基于人工湿地耦合微生物燃料电池的公路径流处理系统的制作方法

本实用新型属于径流处理技术领域，具体涉及一种基于人工湿地耦合微生物燃料电池的公路径流处理系统。

背景技术：

近年来，高速公路作为国家发展战略中重点建设的基础设施得到了飞速的发展，而公路地表径流的污染防治问题也随之产生。公路地表径流的水环境污染包括了客货运输间的抛洒物、汽车尾气中的微粒、汽车的燃油滴漏及轮胎与路面的磨损物等。当道路距离水源保护地、生活饮水水源及水产养殖水体较近时，由雨水形成的路面径流则会导致周边水体的二次污染。由于地表径流污染负荷高且难于控制，应防止路面污水直接排水其他水体。我国对路面径流污染的研究起步较晚，治理实践更是少之又少，多数公路只是被建议采用好氧塘进行沉淀和净化，而并未实践，只有部分公路采用沉淀池等简易处理，可见我国对采用生态与微生物结合的方法处理路面径流几乎未展开研究，也未付诸实践。

由于路面径流的污染特性，主要需要处理的污染物是SS和石油类等一些有机物，研究认为路面雨水中BOD5：CODcr约在1：10～1:6之间且内有对生物有抑制作用的毒性物质，使得检测出的BOD5较低，路面径流雨水中实际含有可被生物降解的有机物数量占CODcr的50％，所以采用传统的微生物处理法效果不理想。

目前使用较多的是生物氧化塘法，其原理是使污水在塘内经过较长时间的停留和储存，通过微生物的代谢活动和分解作用，对污水中的有机污染物进行生物降解，该种方法针对路面径流处理仅仅采用这种微生物处理是不合适的，首先微生物降解的处理效果有局限，针对路面径流有部分物质难以被微生物利用，其次氧化塘维护管理较复杂，需要及时投放药剂并对出水回流量、浓度进行检测，除此之外氧化塘对周边环境影响较大，容易滋生蚊蝇。

人工湿地系统难应对流量很大和水质很差的极端情况，而路面径流进水的化学性质和水文特性又会根据降雨时间有较大变化，人工湿地中水生植物的基本生长条件往往难以保证，污水处理的效率与效果也会因上述等原因而不稳定，其次，人工湿地的占地面积较大，容易影响公路的正常使用，维护时安全性也较差，由于上述原因，仅仅采用人工湿地系统处理路面径流污水也是不妥的。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种基于人工湿地耦合微生物燃料电池的公路径流处理系统，用于解决现有技术存在的维护管理复杂、占地面积大、对周边环境影响较大以及处理效果不好的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于人工湿地耦合微生物燃料电池的公路径流处理系统，包括公路、设置在公路两侧的反应器以及与反应器连接的外接用电设备，公路自中轴线向两侧方向均沿倾斜向下的角度设置；反应器包括自公路中轴线向两侧方向依次设置的阴极区、基质填充区以及生物阳极区，外接用电设备的正极与生物阳极区电性连接，且其负极与阴极区电性连接。

进一步地，阴极区包括最低端远离公路侧设置的斜坡，斜坡的最高端的高度低于公路的高度，其顶端填充有阴极导电基质，且其底端与土壤连接，阴极导电基质的内部均匀设置有若干竖直且并联的阴极集流体，且其顶端设置有阴极植被层，阴极集流体的并联公共端与外接用电设备的负极电性连接，斜坡与土壤的接触部分设置有第一隔离层。

进一步地，基质填充区内部填充有矿物基质。

进一步地，生物阳极区和基质填充区与土壤和空气的接触部分均设置有第二隔离层，生物阳极区的内部填充有阳极导电基质，且其远离公路侧的底端设置有出口管，出口管的出水口与市政管网连接，阳极导电基质的内部均匀设置有微生物和若干竖直且并联的阳极集流体，阳极集流体的并联公共端与外接用电设备的正极电性连接，生物阳极区与空气接触的第二隔离层顶端设置有阳极植被层。

进一步地，出口管的入水口设置有过滤网。

进一步地，角度的范围为5°-10°。

进一步地，矿物基质的材料为石英砂、沸石或铁锰矿石。

进一步地，阴极导电基质的材料和阳极导电基质的材料均为活性炭；

阴极集流体的材料和阳极集流体的材料均为碳布、碳毡或碳棒。

进一步地，外接用电设备为路灯，路灯的正极与阳极集流体的并联公共端电性连接，且其负极与阴极集流体的并联公共端电性连接。

进一步地，反应器的宽度为10m，且其最低端的深度为1.5m；

阴极区的高度比公路最低端的高度低0.2m，斜坡的宽度为5m，其最低端为反应器的最低端，且其最高端的高度比公路最低端的高度低0.7m。

本方案的有益效果为：

(1)本方案利用生态方法，低能耗且产电、污水处理效率高且效果好的基于人工湿地耦合微生物燃料电池的公路径流处理系统，无需另设大面积污水处理池，可直接利用现有规定中高速公路与居民区间的30m必须空间，不仅高效利用土地，还可净化空气，增加绿地面积，对道路环境起美化作用；

(2)本方案利用微生物处理污水时的产电为道路照明提供能源，不仅可净化污水、减少汽车漏油及尾气对周边空气、水体、土壤及居民用水等生活条件的影响，还可收集电能并将其高效利用；

(3)本方案可及时排除路面径流，可抑制由雨水过多造成的交通堵塞情况；

(4)本方案中设置的植被层不仅可减少高速公路对周边居民的噪音影响，还可防止周边居民进入高速公路。

附图说明

图1为基于人工湿地耦合微生物燃料电池的公路径流处理系统结构示意图。

其中，1、公路；2、反应器；21、阴极区；211、阴极导电基质；212、阴极集流体；213、阴极植被层；214、第一隔离层；215、斜坡；22、基质填充区；23、生物阳极区；231、阳极导电基质；232、阳极集流体；233、阳极植被层；234、第二隔离层；3、外接用电设备；4、出口管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

如图1所示，一种基于人工湿地耦合微生物燃料电池的公路径流处理系统，包括公路1、设置在公路两侧的反应器2以及与反应器2连接的外接用电设备3，避免了单独设置大面积的污水处理池，公路1自中轴线向两侧方向均沿倾斜向下的角度设置，角度为5°；反应器2包括自公路中轴线向两侧方向依次设置的阴极区21、基质填充区22以及生物阳极区23，外接用电设备3的正极与生物阳极区23电性连接，且其负极与阴极区21电性连接，保持公路1与两侧居民区的距离，同时增加绿地面积，不仅净化空气对道路也有一定美化作用。

本实施例中，阴极区21包括最低端远离公路侧设置的斜坡215，斜坡215的最高端的高度低于公路1的高度，其顶端填充有阴极导电基质211，且其底端与土壤连接，阴极导电基质211的内部均匀设置有若干竖直且并联的阴极集流体212，且其顶端设置有阴极植被层213，阴极集流体212的并联公共端与外接用电设备3的负极电性连接，斜坡215与土壤的接触部分设置有第一隔离层214。

本实施例中，基质填充区22内部填充有矿物基质。

本实施例中，生物阳极区23和基质填充区22与土壤和空气的接触部分均设置有第二隔离层234，生物阳极区23的内部填充有阳极导电基质231，且其远离公路侧的底端设置有出口管4，出口管4的出水口与市政管网连接，阳极导电基质231的内部均匀设置有微生物和若干竖直且并联的阳极集流体232，阳极集流体232的并联公共端与外接用电设备3的正极电性连接，生物阳极区23与空气接触的第二隔离层234顶端设置有阳极植被层233。

本实施例中，出口管4的入水口设置有过滤网。

本实施例中，矿物基质的材料为石英砂。

本实施例中，阴极导电基质211的材料和阳极导电基质231的材料均为活性炭；

阴极集流体212的材料和阳极集流体232的材料均为碳棒。

本实施例中，外接用电设备3为路灯，路灯的正极与阳极集流体232的并联公共端电性连接，且其负极与阴极集流体212的并联公共端电性连接，收集并利用污水处理时的产电可为公路1照明提供能源，在充分利用再生能源的条件下，促进完善公路1的路灯建设，提高交通安全性。

本实施例中，反应器2的宽度为10m，且其最低端的深度为1.5m；

阴极区21的高度比公路1最低端的高度低0.2m，斜坡215的宽度为5m，其最低端为反应器2的最低端，且其最高端的高度比公路1最低端的高度低0.7m。

工作原理：雨水流向设置有倾斜角度的公路两侧，进入反应器22的雨水，经过阴极区21的斜坡215流向基质填充区22进行过滤，再经过生物阳极区23，通过过滤网过滤后经出口管4直接连接市政管网的净水管排出，形成人工湿地系统处理路面径流，生物阳极区23中的微生物形成微生物燃料电池，阳极集流体232与阴极集流体212，收集并利用污水处理时的产电可为公路1照明提供能源。

本实用新型提供的一种基于人工湿地耦合微生物燃料电池的公路径流处理系统，解决了现有技术存在的维护管理复杂、占地面积大、对周边环境影响较大以及处理效果不好的问题。

以上所述仅为本实用新型的实施例，实施例用于理解实用新型的结构、功能和效果，并不用于限制本实用新型的保护范围。本实用新型可以有各种更改和变化，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。