[发明专利]一种下行潜流人工湿地的电催化实验装置

说明书

本发明公开了一种下行潜流人工湿地的电催化实验装置，在水隔离栏外设置有太阳能供电装置，水土混合层内设置有单位阴极，出水管内设置有单位阳极，太阳能供电装置与单位阴极之间具有阴极导线，太阳能供电装置与单位阳极之间具有阳极导线。与现有技术相比，本发明解决现有的下行潜流湿地底泥中高浓度的持久性氯代类有机污染物的累积，由此导致植物根系代谢酶活性降低，并进一步导致植物根系腐烂最终引起人工湿地退化的问题。

技术领域

本发明涉及一种下行潜流人工湿地的电催化实验装置，属于环保技术领域。

背景技术

一些氯代有机物广泛地在医药、农药、制革、造纸等行业中作为一种重要的化工原料、有机溶剂和中间体。氯代有机污染物广泛存在于工业废水中，具有生物毒性，且难以生物降解。经处理后，其尾水中仍残存有一定浓度，尾水再经过人工湿地的降解，持久性污染物可降解性能较差，但会在植物根系吸附累积，当氯代污染物积累到一定浓度时，便产生生物毒性。氯代毒性有机物（例如氯酚类）可渗透细胞导致毒性积累和基因诱变。水生植物及根系微生物会在一定浓度的毒性氯代有机物下出现毒性效应，使湿地生态系统中植被活性退化，导致人工湿地生态功能下降。全球60%的人工湿地处于生态退化的状态，其中毒性污染物累积是造成的人工湿地生态失衡的重要成因。因此，针对人工湿地植被的维护和处理毒性有机污染物的工作刻不容缓。

目前，卢守波等人通过一种通电式潜流人工湿地的研究，为了达到对潜流湿地的强化湿地水层对污染物的去除为目的，但在对湿地植被的根系维护及泥层的污染物的去除并未涉及。此外已有对氯代有机污染物处理大多还利用硝酸盐/亚硝酸盐等作为电子受体来加速生物氧化促进氯代有机污染物分解。这些电子受体在湿地底泥-水环境中具有流动性，可以促进人工湿地表层氯代有机污染物降解转化。但是目前研究已表明提供的电子受体对污染物降解具有选择性，选择易还原的有机小分子；针对受氯代有机物污染较深的泥层，也缺乏深度修复的效果。

微生物电解池(microbial electrolysis cells, MECs)是一种将电能转化为化学能的电化学系统，主要是利用附加电能，协助微生物还原或氧化底物的一种生物电化学技术。微生物电解池工作原理：微生物电解池中的微生物，在其代谢过程中，电子从细胞内转移到了细胞外的单位阳极，然后通过外电路在电源提供的电势差作用下到达单位阴极。在单位阴极，电子参与还原反应。

微生物电解池（MEC）的方向主要集中于制氢，后来 MECs发展出集产能与治理污染的应用形式，为解决当能源问题和污染治理提供了一种新的解决方案，受到各国科学家的广泛关注。针对人工湿地的底泥受污染物污染问题，需大规模的有效工程应用处理方法。因此，本发明利用微生物电解池实现低成本，高效率的处理污染物及维护根系的方法，广泛适用于治污工程应用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种下行潜流人工湿地的电催化实验装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种下行潜流人工湿地的电催化实验装置，包括上部开口的水隔离栏，水隔离栏中从上至下依次布置有溢水层、水土混合层、第一填料层、第二填料层，水隔离栏的侧壁安装有进水管和出水管，进水管插置于溢水层，出水管插置于第二填料层，所述植物根系位于水土混合层，所述水隔离栏外设置有太阳能供电装置，所述水土混合层内设置有单位阴极，所述出水管内设置有单位阳极，所述太阳能供电装置与单位阴极之间具有阴极导线，太阳能供电装置与单位阳极之间具有阳极导线。

作为进一步的优选方案，所述单位阴极由若干碳纤维钢丝刷交叉编制卷曲而成，所述碳纤维钢丝刷分为不锈钢丝和碳纤维，碳纤维钢丝刷由碳纤维围绕不锈钢丝扭合而成。

作为进一步的优选方案，所述不锈钢丝的直径为0.25mm，所述碳纤维的长度为30mm。

作为进一步的优选方案，所述单位阳极包括石墨块和碳纤维布，碳纤维布包裹石墨块形成柱体结构，所述阳极导线的一端插置于石墨块内。