申请/专利权人：环境保护部南京环境科学研究所

申请日：2017-06-07

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN107024720B

主分类号：G01V3/00

分类号：G01V3/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2017.09.01#实质审查的生效;2017.08.08#公开

摘要：本发明公开了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，属于环境监测技术领域。该装置包括人工湿地污泥储蓄池、耦合微生物燃料电池以及测压电路，耦合微生物燃料电池从上到下依次设有阴极区、第一滤料区、阳极区、第二滤料区以及承托层，第一滤料区、第二滤料区分别至少设置一个污泥进料口，人工湿地污泥储蓄池通过进料管与污泥进料口连接，进料管上设置有污泥泵，稀释后的污泥经污泥进料口排入耦合微生物燃料电池中；测压电路包括连接阴极区与阳极区的钛线、在钛线上设置的外电阻以及与外电阻并联的数据记录仪，并通过数据记录仪记录外部电阻上每分钟的电压变化，进而对人工湿地的堵塞状况进行评测。

主权项：1.一种利用微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的方法，其特征在于，其步骤为：A、构建基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置；所述基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置包括人工湿地污泥储蓄池（1）、耦合微生物燃料电池（6）以及测压电路；所述耦合微生物燃料电池（6）从上到下依次设有阴极区（8）、第一滤料区（10）、阳极区（11）、第二滤料区（13）以及承托层（12），第一滤料区（10）、第二滤料区（13）分别设置至少一个污泥进料口，人工湿地污泥储蓄池（1）通过进料管与污泥进料口连接，稀释后的污泥经污泥进料口排入耦合微生物燃料电池（6）中；所述测压电路包括连接阴极区（8）与阳极区（11）的钛线（7）、在钛线（7）上设置的外电阻（14）以及与外电阻（14）并联的数据记录仪（15），通过数据记录仪（15）记录电压变化；所述阳极区（11）采用GAC-SSM进行填充，阴极区（8）、阳极区（11）通过钛线（7）相连，在钛线（7）上设500～1000Ω的外电阻（14）；阴极区（8）与第一滤料区（10）中间设有玻璃棉（9）；所述阴极区（8）包括若干石墨毡（4），石墨毡（4）通过不锈钢网进行固定，石墨毡（4）上部部分暴露于空气中；所述耦合微生物燃料电池（6）顶部设有溢流堰（3）；在第一滤料区（10）、第二滤料区（13）之间增设有循环水管（16）和蠕动泵（5），循环水从第二滤料区（13）不断通过蠕动泵（5）循环至第一滤料区（10），进料管上设置有污泥泵（2）；第一滤料区（10）、第二滤料区（13）均选取粒径为5～10mm的碎石进行填充；承托层（12）选取粒径为15～25mm的鹅卵石进行填充；B、将收集好的污泥稀释至一定浓度后，置于人工湿地污泥储蓄池（1）中；C、每天通过污泥泵（2）向步骤A的装置供应污泥负荷污水，在装置中停留1～2周后，再向装置加入污水，使装置内的污泥负荷在运行期间分别达到0.5、2.0、4.0、6.0、8.0以及10.0kg·TSm-3CW，溢出的水通过溢流堰（3）排出；D、在运行期间，装置中的水通过蠕动泵（5）从第二滤料区（13）流至第一滤料区（10）；E、在运行期间中，利用数据记录仪（15）记录外电阻（14）上每分钟的电压变化；F、待外电阻（14）的电压稳定后，通过观察增加污泥负荷所引起的外电阻（14）电压变化，得出二者呈负相关线性关系，并对外电阻（14）的电压变化和装置中污泥负荷进行分析，进而得出电压和人工湿地堵塞状况的线性关系，即电压越小表示人工湿地堵塞状况越严重；G、装置运行一段时间后，测压电路几乎没有电荷通过时，运行结束；步骤B中的污泥来自于处理了五年生活废水的人工湿地中试装置的底部污泥，收集后将原始污泥用自来水稀释到所需浓度，使得将进入装置中污水的污泥负荷范围控制在0.5～10kg·TSm3CW。

全文数据：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技术领域[0001]本发明属于环境监测技术领域，更具体地说，涉及一种利用污泥中有机颗粒的产电性能，通过对外电阻的电压变化和装置堵塞状况之间的关系进行分析，在稳定运行的前提下，连续及时对待测人工湿地的堵塞情况进行评测的装置和方法。背景技术[0002]人工湿地作为一种低成本、低耗能的水处理技术，得到了人们的广泛关注与研究。人工湿地是由湿地植物、滤床介质以及微生物通过物理、化学和生物的相互作用，进而达到去除水中污染物的目的。其中填料表面附着的生物膜、丰富的植物根系、滤床填料以及污泥，虽然可以使污水达到其处理效果，但是容易造成颗粒积累，从而导致系统堵塞，并对系统的寿命和污水的处理效果产生严重影响，因此评测湿地的堵塞状况，有利于改善水流，保证系统稳定运行的作用。[0003]经检索，中国专利申请号为2〇151〇538727.X，申请公布日为2015年12月9日的专利申请文件公开了一种基于线电源供电与测量技术定位人工湿地堵塞区域的方法，以堵塞填料区域及未堵塞填料区域的电流差异为基础，采用提出的“线电源供电与测量两极装置技术”，采集获得各测线相邻测点之间的电流值，然后把采集的电流值绘制成电流曲线和电流平面等值线图；最后通过分析各测线电流曲线和电流平面等值线特征，达到探测人工湿地堵塞区域的目的。其不足之处是，该方法管理步骤复杂，实验精度要求高，运行费用高。[0004]中国专利申请号为2〇141043715〇.9,申请公布日为2015年1月7日的专利申请文件公开了一种利用联合剖面视电阻率曲线定位人工湿地堵塞区域的方法，在人工湿地上方布置联合剖面视电阻率测量装置，按视电阻率剖面测量方式进行逐点测量。测量装置的供电正极A、B和测量电极M、测量电极N均对称于测量点0布设，A0选择两个极距进行测量；“无穷远”的C极垂直于测线方向布极。其不足之处是，实验过程十分复杂，消耗时间长，结果分析相对复杂。[0005]中国专利申请号为2〇15101418〇O.X，申请公布日为2015年6月24日的专利申请文件公开了一种用植物纤维素氧同位素组成确定潜流湿地堵塞位置的方法，该方法在潜流人工湿地中，运用均匀布点法在待评测区域布点，选择在无风、无雨时段进行植物茎部采集，取植物纤维素，利用质谱仪对样品中18〇含量进行测定，再应用SNOW标准计算各处18〇值，利用数据软件作潜流湿地180等高线分布图，从而确定潜流湿地的堵塞区域。其不足之处是，此发明实验操作要求高，程序耗时，在运行过程中不能连续应用，主要应用于潜流人工湿地的确定，适用性窄。发明内容[0006]1.要解决的问题[0007]针对现有人工湿地堵塞评测研宄适应性窄，不能高效、长期、及时、稳定地对人工湿地进行评测的问题，本发明提供了一种基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，该装置充分利用了污泥中有机颗粒的产电性能，通过对外电阻的电压变化进行测量，及时对人工湿地的堵塞状况进行评测，实现了在连续运行的条件下，及时评测系统堵塞状况。[0008]本发明又提供了一种基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的方法，适应性广，可以适用于评测常见人工湿地的堵塞状况，且操作简单、运行费用低以及所选材料成本低廉，具有较大的推广应用价值。[0009]2.技术方案[0010]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：[0011]本发明的一种基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，包括人工湿地污泥储蓄池、耦合微生物燃料电池以及测压电路，所述耦合微生物燃料电池从上到下依次设有阴极区、第一滤料区、阳极区、第二滤料区以及承托层，第一滤料区、第二滤料区分别设置至少一个污泥进料口，人工湿地污泥储蓄池通过进料管与污泥进料口连接，稀释后的污泥经污泥进料口排入耦合微生物燃料电池中；所述测压电路包括连接阴极区与阳极区的钛线、在钛线上设置的外电阻以及与外电阻并联的数据记录仪，并通过数据记录仪将其电压变化记录下来，根据不同电压变化所对应的污泥负荷，分析得出两者之间的关系，并用于评测实际待测的人工湿地的堵塞状况。[0012]作为本发明的进一步改进，在第一滤料区、第二滤料区之间增设有循环水管和蠕动栗，循环水从第二滤料区不断通过蠕动栗循环至第一滤料区不断循环，阳极区及其周围的水流充分混合，保证在阳极区及周围水流可以得到充分混合，进料管上设置有污泥泵。[0013]作为本发明的进一步改进，所述阳极区采用活性炭与不锈钢网相嵌的材料GAC-SSM进行填充GAC为粒径3-5mm的活性炭，SSM为0•3mm厚、12目的不锈钢网），阴极区、阳极区通过钛线相连，加强阳极区电子的转移速度;为了加快系统产电生物膜的形成，在钛线上增设500〜1000D的外电阻。[0014]作为本发明的进一步改进，所述阴极区与第一滤料区中间设有玻璃棉，防止阴极区空气泄露至阳极区。[0015]作为本发明的进一步改进，所述阴极区包括若干个石墨毡，通过不锈钢网进行固定，同时为了保证阴极区氧气充分，石墨毡上部部分暴露于空气中。[0016]作为本发明的进一步改进，所述耦合微生物燃料电池顶部设有溢流堰，其作用是增加混有污泥负荷的污水后，上层清水溢出至溢流堰，同时保证石墨毡上部与空气相接触。[0017]作为本发明的进一步改进，所述第一滤料区和第二滤料区均选取粒径为5〜10mm的碎石进行填充;承托层选取粒径为15〜25mm的鹅卵石进行填充。在滤料区采用碎石作为基质，是因为碎石对污泥有良好的截留作用，可以有效模拟装置的堵塞现状，同时利用小粒径的碎石作为基质，可以更好的创造厌氧条件，为阳极提供良好的环境条件;承托层主要是保证底部水流循环，并对整个装置起承托作用。[0018]本发明的一种利用微生物燃料电池来评测人工湿地堵塞状况的方法，其步骤为：[0019]A、构建上述的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置；[0020]B、将收集好的污泥浓度稀释至一定浓度后，置于人工湿地污泥储蓄池中；[0021]C、每天通过污泥栗向步骤A的装置供应污泥负荷污水，在装置中停留1〜2周后，再向装置加入污水，使装置内的污泥负荷在运行期间分别达到0•5、2.0、4.0、6.0、8.0以及10.0kg•TSn^CW，溢出的水通过溢流堰排出；[0022]D、在运行期间，装置中的水通过蠕动栗从第二滤料区流至第以滤料区，保证阳极室及其周围水连续再循环，并充分混合；[0023]E、在运行期间中，利用数据记录仪记录外部电阻上每分钟的电压变化；[0024]F、待外电阻的电压稳定后，通过观察增加污泥负荷所引起的外电阻电压变化，得出二者呈负相关线性关系，对外电阻的电压变化和装置中污泥负荷进行分析，进而可以得出电压和人工湿地堵塞状况的线性关系，即电压越小表示人工湿地堵塞状况越严重；[0025]G、装置运行一段时间后，测压电路几乎没有电荷通过时，运行结束。[0026]作为本发明的进一步改进，步骤B中的污泥来自于处理了生活废水五年的人工湿地中试装置的底部污泥，收集后将原始污泥用自来水稀释到所需浓度，使得将进入装置中污水的污泥负荷范围控制在0.5〜10kg•TSm3CW。[0027]作为本发明的进一步改进，利用微生物燃料电池对垂直潜流人工湿地进行评测时，每周将污水从第一滤料区、第二滤料区的污泥进料口均匀布水，用来模拟垂直潜流人工湿地的堵塞状况。[0028]作为本发明的进一步改进，利用微生物燃料电池对水平潜流人工湿地进行评测时，为了模拟水平潜流人工湿地的堵塞状况，污水仅从第一滤料区的污泥进料口进行布水，经过两周的稳定时间后，再向装置中定量增加污泥负荷。[0029]作为本发明的进一步改进，利用微生物燃料电池对自由表面流人工湿地进行评测时，为了更好地模拟自由表面流实际的堵塞状况，污水仅从装置顶部进行布水，将污泥负荷的污水均匀排入装置，待静置两周后，再向装置增加污泥负荷，同时观察自由表面人工湿地堵塞状况和电压变化的线性关系。[0030]3.有益效果[0031]相比于现有技术，本发明的有益效果为：[0032]1本发明的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，充分利用了污泥中有机颗粒的产电性能，通过对外电阻的电压变化进行测量，电压和人工湿地堵塞状况的呈负相关线性关系，及时对人工湿地的堵塞状况进行评测，实现了在连续运行的条件下，及时评测湿地堵塞状况；[0033]2本发明的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，运用人工湿地上部与下部存在的天然氧化还原梯度，人工湿地上层空气与植物的泌氧功能为微生物燃料电池的阴极提供了良好的有氧环境；下层处于厌氧环境，给微生物燃料电池的阳极提供了条件，为微生物燃料电池提供了得天独厚的条件，无需外加能源，经济环保；[0034]3本发明的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，采用钛线连接阴极区、阳极区，钛线相比其他钛线，钛线具有内阻小的优势，能更灵敏地监测人工湿地的堵塞状况;同时加快系统产电生物膜的形成；[0035]4本发明的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，在阴极区与第一滤料区中间设有玻璃棉，防止阴极区空气泄露至阳极区，从而保证阳极室的厌氧环境，为微生物燃料电池创造稳定的氧化还原梯度；[0036]5本发明的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，在第一滤料区和第二滤料区采用碎石作为基质，碎石对污泥有良好的截留作用，可以有效模拟装置的堵塞现状，同时利用小粒径的碎石作为基质，可以更好的创造厌氧条件，为阳极提供良好的环境条件;承托层采用鹅卵石，主要是保证底部水流循环，并对整个装置起承托作用；[0037]⑹本发明的利用微生物燃料电池来评测人工湿地堵塞状况的方法，适应性广，可以适用于评测常见人工湿地的堵塞状况，且操作简单、运行费用低以及所选材料成本低廉，具有较大的推广应用价值。附图说明[0038]图1为本发明基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置的结构示意图。[0039]图中：1、人工湿地污泥储蓄池；2、污泥栗；3、溢流堰;4、石墨毡；5、蠕动泵;6、耦合微生物燃料电池;7、钛线;8、阴极区；9、玻璃棉；10、第一滤料区；11、阳极区；12、承托层；13、第二滤料区；14、外电阻；15、数据记录仪;16、循环水管。具体实施方式[0040]下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。[0041]下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。[0042]_如图丨所示，本发明的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置包括人工湿地污泥储蓄池1、耦合微生物燃料电池6以及测压电路，耦合微生物燃料电池6从上到下依次设有阴极区8、第一滤料区1〇、阳极区11、第二滤料区i3以及承托层〗2，第一滤料区i〇、第二滤料区13分别设置两个污泥进料口，人工湿地污泥储蓄池丨通过进料管与污泥进料口连接，进料管上设置有污泥泵2,稀释后的污泥经污泥进料口排入耦合微生物燃料电池6中；测压电路包括连接阴极区8与阳极区11的钛线7、在钛线7上设置的外电阻14以及与外电阻14并联的数据记录仪15,并通过数据记录仪15将其电压变化记录下来。[0043]本发明的发明人通过大量的试验数据分析，人工湿地中的滤床介质中固体积累是引起堵塞的重要原因，而人工湿地中的污泥有机颗粒含量较高；同时，微生物燃料电池是一种生物电化学装置，可以通过电化学活性菌催化，将有机物质进行降解的同时产生电子，并通过钛线7将电子传递至阴极形成电流。由于装置内积累的污泥量越高，基质间颗粒积累越严重，会导致电子转移量降低，因此可以通过对微生物燃料电池外电路的电压进行测量，来^测保留在基质间颗粒累积状况，微生物燃料电池外电路的电压越高，电荷量就越低，即表示装置堵塞越严重。因此，本发明根据不同电压变化所对应的污泥负荷，分析得出两者之间的关系，并用于评测实际待测的人工湿地的堵塞状况。[0044]为了阳极区11及其周围的水流充分混合，在第一滤料区10、第二滤料区13之间增设有循环水管16和蠕动栗5，循环水从第二滤料区13不断通过蠕动泵5循环至第一滤料区10不断循环，保证在阳极区11及周围水流可以得到充分混合。[0045]为了加强阳极区11电子的转移速度，阳极区11采用活性炭与不锈钢网相嵌的材料GAC-SSM进行填充GAC为粒径3-5mm的活性炭，SSM为0.3mm厚、12目的不锈钢网），阴极区8、阳极区11通过钛线7相连，为了加快系统产电生物膜的形成，在钛线7上增设500〜1000Q的外电阻14。[0046]为了保证阴极区8氧气充分，石墨毡4上部部分暴露于空气中，阴极区8包括若干个石墨毯4,通过不锈钢网进行固定，同时阴极区8与第一滤料区10中间设有玻璃棉9,防止阴极区8空气泄露至阳极区11。[0047]在图1中，耦合微生物燃料电池6顶部设有溢流堰3,其作用是增加混有污泥负荷的污水后，上层清水溢出至溢流堰3,同时保证石墨毡4上部与空气相接触。[0048]在本发明中，第一滤料区10和第二滤料区13选取粒径为5〜lOmra的碎石进行填充，承托层12选取粒径为15〜25mm的鹅卵石进行填充。在第一滤料区10和第二滤料区13采用碎石作为基质，是因为碎石对污泥有良好的截留作用，可以有效模拟装置的堵塞现状，同时利用小粒径的碎石作为基质，可以更好的创造厌氧条件，为阳极提供良好的环境条件;承托层12主要是保证底部水流循环，并对整个装置起承托作用。[0049]本发明的利用微生物燃料电池来评测人工湿地堵塞状况的方法，其步骤为：[0050]A、构建基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置；[0051]B、将收集好的污泥浓度稀释至0_5kg•TSm3CW后，置于人工湿地污泥储蓄池1中；污泥来自于处理了生活废水五年的人工湿地中试装置的底部污泥，收集后将原始污泥用自来水稀释到所需浓度，使得将进入装置中污水的污泥负荷范围控制在0.5〜10kg•TSm3CW。[0052]C、每天通过污泥泵2向装置供应污泥负荷污水，在装置中停留1〜2周后，再向装置加入污水，使装置内的污泥负荷在运行期间分别达到0.5、2.0、4.0、6.0、8.0以及10.01^«TSnf3CW，溢出的水通过溢流堰3排出；[0053]D、在运行期间，装置中的水通过蠕动泵5从第二滤料区13流至第以滤料区，保证阳极室及其周围水连续再循环，并充分混合；[0054]E、在运行期间中，利用数据记录仪15记录外部电阻上每分钟的电压变化；[0055]F、待外电阻14的电压稳定后，通过观察增加污泥负荷所引起的外电阻14电压变化，得出二者呈负相关线性关系，对外电阻14的电压变化和装置中污泥负荷进行分析，进而可以得出电压和人工湿地堵塞状况的线性关系，即电压越小表示人工湿地堵塞状况越严重；[0056]G、装置运行一段时间后，测压电路几乎没有电荷通过时，运行结束。[0057]针对目前常见的人工湿地，采用区别对待的方式进行评测：[0058]1利用微生物燃料电池对垂直潜流人工湿地进行评测时，每周将污水从第一滤料区10、第二滤料区I3的污泥进料口均匀布水，用来模拟垂直潜流人工湿地的堵塞状况；[0059]2利用微生物燃料电池对水平潜流人工湿地进行评测时，为了模拟水平潜流人工湿地的堵塞状况，污水仅从第一滤料区10的污泥进料口进行布水，经过两周的稳定时间后，再向装置中定量增加污泥负荷；[0060]3利用微生物燃料电池对自由表面流人工湿地进行评测时，为了更好地模拟自由表面流实际的堵塞状况，污水仅从装置顶部进行布水，将污泥负荷的污水均匀排入装置，待静置两周后，再向装置增加污泥负荷，同时观察自由表面人工湿地堵塞状况和电压变化的线性关系。[0061]在运行之前需要做一系列准备工作，将处理过五年生活废水的人工湿地中试装置的底泥，作为装置的供应底泥。将底泥收集后，在5°C条件下，沉降浓缩一周后，分析浓缩污泥的总固体、挥发性固体、总化学需氧量和可溶性化学需氧量;再用自来水将压缩污泥稀释，使污泥进水时的污泥负荷约为0.5kg•TSnf3CW，随后定时通过进料口向装置增加适当污水，使装置内的污泥负荷在运行期间分别可以达到0.5、2.0、4.0、6.0、8.0以及10.01^«TSnf3CT。[0062]实施例1[0063]利用微生物燃料电池对垂直潜流式人工湿地的堵塞状况进行评测，结合图1，包括人工湿地污泥储蓄池1、耦合微生物燃料电池6以及测压电路，其中耦合微生物燃料电池6从上到下依次设有阴极区8、第一滤料区10、阳极区11、第二滤料区13以及承托层12。在耦合装置顶部设有溢流堰3，在第一滤料区10、第二滤料区13分别分布有两个污泥进料口，通过污泥栗2将稀释后的污泥排入耦合装置中。第一滤料区1〇、第二滤料区13，增设循环水管16，利用蠕动栗5，将水从第二滤料区13排出至第一滤料区1〇流入，进行循环。[0064]阴极区8设有5块60ctn2的石墨毡4,其中石墨毡4上部暴露在空气中，石墨毡4之间用不锈钢网进行固定。阴极区8与第一滤料区10中间设有一层玻璃棉9,防止阴极区8的氧气泄漏至阳极室，从而保证阳极室的厌氧环境，为微生物燃料电池创造稳定的氧化还原梯度。[0065]为了加快电子的转移速度，阳极区11利用GAC-SSM进行填充，其中阴、阳两级中的不锈钢可以作为两级的物理屏障，阻止两区之间的底物交换。阴极区8与阳极区11通过lmm的钛线7进行连接，为加强生物膜的形成，在两极之间增设1000Q的电阻。[0066]第一滤料区10和第二滤料区I3均选用粒径为5〜8mm的碎石进行填充，承托层12选取粒径为15〜20mm的鹅卵石。[0067]在运行期间，每周向第一滤料区10的污泥进料口、第二滤料区13的污泥进料口定量增加污水，使装置内污泥负荷达到指定负荷，并通过数据记录仪15，将外部电阻每分钟产生的电压变化记录下来，当污泥负荷达到10.0kg•TSnf3CW时，外电路几乎没有电荷通过，此时实验结束。最后对不同污染负荷条件下的电压变化进行分析，得出垂直潜流人工湿地中，微生物燃料电池中外电阻14电压变化与人工湿地堵塞状况直接的线性关系，最后将分析结果用于实际待测的垂直潜流人工湿地中，在正常运行情况下，通过对待测垂直潜流人工湿地的外电阻14电压进行测量，进而对该垂直潜流人工湿地的堵塞状况进行评测。[0068]实施例2[0069]利用微生物燃料电池对水平潜流人工湿地的堵塞状况进行评测，结合图1，考虑到水平潜流人工湿地其污泥主要积聚在中上部，因此稀释后的污泥只通过第一滤料区1〇的两个进料口进入装置，同时需要较长的时间进行静置沉淀，使其稳定，所以每两周利用污泥泵2将污水定量排入装置中，利用循环水管16将阳极区11周围水流充分混合。[0070]阴极区8设有5块6〇cm2的石墨毡4,其中石墨毡4上部暴露在空气中，石墨毡4之间用不锈钢网进行固定。阴极区8与滤料区中间设有一层玻璃棉9,为微生物燃料电池创造稳定的氧化还原梯度。[0071]为加快电子的转移速度，阳极区11利用GAC-SSM进行填充。阴极区8与阳极区11通过1mm的钛线7进行连接，为了加快生物膜的形成，在两极之间增设800D的电阻。[0072]在运行期间，通过数据记录仪15,将外电阻14每分钟产生的电压变化记录下来，当装置中污泥负荷达到8.0kg•TSnf3CW时，外电路几乎没有电荷通过，即装置堵塞严重，此时结束实验。并在最后对外电阻14电压与相对应的污泥负荷进行分析，得出在水平潜流人工湿地中，湿地堵塞状况和外电阻14的电压变化的线性关系，其中污泥累积量与微生物燃料电池的产电量成负相关，因为装置中堵塞情况就越严重，污泥累积量越高，导致外电路电子转移量降低。并将该实验结果应用于实际情况中，连续、及时地通过微生物燃料电池对待测水平潜流人工湿地的堵塞状况进行评测。[0073]实施例3[0074]利用微生物燃料电池对自由表面人工湿地的堵塞状况进行评测，结合图1，自由表面人工湿地与天然湿地类似，污水在人工湿地的表层流动，水位较浅，主要依靠植物根茎的拦截作用以及根茎的降解作用来进行进化。所以其污泥积累主要在上层表面，因此稀释后的污泥只从装置顶部排入，待污水在装置内停留两周后，再向装置内排入污泥负荷为0•5kg•TSnf3CW的污水，使装置内的污泥负荷在运行期间分别达到0•5、2•0、4•0、6•0以及8.0kg•TSm_3CW〇[0075]阴极区8设有5块60cm2的石墨毡4,其中石墨毡4上部暴露在空气中，石墨毡4之间用不锈钢网进行固定。阴极区8与滤料区中间设有一层玻璃棉9,为微生物燃料电池创造稳定的氧化还原梯度。[0076]为了加快电子的转移速度，阳极区11利用GAC-SSM进行填充，阴极区8与阳极区11通过1mm的钛线7进行连接，为了加快生物膜的形成，在两极之间增设500Q的电阻。[0077]第一滤料区10和第二滤料区13选用粒径为8〜10mm的碎石进行填充，承托层12采用粒径为20〜25mm鹅卵石进行填充。[0078]在运行期间，每两周从顶部向装置加入稀释后的污水，待污泥负荷达到相应值时停止进水，并通过数据记录仪15将外电阻14每分钟的电压变化记录下来。当污泥负荷达到7kg•TSnf3CW左右时，外电阻14几乎没有电荷通过，即表示系统堵塞严重。随后对外电阻14的电压变化和相对应的污泥负荷进行线性分析，得出在自由表面人工湿地中，微生物燃料电池中外电阻14电压变化和人工湿地堵塞状况的线性关系。最终将该线性关系应用于实际的自由表面人工湿地中，实现在正常运行情况下，连续、有效地对该人工湿地的堵塞状况进行评测。

权利要求：1.一种基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，其特征在于，包括人工湿地污泥储蓄池（1、耦合微生物燃料电池⑹以及测压电路，所述耦合微生物燃料电池⑹从上到下依次设有阴极区（8、第一滤料区（1〇、阳极区（n、第二滤料区（13以及承托层12，第一滤料区（10、第二滤料区（13分别设置至少一个污泥进料口，人工湿地污泥储蓄池（1通过进料管与污泥进料口连接，稀释后的污泥经污泥进料口排入耦合微生物燃料电池⑹中；所述测压电路包括连接阴极区⑻与阳极区（11的钛线⑺、在钛线⑺上设置的外电阻（14以及与外电阻（14并联的数据记录仪（15，通过数据记录仪（15记录电压变化。2.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，其特征在于，在第一滤料区（10、第二滤料区（13之间增设有循环水管（16和蠕动泵5，循环水从第二滤料区（I3不断通过蠕动泵（5循环至第一滤料区（10，进料管上设置有污泥栗⑵。3.根据权利要求2所述的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，其特征在于，阳极区（11采用GAC-SSM进行填充，阴极区（8、阳极区（11通过钛线⑺相连，在钛线⑺上设5〇0〜1000D的外电阻（14;阴极区⑻与第一滤料区（10中间设有玻璃棉⑼。4.根据权利要求3所述的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，其特征在于，阴极区⑻包括若干石墨毡⑷，石墨毡⑷通过不锈钢网进行固定，石墨毡⑷上部部分暴露于空气中；所述耦合微生物燃料电池6顶部设有溢流堰3。5.根据权利要求4所述的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置，其特征在于，第一滤料区（10、第二滤料区（I3均选取粒径为5〜10mm的碎石进行填充;承托层12选取粒径为15〜25mm的鹅卵石进行填充。6.—种利用微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的方法，其特征在于，其步骤为：A、构建权利要求1所述的基于微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的装置；B、将收集好的污泥稀释至一定浓度后，置于人工湿地污泥储蓄池（1中；C、每天通过污泥栗（2向步骤A的装置供应污泥负荷污水，在装置中停留1〜2周后，再向装置加入污水，使装置内的污泥负荷在运行期间分别达到0.5、2.0、4.0、6.0、8.0以及10.0kg•TSnf3CW，溢出的水通过溢流堰3排出；D、在运行期间，装置中的水通过蠕动泵⑸从第二滤料区（13流至第一滤料层10;E、在运行期间中，利用数据记录仪15记录外电阻（14上每分钟的电压变化；F、待外电阻（14的电压稳定后，通过观察增加污泥负荷所引起的外电阻（14电压变化，得出二者呈负相关线性关系，并对外电阻（14的电压变化和装置中污泥负荷进行分析，进而得出电压和人工湿地堵塞状况的线性关系，即电压越小表示人工湿地堵塞状况越严重；G、装置运行一段时间后，测压电路几乎没有电荷通过时，运行结束。7.根据权利要求6所述的一种利用微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的方法，其特征在于，步骤B中的污泥来自于处理了五年生活废水的人工湿地中试装置的底部污泥，收集后将原始污泥用自来水稀释到所需浓度，使得将进入装置中污水的污泥负荷范围控制在0.5〜10kg•TSm3CW。8.根据权利要求6所述的一种利用微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的方法，其特征在于，在评测垂直潜流人工湿地时，每周将朽泥负何的朽水从第一滤料区（10、第二滤料区（13的污泥进料口均匀布水，用来模拟垂直潜流人工湿地的堵塞状况。9.根据权利要求6所述的一种利用微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的方法，其特征在于，在评测水平潜流人工湿地时，污泥负荷的污水仅从第一滤料区（1〇的污泥进料口进行布水，经过两周的稳定时间后，再向装置中定量增加污泥负荷。10.根据权利要求6所述的一种利用微生物燃料电池评测人工湿地堵塞状况的方法，其特征在于，在评测自由表面流人工湿地进行时，污水仅从装置顶部进行布水，将污泥负荷的污水均匀排入装置，待静置两周后，再向装置增加污泥负荷。

百度查询： 环境保护部南京环境科学研究所 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

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