[实用新型]一种处理含Pb(Ⅱ)废水的CW-MFC装置

说明书

本实用新型公开了一种处理含Pb(Ⅱ)废水的CW‑MFC装置，包括人工湿地系统、微生物燃料电池系统、碳源投加区和供水系统，微生物燃料电池系统的阳极和阴极均位于人工湿地系统中，碳源投加区位于人工湿地系统中，供水系统与人工湿地系统的底部连通，含Pb(Ⅱ)的废水通过供水系统进入到人工湿地系统。采用本实用新型处理含Pb(Ⅱ)废水的CW‑MFC装置，不需要额外的电能输入，采用缓释碳源作为电子供体，整个系统能实现同步Pb(Ⅱ)去除、农业废弃物资源化利用、能量回收的功能，是一种污水处理处置的新形式。

技术领域

本实用新型属于污水处理及其资源化利用技术领域，具体涉及污水处理及其资源化利用。

背景技术

铅(Pb)是一种难处理、有毒、易生物富集的无机污染物，重金属铅主要通过含铅废水排放和大气沉降的方式进入水体，对地表和地下水资源构成了严重威胁。研究表明，铅是一种多亲和性有毒物质，它不能被降解，会对生物体内多系统产生影响，最终造成多脏器不可逆性损伤和疾病，危害人类及其他生物的生命及健康。面对铅污染的严重危害，如何能够实现对铅污染水体的高效处理和净化已经逐渐成为当前一个重要的科研课题。

尽管化学沉淀、离子交换和膜分离等方法均能较好地去除环境中的Pb(Ⅱ) 离子，但高价格、复杂的工艺及化学药剂带来的负面影响成为上述方法的不足。近些年，国内外学者研究了多种方式对含Pb(Ⅱ)废水进行处理和资源化利用。微生物燃料电池(MFC)是一种生物电化学系统，通过外源细菌作为催化剂，能够将有机能量和生物质能转化为电能，可广泛应用于各种污染物废水的处理。人工湿地(CW)是一种模拟自然湿地系统的污染水体生态处理技术，在废水处理领域已被广泛应用。由于CW内部具有天然的氧化还原电位梯度，这种下部缺氧、上部好氧的结构特点使其可以与MFC进行结合，改造成为人工湿地微生物燃料电池系统(CW-MFC)，使系统同时具有人工湿地和微生物燃料电池在污水处理方面的优势，MFC的电化学特性可以有效提高CW中的微生物活性，提升单位面积人工湿地对各种污染物的净化效率。碳源是为微生物生长过程提供碳素来源的物质，是影响污染物去除的关键。CW-MFC多采用液体碳源作为电子供体，但液态碳源存在成本高，系统运行复杂容易造成二次污染的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、使用方便的用于处理含Pb(Ⅱ)废水的CW-MFC装置，是一种资源化利用废物的新技术，为废水中Pb(Ⅱ)的去除和资源化利用开辟了新的途径。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种处理含Pb(Ⅱ)废水的 CW-MFC装置，包括人工湿地系统、微生物燃料电池系统、碳源投加区和供水系统，微生物燃料电池系统的阳极和阴极均位于人工湿地系统中，碳源投加区位于人工湿地系统中，供水系统与人工湿地系统的底部连通，含Pb(Ⅱ)的废水通过供水系统进入到人工湿地系统。

进一步的，所述人工湿地系统包括有机玻璃柱体、基质、植物和微生物，基质填充在有机玻璃柱体中，微生物位于基质中与微生物燃料电池系统的阳极和阴极接触，植物位于有机玻璃柱体内且处于上方位置。

进一步的，所述基质包括鹅卵石层、砾石层、活性炭层、细沙层、和上覆水层，鹅卵石层、砾石层、活性炭层、细沙层、和上覆水层由下到上依次设于有机玻璃柱体内，植物为水生植物，水生植物种植在上覆水层上。

进一步的，所述MFC系统包括第一阳极、第二阳极、第三阳极、阴极、导线、电阻和数据采集器，第一阳极、第二阳极、第三阳极设于活性炭层内，阴极设于上覆水层上水气交界处，阴极由导线接出并通过电阻连接阳极形成闭合回路，电阻位于人工湿地系统的外部，数据采集器通过导线连接在电阻两端。

进一步的，所述碳源投加区包括塑料穿孔管，塑料穿孔管内填充有缓释碳源，碳源投加区位于有机玻璃柱体内的中部，鹅卵石层、砾石层、活性炭层、细沙层位于塑料穿孔管的外围。