[发明专利]一种改造下行流人工湿地装置耦合集束式微生物燃料电池的方法

说明书

本发明公开了一种改造下行流人工湿地装置来耦合集束式微生物燃料电池的方法，包括在目标位置挖洞取芯后插入外套管，在外套管中插入带有进水管的内套管，在内套管内布设微生物燃料电池单体，各内套管内的微生物燃料电池单体形成集束式微生物燃料电池，各内套管的顶端连接布水导流槽，并在各内套管的顶端种植净水植物的步骤。当微生物燃料电池单体输出电压异常，或者出现内套管顶部无水流溢出时，将对应内套管从外套管中取出，进行冲洗或整体更换后重新放回外套管中。本方法具有对湿地系统损伤小、施工操作简便等优点，有利于解决系统堵塞问题，并强化系统净化效率，可达到延长湿地使用寿命的目的，实现对现有下行流人工湿地系统的改造升级。

技术领域

本发明属于环境工程领域，特别是涉及一种改造下行流人工湿地装置耦合集束式微生物燃料电池的方法。

背景技术

相比于传统污水集中处理系统，人工湿地具有建造及运行费用低、维护简单、景观良好等优点，已被广泛应用于多种类型污水的分散处理。不过，现有人工湿地系统在连续运行多年后经常面临堵塞问题，轻则在湿地床体内部形成短流，重则使得系统运行瘫痪，严重影响其使用寿命。虽然通过优化基质级配或停休并投加蚯蚓（CN201410204567.0 一种解决湿地堵塞问题的方法）等预防或治理措施可缓解湿地堵塞，延长人工湿地使用寿命，但是仍然无法根治堵塞问题。由于难以定位堵塞具体部位，根治堵塞问题往往需要对湿地床体表层甚至全部滤料进行冲洗或更换，工程量较大且施工较为困难，对湿地植物、微生物和内埋管道均会造成不利影响。此外，滤料冲洗废水或移除的湿地滤料也难以处置。为了应对湿地堵塞问题，需要提供简便易行的改造方案提高湿地抗堵塞能力，从而延长湿地整体使用寿命。

微生物燃料电池通过微生物在低电势的阳极催化有机物分解，产生电子和质子，然后，电子通过外电路到达高电势阴极并与电子受体(O₂、NO₂^-和NO₃^-等)和来自阳极的质子相结合，实现污染物降解并产生电能。基于人工湿地下部缺氧、上部好氧的氧化还原环境，已有报道将微生物燃料电池植入其中，利于提升单位面积人工湿地对各种污染物的净化效率。此外，还有报道将微生物燃料电池用于人工湿地堵塞状况评测（一种基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置和方法 CN201710422883.9）。但是，如何对现有人工湿地装置进行改造来耦合微生物燃料电池有待研究。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种改造下行流人工湿地装置耦合集束式微生物燃料电池的方法，针对已实现规模化应用的人工湿地系统，植入微生物燃料电池模块进行升级改造，解决系统堵塞问题，并进一步提升净化效率。

技术方案：一种改造下行流人工湿地装置耦合集束式微生物燃料电池的方法，包括如下步骤：

步骤1：暂停目标湿地的运行，根据目标湿地的堵塞情况对目标湿地进行休整来恢复湿地功能；

步骤2：设计微生物燃料电池植入点位与植入深度，避开目标湿地床体底部管道；

步骤3：根据步骤2结果，使用钻孔取芯机在目标湿地床体对应位置挖洞取芯后，立即插入外套管，所述外套管的底部封闭；

步骤4：在所述外套管内插入内套管，所述内套管的底部封闭，所述内套管外侧壁底部位置设有连通管内的进水口，所述进水口连接进水管；将目标湿地表层的穿孔布水管替换为所述湿地配水管，各进水管与湿地配水管连接；

步骤5：在每个内套管内布设电极形成微生物燃料电池单体，各内套管内的微生物燃料电池单体形成集束式微生物燃料电池，通过导线将各微生物燃料电池单体阴、阳级连接至设置在湿地外部的电源检测与管理系统；

步骤6：各内套管的顶端通过异径变头与布水导流槽连接；

步骤7：在各内套管的顶端的异径变头内种植有净水植物。