一种电解联合生物质炭浮床及其应用
【专利摘要】本发明公开了一种电解联合生物质炭浮床，它包括至少两个浮床单元，浮床单元包括浮桥框体，浮桥框体内为种植槽，种植槽下方设有浮桥腔体；种植槽内种植有浮床植物，浮床腔体内填充有生物质炭，生物质炭内垂直设置有电极板。本发明还公开了该电解联合生物质炭浮床在水体净化领域的应用。与现有技术相比，本发明将生物质炭表面微生物与水生植物根系的双重生物净化方式相结合，对水体中的营养盐有较好的去除效果。本发明还将吸附填料和电解作用的双重理化净化方式结合，强化了水体中的污染物去除。此外，本发明可四季运行稳定，高效快速，占地面积较传统浮床少，实现了水体污染物去除与资源化利用双重目标。
【专利说明】
一种电解联合生物质炭浮床及其应用
技术领域
[0001]本发明属于水体原位修复技术领域，具体涉及一种电解联合生物质炭浮床及其应用。
【背景技术】
[0002]人工浮床技术利用自身的浮力承托水生植物，让水生植物在一个固定的区域内生长，水生植物通过根系吸收水体中的污染物质使水体得以净化。利用水生植物修复技术具有经济性好、能源消耗少、管理费用低、可持续发挥治污作用等优势，在众多受污河道整治中已有较多的应用，并成为治理富营养化水体的主要技术措施之一。
[0003]但是由于其水体净化方式单一，且植物根系以及根区效应对水体中的污染物的吸收和净化能力有限，且该技术的处理效果受气温影响较大，当植物在低温秋冬季节，随着生命力的减弱，其水体净化能力也会减弱；同时，在部分地区不恰当地种植某些入侵种的水生植物还会导致植物的过度繁殖而覆盖水面，不仅阻碍河道行洪以及航运安全，而且引发新的生态灾害。因此，人工浮床往往只能作为水体生态修复的辅助手段，针对现有人工浮床在水体净化的不足之处，研究开发了一种水体净化能力强，且能够四季稳定运行的电解联合生物质炭浮床技术。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种电解联合生物质炭浮床，以解决现有技术存在的效果不佳的问题。
[0005]本发明还要解决的技术问题是提供上述电解联合生物质炭浮床的应用。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
[0007]—种电解联合生物质炭浮床，它包括至少两个浮床单元，浮床单元包括浮床腔体和位于浮床腔体上的种植槽，种植槽内种植有浮床植物，浮床腔体内填充有生物质炭，生物质炭内垂直设置有电极板。
[0008]其特征在于，浮床腔体位于水面下方，种植槽位于水面上方。
[0009]其中，所述的浮床腔体为聚酰胺网袋，目数为60?100目，袋口固定于种植槽底部。
[0010]其中，所述的浮床植物为圆币草、水花生、水竹或西伯利亚鸢尾，优选圆币草;种植密度为48?80株/m2。
[0011]其中，所述的生物质炭为竹炭、花生壳炭或水稻炭，粒径为I?3_。
[0012]其中，相邻的两个浮床单元内分别设置阳极电极板和阴极电极板，两电极板之间互相平行，通过导线与直流稳压电源相连;其中，阳极电极板为镁铝合金板，阴极电极板为石墨板或是石墨纤维毡。
[0013]其中，电极板的有效体积和生物质炭的有效体积的比为0.0005?0.004:1;其中，电极板的有效体积为分布在生物质炭基质内的体积，生物质炭的有效体积为聚酰胺网袋中位于待处理水体水平面以下的生物质炭的体积。
[0014]上述电解联合生物质炭浮床在水体净化领域的应用也在本发明的保护范围之内。
[0015]其中，生物质炭的有效体积与待净化水体的体积比为I: 10?50。
[0016]其中，所述的水体净化是指除去水体中的氮和磷。
[0017]在运行时，将供电系统打开产生直流电，阳极在电解的过程中产生微量的镁离子，用于和水体中的磷酸盐产生沉淀反应，同时镁离子与铵根离子和磷酸盐离子生成鸟粪石，同时铝离子与磷酸盐生成沉淀。镁离子被生物质炭吸附后可以起到改性生物质炭的作用，有利于生物质炭吸附硝酸盐和磷酸盐的能力；同时，阴极在电解的过程中产生微量的氢气，可以供生物质炭表面的微生物作为自养反硝化微生物的能源。水体中的污染物被种植槽中的生物质炭吸附，电解反应和植物根系吸收去除，从而达到水质净化的作用。浮床主体采用高密度聚乙烯材质，内部中空，其提供的浮力足以保证整个浮床体系浮于水面;种植槽位于浮床主体结构上，采用60目的聚酰胺材料，其内部填充生物质炭，生物质炭上种有水生植物圆币草，植物根系生长于生物质炭中，上部的莖节延伸于浮床表面，种植密度为48?80株/m2 ；种植槽中的生物质炭为粒径I?3mm的竹炭，厚度为20?30cm ；单个浮床通过连接扣连接，相对应的两个浮床的种植槽的中心分别垂直布置阳极和阴极，阴极和阳极通过防水铜线与电源连接。
[0018]有益效果:与现有技术相比，本发明具有如下优势:
[0019]1、生物质炭表面微生物与水生植物根系的双重生物净化方式，对水体中的营养盐有较好的去除效果。
[0020]2、吸附填料和电解作用的双重理化净化方式，强化了水体中的污染物去除。
[0021]3、四季运行稳定、高效快速、占地面积较传统浮床少、且实现了水体污染物去除与资源化利用双重目标。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的结构示意图；
[0023]其中，1-1为浮床框体，1-2为种植槽，1-3为浮床腔体，1-4为浮床植物，2-1为直流稳压电源，2-2为导线，2-3为阳极电极板，2-4为阴极电极板；
[0024]图2为电解生物质炭浮TP变化图；
[0025]图3为电解生物质炭浮P043—-P变化图；
[0026]图4为电解生物质炭浮TN变化图；
[0027]图5为电解生物质炭浮NH3-N变化图。
【具体实施方式】
[0028]根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示的电解联合生物质炭浮床，它包括两个浮床单元，浮床单元之间通过连接扣连接起来。
[0031]每个浮床单元均包括一个浮床框体1-1，材料为高密度聚乙烯材质，尺寸规格为长X宽X厚= 250mmX250mmX55mm，其提供的浮力足以保证整个电解生物质炭浮床浮于水面。
[0032]浮床框体1-1中间为种植槽1-2，种植槽1-2的横截面为原型，直径为I OOmm。种植槽1-2的下方设有浮桥腔体1-3，即60目的圆柱形聚酰胺网袋，直径为120cm。聚酰胺网袋的袋口固定于浮床框体1-1上种植槽1-2的周围，使其可以完全兜住种植槽1-2。从种植槽1-2上向浮桥腔体1-3内填充粒径为I?3mm的竹炭，直至竹炭高度低于种植槽1-2槽口 I?2cm。同时，在种植槽内的竹炭上种植圆币草，种植密度为48株/m2。
[0033]向两个浮桥单元的种植槽1-2内分别垂直插入阴极电极板2-4和阳极电极板2-3，两电极板之间互相平行，且通过导线2-2与直流稳压电源2-1相连。其中，电解过程中使用的电压在15V，其中，阴极电极板2-4为石墨板，厚度为2mm，长25cm,宽lcm，位于生物质炭基质内的有效高度为23cm;阳极电极板2-3为镁招合金板，厚度为3mm，长25cm,宽lcm，位于生物质炭基质内的有效尚度为23cm ο
[0034]实施例2
[0035]将实施例1中的电解联合生物质炭浮床布置于水深0.4m，面积0.053m2的人工配置的模拟污水中，污染物主要以低浓度的氮磷为主，其P043—-P的浓度为3mg/L，以磷酸二氢钾配置，NH3-N的浓度为7mg/L，以氯化铵配置。设置污水对照组、污水加生物质炭浮床组、污水加电解生物质炭组为处理组。其中，污水加电解生物质炭组所用浮床为实施例1中的电解联合生物质炭浮床，电解过程中使用的电压为15V，电解时间为9h/d。污水加生物质炭浮床组所用浮床同实施例1，所不同的是，浮床内不设置任何电极板、导线和电源。两浮床中生物质炭的有效体积与待处理污水的体积比均为I: 10。
[0036]在本实施例中，水体的理化指标采用YSI6600测定，氨氮的浓度测定使用纳氏试剂光度法(GB7479 — 87)测定;硝态氮采用紫外分光光度法中的标准测定;总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GBl 1894 — 89);正磷酸盐采用钼锑抗分光光度法(GBl 1893 —89);亚硝态氮采用N-(l-萘基)乙二胺光度法(GB7493 — 87);参见《水和废水监测分析方法(第四版)》中的标准。各样品在经过标准程序处理后用紫外分光光度法(VI800，SHIMADZU)分析测定。连续处理15天后相比较对照组电解生物质炭浮床组的水质明显改善，图2、图3、图4、图5分别为采用本实施运行的水质监测结;其中，CKl为污水对照组，CK2为污水加生物质炭浮床组，TI为污水加电解生物质浮床炭组。
【主权项】
1.一种电解联合生物质炭浮床，它包括至少两个浮床单元，其特征在于，浮床单元包括浮桥框体(1-1)，浮桥框体(1-1)内为种植槽(1-2)，种植槽(1-2)下方设有浮桥腔体(1-3);种植槽(1-2)内种植有浮床植物(1-4)，浮床腔体(1-1)内填充有生物质炭(1-3)，生物质炭(1-3)内垂直设置有电极板。2.根据权利要求1所述的电解联合生物质炭浮床，其特征在于，浮床腔体(1-1)位于水面下方，种植槽(1-2)位于水面上方。3.根据权利要求1所述的电解联合生物质炭浮床，其特征在于，所述的浮床腔体(1-1)为聚酰胺网袋，目数为60?100目，袋口固定于种植槽底部。4.根据权利要求1所述的电解联合生物质炭浮床，其特征在于，所述的浮床植物(1-4)为圆币草、水花生、水竹或西伯利亚鸾尾，种植密度为48?80株/m2。5.根据权利要求1所述的电解联合生物质炭浮床，其特征在于，所述的生物质炭的粒径为I?3mm。6.根据权利要求1所述的电解联合生物质炭浮床，其特征在于，相邻的两个浮床单元内分别设置阳极电极板(2-3)和阴极电极板(2-4)，两电极板之间互相平行，通过导线(2-2)与直流稳压电源(2-1)相连;其中，阳极电极板(2-3)为镁铝合金板，阴极电极板(2-4)为石墨板或是石墨纤维毡。7.根据权利要求1所述的电解联合生物质炭浮床，其特征在于，电极板的有效体积与生物质炭的有效体积的比为0.0005?0.004:1。8.权利要求1所述的电解联合生物质炭浮床在水体净化领域的应用。9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，生物质炭的有效体积与待净化水体的体积比为1:10?50。10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的水体净化是指除去水体中的氮和磷。
【文档编号】C02F9/14GK105923932SQ201610550837
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】杨柳燕, 高燕, 张文, 张瑄文, 张燕
【申请人】南京大学