生植物修復技術具有經濟性好、能源消耗少、管理費用低、可持續發揮治污作用等優勢，在眾多受污河道整治中已有較多的應用，并成為治理富營養化水體的主要技術措施之一。
[0003]但是由于其水體凈化方式單一，且植物根系以及根區效應對水體中的污染物的吸收和凈化能力有限，且該技術的處理效果受氣溫影響較大，當植物在低溫秋冬季節，隨著生命力的減弱，其水體凈化能力也會減弱；同時，在部分地區不恰當地種植某些入侵種的水生植物還會導致植物的過度繁殖而覆蓋水面，不僅阻礙河道行洪以及航運安全，而且引發新的生態災害。因此，人工浮床往往只能作為水體生態修復的輔助手段，針對現有人工浮床在水體凈化的不足之處，研究開發了一種水體凈化能力強，且能夠四季穩定運行的電解聯合生物質炭浮床技術。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種電解聯合生物質炭浮床，以解決現有技術存在的效果不佳的問題。
[0005]本發明還要解決的技術問題是提供上述電解聯合生物質炭浮床的應用。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下:
[0007]—種電解聯合生物質炭浮床，它包括至少兩個浮床單元，浮床單元包括浮床腔體和位于浮床腔體上的種植槽，種植槽內種植有浮床植物，浮床腔體內填充有生物質炭，生物質炭內垂直設置有電極板。
[0008]其特征在于，浮床腔體位于水面下方，種植槽位于水面上方。
[0009]其中，所述的浮床腔體為聚酰胺網袋，目數為60?100目，袋口固定于種植槽底部。
[0010]其中，所述的浮床植物為圓幣草、水花生、水竹或西伯利亞鳶尾，優選圓幣草;種植密度為48?80株/m2。
[0011]其中，所述的生物質炭為竹炭、花生殼炭或水稻炭，粒徑為I?3_。
[0012]其中，相鄰的兩個浮床單元內分別設置陽極電極板和陰極電極板，兩電極板之間互相平行，通過導線與直流穩壓電源相連;其中，陽極電極板為鎂鋁合金板，陰極電極板為石墨板或是石墨纖維氈。
[0013]其中，電極板的有效體積和生物質炭的有效體積的比為0.0005?0.004:1;其中，電極板的有效體積為分布在生物質炭基質內的體積，生物質炭的有效體積為聚酰胺網袋中位于待處理水體水平面以下的生物質炭的體積。
[0014]上述電解聯合生物質炭浮床在水體凈化領域的應用也在本發明的保護范圍之內。
[0015]其中，生物質炭的有效體積與待凈化水體的體積比為I: 10?50。
[0016]其中，所述的水體凈化是指除去水體中的氮和磷。
[0017]在運行時，將供電系統打開產生直流電，陽極在電解的過程中產生微量的鎂離子，用于和水體中的磷酸鹽產生沉淀反應，同時鎂離子與銨根離子和磷酸鹽離子生成鳥糞石，同時鋁離子與磷酸鹽生成沉淀。鎂離子被生物質炭吸附后可以起到改性生物質炭的作用，有利于生物質炭吸附硝酸鹽和磷酸鹽的能力；同時，陰極在電解的過程中產生微量的氫氣，可以供生物質炭表面的微生物作為自養反硝化微生物的能源。水體中的污染物被種植槽中的生物質炭吸附，電解反應和植物根系吸收去除，從而達到水質凈化的作用。浮床主體采用高密度聚乙烯材質，內部中空，其提供的浮力足以保證整個浮床體系浮于水面;種植槽位于浮床主體結構上，采用60目的聚酰胺材料，其內部填充生物質炭，生物質炭上種有水生植物圓幣草，植物根系生長于生物質炭中，上部的莖節延伸于浮床表面，種植密度為48?80株/m2 ；種植槽中的生物質炭為粒徑I?3mm的竹炭，厚度為20?30cm ；單個浮床通過連接扣連接，相對應的兩個浮床的種植槽的中心分別垂直布置陽極和陰極，陰極和陽極通過防水銅線與電源連接。
[0018]有益效果:與現有技術相比，本發明具有如下優勢:
[0019]1、生物質炭表面微生物與水生植物根系的雙重生物凈化方式，對水體中的營養鹽有較好的去除效果。
[0020]2、吸附填料和電解作用的雙重理化凈化方式，強化了水體中的污染物去除。
[0021]3、四季運行穩定、高效快速、占地面積較傳統浮床少、且實現了水體污染物去除與資源化利用雙重目標。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明的結構示意圖；
[0023]其中，1-1為浮床框體，1-2為種植槽，1-3為浮床腔體，1-4為浮床植物，2-1為直流穩壓電源，2-2為導線，2-3為陽極電極板，2-4為陰極電極板；
[0024]圖2為電解生物質炭浮TP變化圖；
[0025]圖3為電解生物質炭浮P043—-P變化圖；
[0026]圖4為電解生物質炭浮TN變化圖；
[0027]圖5為電解生物質炭浮NH3-N變化圖。
【具體實施方式】
[0028]根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用于說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。
[0029]實施例1
[0030]如圖1所示的電解聯合生物質炭浮床，它包括兩個浮床單元，浮床單元之間通過連接扣連接起來。
[0031]每個浮床單元均包括一個浮床框體1-1，材料為高密度聚乙烯材質，尺寸規格為長X寬X厚= 250mmX250mmX55mm，其提供的浮力足以保證整個電解生物質炭浮床浮于水面。
[0032]浮床框體1-1中間為種植槽1-2，種植槽1-2的橫截面為原型，直徑為I OOmm。種植槽1-2的下方設有浮橋腔體1-3，即60目的圓柱形聚酰胺網袋，直徑為120cm。聚酰胺網袋的袋口固定于浮床框體1-1上種植槽1-2的周圍，使其可以完全兜住種植槽1-2。從種植槽1-2上向浮橋腔體1-3內填充粒徑為I?3mm的竹炭，直至竹炭高度低于種植槽1-2槽口 I?2cm。同時，在種植槽內的竹炭上種植圓幣草，種植密度為48株/m2。
[0033]向兩個浮橋單元的種植槽1-2內分別垂直插入陰極電極板2-4和陽極電極板2-3，兩電極板之間互相平行，且通過導線2-2與直流穩壓電源2-1相連。其中，電解過程中使用的電壓在15V，其中，陰極電極板2-4為石墨板，厚度為2mm，長25cm,寬lcm，位于生物質炭基質內的有效高度為23cm;陽極電極板2-3為鎂招合金板，厚度為3mm，長25cm,寬lcm，位于生物質炭基質內的有效尚度為23cm ο
[0034]實施例2
[0035]將實施例1中的電解聯合生物質炭浮床布置于水深0.4m，面積0.053m2的人工配置的模擬污水中，污染物主要以低濃度的氮磷為主，其P043—-P的濃度為3mg/L，以磷酸二氫鉀配置，NH3-N的濃度為7mg/L，以氯化銨配置。設置污水對照組、污水加生物質炭浮床組、污水加電解生物質炭組為處理組。其中，污水加電解生物質炭組所用浮床為實施例1中的電解聯合生物質炭浮床，電解過程中使用的電壓為15V，電解時間為9h/d。污水加生物質炭浮床組所用浮床同實施例1，所不同的是，浮床內不設置任何電極板、導線和電源。兩浮床中生物質炭的有效體積與待處理污水的體積比均為I: 10。
[0036]在本實施例中，水體的理化指標采用YSI6600測定，氨氮的濃度測定使用納氏試劑光度法(GB7479 — 87)測定;硝態氮采用紫外分光光度法中的標準測定;總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GBl 1894 — 89);正磷酸鹽采用鉬銻抗分光光度法(GBl 1893 —89);亞硝態氮采用N-(l-萘基)乙二胺光度法(GB7493 — 87);參見《水和廢水監測分析方法(第四版)》中的標準。各樣品在經過標準程序處理后用紫外分光光度法(VI800，SHIMADZU)分析測定。連續處理15天后相比較對照組電解生物質炭浮床組的水質明顯改善，圖2、圖3、圖4、圖5分別為采用本實施運行的水質監測結;其中，CKl為污水對照組，CK2為污水加生物質炭浮床組，TI為污水加電解生物質浮床炭組。
【主權項】
1.一種電解聯合生物質炭浮床，它包括至少兩個浮床單元，其特征在于，浮床單元包括浮橋框體(1-1)，浮橋框體(1-1)內為種植槽(1-2)，種植槽(1-2)下方設有浮橋腔體(1-3);種植槽(1-2)內種植有浮床植物(1-4)，浮床腔體(1-1)內填充有生物質炭(1-3)，生物質炭(1-3)內垂直設置有電極板。2.根據權利要求1所述的電解聯合生物質炭浮床，其特征在于，浮床腔體(1-1)位于水面下方，種植槽(1-2)位于水面上方。3.根據權利要求1所述的電解聯合生物質炭浮床，其特征在于，所述的浮床腔體(1-1)為聚酰胺網袋，目數為60?100目，袋口固定于種植槽底部。4.根據權利要求1所述的電解聯合生物質炭浮床，其特征在于，所述的浮床植物(1-4)為圓幣草、水花生、水竹或西伯利亞鸞尾，種植密度為48?80株/m2。5.根據權利要求1所述的電解聯合生物質炭浮床，其特征在于，所述的生物質炭的粒徑為I?3mm。6.根據權利要求1所述的電解聯合生物質炭浮床，其特征在于，相鄰的兩個浮床單元內分別設置陽極電極板(2-3)和陰極電極板(2-4)，兩電極板之間互相平行，通過導線(2-2)與直流穩壓電源(2-1)相連;其中，陽極電極板(2-3)為鎂鋁合金板，陰極電極板(2-4)為石墨板或是石墨纖維氈。7.根據權利要求1所述的電解聯合生物質炭浮床，其特征在于，電極板的有效體積與生物質炭的有效體積的比為0.0005?0.004:1。8.權利要求1所述的電解聯合生物質炭浮床在水體凈化領域的應用。9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，生物質炭的有效體積與待凈化水體的體積比為1:10?50。10.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，所述的水體凈化是指除去水體中的氮和磷。
【文檔編號】C02F9/14GK105923932SQ201610550837
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月13日
【發明人】楊柳燕, 高燕, 張文, 張瑄文, 張燕
【申請人】南京大學