基于VSFCW-MFC工艺的农村生活污水处理系统

基于vsfcw
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mfc工艺的农村生活污水处理系统
技术领域
1.本实用新型属于污水处理技术，具体是基于vsfsw工艺与mfc技术联用的农村生活污水处理技术。


背景技术：

2.人工湿地是模拟天然湿地系统结构和功能而建造的、可控制运行的湿地系统，用以对处理污水的工艺，由围护结构、人工介质、水生植物等部分构成。当水进入人工湿地时，水中污染物被内部填料和水生植物吸附、过滤、分解、微生物代谢等综合作用完成水质净化。按照进出水布水的方式的不同,一般将人工湿地分为表面流人工湿地和潜流人工湿地，根据水流向的不同,潜流人工湿地又可分为水平潜流和垂直潜流两种。垂直潜流人工湿地（vertical subsurface flow constructed wetland，缩写为vsfcw）中，水流流过填料后均匀分布在出水端，其对cod、tn的去除率比水平人工湿地要高，而且抗负荷冲击能力强，投资成本少、运行费用低。
3.微生物燃料电池（mfc）的主要机理是通过微生物作用将化学能转化为电能。mfc是污水处理和产能同步进行的新技术，储存在有机物化学键中的化学能在产电微生物的催化作用下可直接被转化为电能。mfc中的微生物经过驯化培养后可同时进行产电和降解污水中的污染物。其工作原理为有机物降解和阳极氧化产生的电子和质子通过外电路或质子交换膜转移至阴极，阴极接受电子和质子进行还原反应。
4.稳定塘设置在二级生物处理工艺后，在出水和受纳水体间起缓冲作用。稳定塘的处理对象为二级处理工艺的出水。处理目的是使出水最终达标，缓冲并满足受纳水体或中水回用对水质的要求。通过稳定塘的深度处理可使bod、cod等指标进一步降低，进一步去除藻类及氮、磷等营养物质。
5.农村地区相较城市缺乏污水收集系统和集中处理设施，采用人工湿地和微生物燃料电池系统作为新型污水处理的核心工艺对农村生活污水进行处理，是处理分散、面广的农村生活污水的有效途径，既可有效减少农村分散式点源污染对生态环境造成的污染，也可为实现循环经济提供一种有效的思路，具有良好的应用前景。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种基于vsfcw
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mfc工艺的农村生活污水处理系统。本实用新型是基于vsfcw
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mfc工艺的农村生活污水处理系统，由机械格栅1、沉砂池2、垂直潜流人工湿地系统3、微生物燃料电池系统4、紫外消毒渠5、稳定塘6、水质监测回收系统7组成，机械格栅1连接沉砂池2，去除大部分无机颗粒，沉砂池2通过进水管9连接垂直潜流人工湿地系统3，垂直潜流人工湿地系统3与微生物燃料电池系统4相连接；微生物燃料电池系统4通过排水管11连接紫外消毒渠5，紫外消毒渠5与稳定塘6相连接进行深度处理并设有水质监测回收系统7。
7.本实用新型主要使用垂直潜流湿地系统耦合微生物燃料电池系统对农村生活污
水进行收集和高效处理，使用mfc产生的电能为紫外灯组提供所需电能，出水进入稳定塘深度处理，达到节能环保和保护水资源的目的。
附图说明
8.图1为本实用新型的工艺流程图，图中包括机械格栅、沉砂池、垂直潜流湿地系统、微生物燃料电池系统、紫外消毒渠、稳定塘、水质监测回收系统；图2为本实用新型的机械格栅与沉砂池装置结构图；图 3为本实用新型的垂直潜流湿地系统、微生物燃料电池系统装置结构图；图4为本实用新型的紫外消毒渠装置结构图；图5为本实用新型的微生物燃料电池系统供给紫外灯模组电能系统流程。
具体实施方式
9.如图1～图5所示，本实用新型是基于vsfcw
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mfc工艺的农村生活污水处理系统，由机械格栅1、沉砂池2、垂直潜流人工湿地系统3、微生物燃料电池系统4、紫外消毒渠5、稳定塘6、水质监测回收系统7组成，机械格栅1连接沉砂池2，去除大部分无机颗粒，沉砂池2通过进水管9连接垂直潜流人工湿地系统3，垂直潜流人工湿地系统3与微生物燃料电池系统4相连接；微生物燃料电池系统4通过排水管11连接紫外消毒渠5，紫外消毒渠5与稳定塘6相连接进行深度处理并设有水质监测回收系统7。
10.以上所述的农村生活污水处理系统，所述机械格栅由粗格栅8构成；所述垂直潜流人工湿地系统3包括进水管9、回流管10、排水管11、排泥管12、水生植物层13、填料层14、防渗层15；防渗层15位于垂直潜流人工湿地系统3的最底部，防渗层15上方为填料层14，填料层14由下到上分别由红心砖、鹅卵石、陶粒、石英砂构成，填料层14上方为水生植物层13；排泥管12位于湿地系统底部中心处。
11.以上所述的农村生活污水处理系统，垂直潜流人工湿地系统3中的水生植物层13是系统的核心组成部分之一，选择农村常见的挺水植物，污水通过填料层14流入该水生植物层13中进行处理。
12.以上的农村生活污水处理系统，所述微生物燃料电池系统4由生物炭电极16、继电器17、逆变器18、蓄电装置19组成；所述紫外消毒渠5由紫外灯模组20、溢流槽21、出水渠22组成；使用玉米芯炭化制备的生物炭电极16与继电器17相连接，继电器17连接逆变器18转换为交流电，连接紫外灯模组20提供电能；逆变器18同时连接蓄电装置19储存额外电能，紫外消毒渠5通过出水渠22连接稳定塘6。
13.以上所述的农村生活污水处理系统，污水经紫外消毒渠5消毒处理后进入稳定塘6深度处理，稳定塘6内设置水质监测回收系统7，若处理水质达到中水回用或排放标准，则回用或排入受纳水体；若水质不达标，则回流至垂直潜流人工湿地系统3再次进行处理。
14.以上所述的农村生活污水处理系统，系统的循环连接为：污水经机械格栅1进入沉砂池2，污水进入沉砂池后受到重力作用和离心作用，密度大的无机颗粒下沉，密度较小的颗粒随污水通过进水管9，进入垂直潜流人工湿地系统3与微生物燃料电池系统4；处理完成后通过排水管11流入紫外消毒渠5中，消毒处理后的水进入稳定塘6深度处理，稳定塘中设有水质监测回收系统7，水质达到标准排放或者回用，若未达标则回流至垂直潜流人工湿地系统3再次处理；被截留的泥沙通过排泥管（12）排出系统。
15.以上所述的农村生活污水处理系统，挺水植物为芦苇，或者香蒲。
16.如图1所示，该系统的循环连接为：污水经机械格栅1进入沉砂池2，污水进入沉砂池后受到重力作用和离心作用，密度大的无机颗粒下沉，密度较小的颗粒随污水通过进水管9，进入垂直潜流人工湿地系统3与微生物燃料电池系统4；处理完成后通过排水管11流入紫外消毒渠5中，消毒处理后的水进入稳定塘6深度处理，稳定塘中设有水质监测回收系统7，水质达到标准排放或者回用，若未达标则回流至垂直潜流人工湿地系统3再次处理；被截留的泥沙通过排泥管12排出系统。
17.如图3所示， 所述微生物燃料电池系统的阴极在上处于好氧环境、阳极在下处于厌氧环境。聚集在阳极表面的填料层11内的产电微生物在厌氧条件下可氧化降解有机物，产生氢质子和电子，氢质子和电子通过自由扩散作用和外电路电子传递作用到达阴极，和阴极表面的电子受体发生氧化还原反应，完成产电。微生物燃料电池电路由继电器17控制，保证产电持续稳定。
18.如图4、图5所示，所述微生物燃料电池系统4可通过处理污水时产生的电能为紫外灯模组20提供电能，紫外灯模组20设置紫外消毒渠5前端，污水经紫外消毒处理后通过溢流槽21流入出水渠22中。
19.如图1～图5所示，本实用新型的系统包括机械格栅、沉砂池、垂直潜流人工湿地系统、微生物燃料电池系统、逆变器、蓄电装置、紫外消毒渠、稳定塘、水质监测回收系统。污水经紫外消毒渠5消毒处理后进入稳定塘6深度处理，稳定塘6内设置水质监测回收系统7，若处理水质达到中水回用或排放标准，则回用或排入受纳水体；若水质不达标，则回流至垂直潜流人工湿地系统3再次进行处理。设备具体作用如下：
20.机械格栅：污水中体积较大的漂浮物和悬浮物容易堵塞管道和构筑物，为去除这些悬浮物需要在污水进入污水处理系统前通过格栅进行去除。其中粗格栅主要用于去除漂浮物，细格栅主要去除悬浮物。
21.沉砂池：起到分离作用的处理池，因为设有内部曝气装置，池内可以产生旋转流动，污水进入沉砂池后受到重力作用和离心作用的双重作用，最终体积大的无机颗粒下沉，而有机颗粒随水一起进入下面的处理池。
22.垂直潜流人工湿地系统（vertical subsurface flow constructed wetland）：运行时，植物根系与填料表面长出大量微生物，污水进入后，悬浮物与大量杂质被填料所截留，有机污染物通过生物膜的吸附、同化及异化作用去除。由于植物的根部对氧的传递释放，使湿地环境内形成了好氧、缺氧和厌氧状态，保证了氮、磷通过硝化、反硝化作用及微生物的吸磷作用从废水中去除。最后通过湿地填料的定期更换或收割水生植物使污染物从湿地系统中去除。
23.微生物燃料电池系统：污水以升流式的方式进入系统，厌氧环境下有机物质在阳极表面微生物代谢活动的作用下被氧化降解，并产生氢质子和电子，通过自由扩散作用和外电路电子传递作用到达阴极。阴极表面的电子受体得到电子被还原。随着有机物质不断氧化以及阴极反应持续进行，外电路获得持续的电流，进行产电。
24.继电器：应用于自动化的控制电路中，是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。作用是当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开具有工作稳定、使用寿命长、体
积小等优点。
25.逆变器：可将直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的转换器，在本实用新型中是通过转换微生物燃料电池产生的直流电为交流电，供给紫外灯管电能。
26.蓄电装置: 是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。本实用新型中，用来储存微生物燃料电池所产的剩余电能，保障发电量不足时紫外灯模组20的正常运转。
27.紫外消毒渠：安装了紫外线消毒模块的污水渠道，紫外线消毒模块是由多个紫外灯模组以及控制系统组成。污水流经紫外线消毒渠时，会通过紫外灯模组，进而被有效杀菌消毒。耗电量少，安全耐用，使用安装方便。
28.稳定塘：是一种利用天然净化能力的生物处理构筑物的总称，主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。稳定塘具有基建投资和运转费用低、便于操作等优点，在我国，特别是在农村地区，是实施污水资源化利用的有效方法。本实用新型中，用于出水前缓冲水质并继续提高处理效果。
29.本实用新型所述垂直潜流人工湿地系统3与微生物燃料电池系统4运行的工作原理为：污水进入系统后先经过红心砖与鹅卵石进行机械截留以去除体积较大的悬浮颗粒物。随后进入陶粒、石英砂以继续去除部分小分子颗粒物、胶体。水生植物具有很强的氧传递能力，可以使填料层14自上而下形成好氧、缺氧、厌氧环境，为,微生物的脱氮除磷提供了条件。微生物燃料电池系统4的阴极处于好氧环境、阳极处于厌氧环境。聚集在阳极表面的一些特殊微生物在厌氧条件下可以氧化降解有机物，并产生氢质子和电子，氢质子和电子分别通过自由扩散作用和外电路电子传递作用到达阴极，然后和阴极表面的电子受体发生氧化还原反应，完成产电过程。通过更换湿地中基质和水生植物的方式使大量的污染物从系统中去除，完成水质净化。