本发明利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的装置及方法。
背景技术：
铁碳微电解法是利用fe/c原电池反应原理对废水进行处理的良好工艺，又称内电解法、铁屑过滤法等。铁碳微电解法是电化学的氧化还原、电化学电对对絮体的电富集作用、以及电化学反应产物的凝聚、新生絮体的吸附和床层过滤等作用的综合效应，其中主要是氧化还原和电附集及凝聚作用。铁刨花浸没在含大量有机质的废水中时，形成无数个微小的原电池，可用于降解水体中的有机质。此法具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便等诸多优点，并使用废铁屑为原料，也不需消耗电力资源，具有“以废治废”的意义。目前铁碳微电解技术已经广泛应用于印染、农药/制药、重金属、石油化工及油分等废水以及垃圾渗滤液处理，取得了良好的效果。
河流、湖泊等自然水体中(包括沉积物)，大量堆积的有机物质在微生物的分解作用下，大量消耗氧气，进而出现厌氧分解，在还原的条件下快速地释放出大量致黑(或者其他颜色)致臭物质，进而影响水质和水生态系统结构和功能乃至引发环境或者生态灾难。而生成的致黑物质经证实为无定形颗粒态fes。因此，控制水体中铁、硫元素浓度水平和有机物含量是治理水体黑臭的关键。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种简单便捷的利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的装置。
为达到上述目的，本发明一种利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的处理装置，包括升流式反应器，所述升流式反应器包括右上至下一体设的漏斗状密封罩和柱状反应筒；
漏斗状密封罩的侧壁上设置有溢流口，所述漏斗状密封罩内设置有排气装置；
所述柱状反应筒内右下至上交替设置有微生物还原单元和铁碳电化学反应单元；所述柱状反应筒的底部设置有进水口，所述进水口通过进液管与水泵连通，所述柱状反应筒对应所述进水口设置有海绵铁消氧元件，所述柱状反应筒的侧壁上设置有出水口和取样口。
进一步地，还包括加热装置，所述加热装置包括设置在柱状反应筒外侧壁上的电加热丝，所述电加热丝与电源电连接。
进一步地，所述海绵铁消氧元件包括球状过滤网，所述球状过滤网内填充有海绵铁。
进一步地，所述铁碳电化学反应单元内填充有铁刨花颗粒，所述铁刨花颗粒的体积占柱状反应筒容积的60％-80％。
进一步地，对应反应筒底部的微生物铁还原单元内填充有好氧及颗粒污泥和厌氧颗粒污泥；对应反应筒中部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；对应反应筒上部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；其中，好氧和厌氧颗粒污泥的总体积占柱状反应筒容积20％-40％。
进一步地，还包括用于为水泵供电的太阳能发电装置，所述太阳能发电装置包括太阳能板和蓄电池，所述太阳能板和蓄电池所述太阳能板和蓄电池电连接；所述水泵与所述蓄电池电连接。
进一步地，所述排气装置包括设置在漏斗状密封罩内的倒锥形集气罩，所述倒锥形集气罩的顶部出气口通过输气管与密封罩外部连通。
进一步地，还包括温度检测装置，所述温度检测设置在柱状反应筒的侧壁上用于检测柱状反应筒的温度。
本发明的装置运行操作简单，安装简便，管理简单，且效果好，适用于天然、人工等地表水体的污染控制及水体改善，实用性强。同时本发明以太阳能作为动力来源，无需能耗，无污染，无运行成本，通用性好，且环境相容性好，不破坏河道、湖泊、池塘等水体的景观功能。同时，本发明以微生物铁还原的原理，实现地表水体中fe3+的去除，既能高效去除fe3+，还能利用水体中的有机质，从根本上控制了水体黑臭的发生，达到生物净化水质的作用；在净化水质的同时，从根本上控制和预防水体黑臭的发生，且具有省时、简单、效果好的优点。
为达到上述目的，本发明一种利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的方法，包括利用如上述任意一项利用铁碳內解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的装置对水体进行处理。
本发明是以微生物铁还原的技术方式，实现地表水体中fe3+的去除。此方法既能高效去除fe3+，还能利用水体中的有机质，从根本上控制了水体黑臭的发生，达到生物净化水质的作用；在净化水质的同时，从根本上控制和预防水体黑臭的发生，且具有省时、简单、效果好的优点。本发明结合了铁碳內解电化学法及微生物铁还原法，不仅去除水体中的铁元素浓度水平，削减水体中cod含量，同时为后续其他反应提供了fe2+，可生产fes等产品，提高了出水水质，且从根本上控制盒预防水体黑臭灾难的发生。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例1
本实施例中提供一种利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的装置，包括升流式反应器2，升流式反应器2的底部设置有底托11所述升流式反应器包括右上至下一体设的漏斗状密封罩10和柱状反应筒6；
漏斗状密封罩的侧壁上设置有溢流口101，所述漏斗状密封罩内设置有排气装置21；具体的，排气装置包括设置在漏斗状密封罩内的倒锥形集气罩，倒锥形集气罩的顶部出气口通过输气管7与密封罩外部连通，本实例中排气管上的排气口角度为145°-155°。
柱状反应筒6内右下至上交替设置有微生物还原单元5和铁碳电化学反应单元4；所述柱状反应筒的底部设置有进水口14，所述进水口通过进液管与水泵连通，所述柱状反应筒对应所述进水口设置有海绵铁消氧元件3，海绵铁消氧元件3包括球状过滤网，所述球状过滤网内填充有海绵铁；所述柱状反应筒的侧壁上设置有出水口8和取样口9。
本实施例中通过设置排气装置能有效排除所述反应装置中微生物代谢产生的气体，避免装置中活性污泥的过度膨胀；通过设置多个取样口，可监测不同反应段的铁还原反应效率、有机质降解效率及微生物活性。
实施例2
作为实施例1的进一步改进，本实施例中还包括加热装置，所述加热装置包括设置在柱状反应筒外侧壁上的电加热丝，所述电加热丝与电源电连接；
具体的本实施例中还包括温度检测装置，所述温度检测设置在柱状反应筒的侧壁上用于检测柱状反应筒的温度。具体的温度检测装为红外线测温仪。
实施例3
作为实施例1的具体方案，本实施例中铁碳电化学反应单元内填充有铁刨花颗粒，所述铁刨花颗粒的体积占柱状反应筒容积的60％-80％。本实施例中，铁刨花颗粒比表面积大，既有利于铁碳內解反应的发生，同时有利于铁还原功能微生物以铁刨花颗粒为基质定向增殖，其中发生铁碳电化学反应为：
阳极：
fe(s)→fe2+(aq)+2e-
阴极：
2h2o(l)+2e-→h2(g)+2oh-(aq)
大分子有机物+ne-→小分子有机物
小分子有机物+ne-→co2+h2o
本实施例中，对应反应筒底部的微生物铁还原单元内填充有好氧及颗粒污泥和厌氧颗粒污泥；对应反应筒中部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；对应反应筒上部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；其中，好氧和厌氧颗粒污泥的总体积占柱状反应筒容积20％-40％。本实施例中由于铁刨花提供了铁源，定向驯化颗粒污泥中的微生物群落，使其变为能够高效还原并生成fe2+的功能菌群。
实施例4
作为实施例1的进一步改进，本实施例在实施例1的基础上还包括用于为水泵供电的太阳能发电装置1，所述太阳能发电装置包括太阳能板和蓄电池，所述太阳能板和蓄电池所述太阳能板12和蓄电池13电连接；所述水泵与所述蓄电池电连接。
实施例5
本实施例中提供一种利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的方法，具体对南京市玄武区某景观水体进行处理，将其通入上述的利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的装置，反应温度范围为20-35℃。
本实施例中太阳能板12选择一个12v100w的单晶太阳能板，蓄电池10选用1个12v60ah的铅酸电池13，水泵选用12v60w；
柱状反应筒为直径11cm，高度120cm的有机玻璃反应器，有效容积为3l，内部所述铁碳电化学反应单元4为反应筒中填充60％-80％容积的铁刨花颗粒；微生物铁还原单元5所述铁刨花颗粒的体积占柱状反应筒容积的60％-80％。本实施例中，对应反应筒底部的微生物铁还原单元内填充有好氧及颗粒污泥和厌氧颗粒污泥；对应反应筒中部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；对应反应筒上部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；其中，好氧和厌氧颗粒污泥的总体积占柱状反应筒容积20％-40％。由于铁刨花提供了铁源，直接定向驯化颗粒污泥中的微生物群落，使其变为能够高效还原并生成fe2+的功能菌群其中兼性厌氧；当环境温度为20℃时，水体以67.2l/天通过所述反应装置时，进水cod为150mg/l，出水cod为13.3mg/l，出水fe2+浓度为145.9mg/l。
实施例6
本实施例中提供一种利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的方法，具体对南京市玄武区某景观水体进行处理，将其通入上述的利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的装置，本实施例中太阳能板12选择一个12v100w的单晶太阳能板，蓄电池10选用1个12v60ah的铅酸电池13，水泵选用12v60w；
柱状反应筒为直径11cm，高度120cm的有机玻璃反应器，有效容积为3l，内部所述铁碳电化学反应单元4为反应筒内中填充60％-80％容积的铁刨花颗粒；本实施例中，对应反应筒底部的微生物铁还原单元内填充有好氧及颗粒污泥和厌氧颗粒污泥；对应反应筒中部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；对应反应筒上部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；其中，好氧和厌氧颗粒污泥的总体积占柱状反应筒容20％-40％。由于铁刨花提供了铁源，直接定向驯化颗粒污泥中的微生物群落，使其变为能够高效还原并生成fe2+的功能菌群其中兼性厌氧；当环境温度为25℃时，水体以67.2l/天通过所述反应装置时，进水cod为150mg/l，出水cod为9.4mg/l，出水fe2+浓度为154.7mg/l。
实施例7
本实施例中提供一种利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的方法，具体对南京市玄武区某景观水体进行处理，将其通入上述的利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的装置，本实施例中太阳能板12选择一个12v100w的单晶太阳能板，蓄电池10选用1个12v60ah的铅酸电池13，水泵选用12v60w；
所述柱状反应筒2为直径11cm，高度120cm的有机玻璃反应器，有效容积为3l，内部所述铁碳电化学反应单元4为柱状反应筒内填充60％-80％容积的铁刨花颗粒；本实施例中，对应反应筒底部的微生物铁还原单元内填充有好氧及颗粒污泥和厌氧颗粒污泥；对应反应筒中部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；对应反应筒上部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；其中，好氧和厌氧颗粒污泥的总体积占柱状反应筒容20％-40％，由于铁刨花提供了铁源，直接定向驯化颗粒污泥中的微生物群落，使其变为能够高效还原并生成fe2+的功能菌群其中兼性厌氧；当环境温度为30℃时，水体以67.2l/天通过所述反应装置时，进水cod为250mg/l，出水cod为17.7mg/l，出水fe2+浓度为176.3mg/l。
实施例8
本实施例中提供一种利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的方法，具体对南京市玄武区某景观水体进行处理，将其通入上述的利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的装置，本实施例中太阳能板12选择一个12v100w的单晶太阳能板，蓄电池10选用1个12v60ah的铅酸电池13，水泵选用12v60w；
所述反应装置2为直径11cm，高度120cm的有机玻璃反应器，有效容积为3l，内部所述铁碳电化学反应单元4为反应筒内填充60％-80％容积的铁刨花颗粒；本实施例中，对应反应筒底部的微生物铁还原单元内填充有好氧及颗粒污泥和厌氧颗粒污泥；对应反应筒中部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；对应反应筒上部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；其中，好氧和厌氧颗粒污泥的总体积占柱状反应筒20％-40％，由于铁刨花提供了铁源，直接定向驯化颗粒污泥中的微生物群落，使其变为能够高效还原并生成fe2+的功能菌群其中兼性厌氧；当环境温度为35℃时，水体以67.2l/天通过所述反应装置时，进水cod为150mg/l，出水cod为14.2mg/l，出水fe2+浓度为135.5mg/l。
实施例9
本实施例中提供一种利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的方法，具体对南京市玄武区某景观水体进行处理，将其通入上述的利用铁碳内解与微生物混合还原水体中fe3+同步净化污水的装置，本实施例中太阳能板12选择一个12v100w的单晶太阳能板，蓄电池10选用1个12v60ah的铅酸电池13，水泵选用12v60w；
所述柱状反应筒2为直径11cm，高度120cm的有机玻璃反应器，有效容积为3l，内部所述铁碳电化学反应单元4为柱状反应筒内填充60％-80％容积的铁刨花颗粒；对应反应筒底部的微生物铁还原单元内填充有好氧及颗粒污泥和厌氧颗粒污泥；对应反应筒中部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；对应反应筒上部的微生物还原单元内填充有厌氧颗粒污泥；其中，好氧和厌氧颗粒污泥的总体积占柱状反应筒容20％-40％，由于铁刨花提供了铁源，直接定向驯化颗粒污泥中的微生物群落，使其变为能够高效还原并生成fe2+的功能菌群其中兼性厌氧；当环境温度为25℃时，水体以36.6l/天通过所述反应装置时，进水cod为150mg/l，出水cod为5.2mg/l，出水fe2+浓度为213.7mg/l。
本发明结合了铁碳內解电化学法及微生物铁还原法，不仅去除水体中的铁元素浓度水平，削减水体中cod含量，同时为后续其他反应提供了fe2+，可生产fes等产品，提高了出水水质，且从根本上控制盒预防水体黑臭灾难的发生。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。