一种电场强化垂直流人工湿地装置

本发明主要涉及生活污水净化的，具体为一种电场强化垂直流人工湿地装置。

背景技术：

1、人工湿地因其良好的生态属性得到了广泛应用，人工湿地对污染物的去除主要依靠其基质、微生物、植物等协同作用。但是在应用过程中也暴露了很多问题，包括易受气候、温度影响，长时间运行水体氧含量降低，基质易堵塞等问题，这些问题都在一定程度上影响了人工湿地对污水的净化效果。

2、如今对人工湿地的研究向如何提高人工湿地生态净化效率方向发展，垂直流人工湿地因其效率较高、占地面积小等特点可适用作农村分散型污水处理装置，适当强度的电场作用有助于增强人工湿地中微生物的活性；改善基质填料的吸附能力；水溶或吸附在人工湿地基质表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动，污染物在电极附近富集得以去除等。

3、目前的垂直流人工湿地存在问题如下：

4、(1)现有电场强化人工湿地多为微(弱)电场(施加电压0.1-2v)，只能影响部分微生物的活性，短时间内对去除效率贡献率不高；

5、(2)基质填料吸附能力不够；

6、(3)微生物活性随环境变化较明显，低温时活性明显较弱，影响出水水质。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种电场强化垂直流人工湿地装置，以解决上述背景技术中提出的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种电场强化垂直流人工湿地装置，所述电场强化垂直流人工湿地装置分为前端和后端两部分，位于前端部分为生物膜球单元，位于后端部分为基质填料单元；

4、所述生物膜球单元包含生物膜球，该生物膜球内分别设有海绵、ydt填料、陶粒、火山石、珊瑚骨；

5、所述基质填料单元内设置电极板，且所述基质填料单元包含由下至上依次交叉填充的陶粒和砾石；

6、所述电极板的阴阳极材料均为石墨板，且两极由直径为0.2cm的铜线与变压器和电源适配器相连，并电连接外部稳压直流电源为所述电场强化垂直流人工湿地装置提供电压。

7、优选的，所述电场强化垂直流人工湿地装置的长宽高尺寸为60×40×50cm。

8、优选的，所述生物膜球直径为0.5cm，且位于所述生物膜球内部的陶粒大小为4-6mm，火山石大小为5-8mm，珊瑚骨大小为10mm-25mm。

9、优选的，所述基质填料单元中包含的陶粒大小为4-6mm，砾石大小为6-9mm，且所述基质填料单元中填充陶粒和砾石时的厚度均为23mm。

10、优选的，所述石墨板的尺寸为厚度0.5cm、宽度40cm、高度46cm。

11、优选的，所述变压器的变压范围为0～220v，且所述电源适配器的工作范围为3～12v，5～10a。

12、优选的，所述基质填料单元中每间隔10cm设置1层电极板，且其阴阳极交替放置，以达到均匀分布电场的目的。

13、优选的，所述基质填料单元底部设置有用于增加氧含量的曝气装置。

14、优选的，所述电场强化垂直流人工湿地装置内还设置有湿地植物，且该湿地植物为金鱼藻，密度为10株/m2。

15、综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

16、其一，本申请构建了嵌入式的电场强化曝气垂直流人工湿地反应器，利用间隔10cm交替排列的多组正负极板形成较为均匀的电场作用，将污染物富集在电极板及周围增强去除效率，同时提高物生物活性和填料吸附能力，提高垂直流人工湿地的污染物净化效能；

17、其二，本申请在人工湿地系统中施加低电压静电场，能耗较低、无二次污染、环境适应性强，是一种操作简单、适应性强、经济性好的方式方法，是推广垂直流人工湿地成为农村分散型污水处理装置的关键实用技术；

18、其三，相比无电场强化垂直流人工湿地，水力停留时间在48-72h，对cod去除率提升20％；tp去除率提高5％；nh4+-n去除率提高20％以上；tn去除率提高约30％。主要污染物去除效率显著增加；

19、其四，电场强化作用显著增加了微生物多样性，proteobacteria、firmicutes、actinobacteria和acidobacteria等电活性菌群丰度相比未施加电场强化作用前丰度增加显著，电化学硝化和反硝化作用增加，对去除氮、磷和有机物等有明显作用；

20、其五，通过电场力作用，离子向阴阳电极定向移动，改变了湿地填料砾石、陶粒的微观结构，孔隙率、吸附面积增加明显，可有效提高污染物吸附率和微生物附着率。部分微观结构在电场作用下重新排列，为加强效果说明，本申请的电镜扫描结果如图2-9所示。

技术特征：

1.一种电场强化垂直流人工湿地装置，其特征在于,所述电场强化垂直流人工湿地装置分为前端和后端两部分，位于前端部分为生物膜球单元，位于后端部分为基质填料单元；

2.根据权利要求1所述的一种电场强化垂直流人工湿地装置，其特征在于，所述电场强化垂直流人工湿地装置的长宽高尺寸为60×40×50cm。

3.根据权利要求1所述的一种电场强化垂直流人工湿地装置，其特征在于，所述生物膜球直径为0.5cm，且位于所述生物膜球内部的陶粒大小为4-6mm，火山石大小为5-8mm，珊瑚骨大小为10mm-25mm。

4.根据权利要求1所述的一种电场强化垂直流人工湿地装置，其特征在于，所述基质填料单元中包含的陶粒大小为4-6mm，砾石大小为6-9mm，且所述基质填料单元中填充陶粒和砾石时的厚度均为23mm。

5.根据权利要求1所述的一种电场强化垂直流人工湿地装置，其特征在于，所述石墨板的尺寸为厚度0.5cm、宽度40cm、高度46cm。

6.根据权利要求1所述的一种电场强化垂直流人工湿地装置，其特征在于，所述变压器的变压范围为0～220v，且所述电源适配器的工作范围为3～12v，5～10a。

7.根据权利要求1所述的一种电场强化垂直流人工湿地装置，其特征在于，所述基质填料单元中每间隔10cm设置1层电极板，且其阴阳极交替放置，以达到均匀分布电场的目的。

8.根据权利要求1所述的一种电场强化垂直流人工湿地装置，其特征在于，所述基质填料单元底部设置有用于增加氧含量的曝气装置。

9.根据权利要求1所述的一种电场强化垂直流人工湿地装置，其特征在于，所述电场强化垂直流人工湿地装置内还设置有湿地植物，且该湿地植物为茭草，密度为10株/m2。

技术总结
本发明公开了一种电场强化垂直流人工湿地装置，电场强化垂直流人工湿地装置位于前端部分为生物膜球单元，位于后端部分为基质填料单元；生物膜球单元的生物膜球内分别设有海绵、YDT填料、陶粒、火山石、珊瑚骨；基质填料单元内设置电极板，且基质填料单元包含陶粒和砾石；电极板的阴阳极材料均为石墨板，且两极由铜线与变压器和电源适配器相连，并电连接外部稳压直流电源为电场强化垂直流人工湿地装置提供电压。本申请构建了嵌入式的电场强化曝气垂直流人工湿地反应器，利用间隔10cm交替排列的多组正负极板形成较为均匀的电场作用，将污染物富集在电极板及周围增强去除效率，同时提高物生物活性和填料吸附能力，提高垂直流人工湿地的污染物净化效能。

技术研发人员：马荣,刘云根,卢秀秀,伏川东
受保护的技术使用者：西南林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16