本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種利用污泥中有機(jī)顆粒的產(chǎn)電性能，通過(guò)對(duì)外電阻的電壓變化和裝置堵塞狀況之間的關(guān)系進(jìn)行分析，在穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，連續(xù)及時(shí)對(duì)待測(cè)人工濕地的堵塞情況進(jìn)行評(píng)測(cè)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
人工濕地作為一種低成本、低耗能的水處理技術(shù)，得到了人們的廣泛關(guān)注與研究。人工濕地是由濕地植物、濾床介質(zhì)以及微生物通過(guò)物理、化學(xué)和生物的相互作用，進(jìn)而達(dá)到去除水中污染物的目的。其中填料表面附著的生物膜、豐富的植物根系、濾床填料以及污泥，雖然可以使污水達(dá)到其處理效果，但是容易造成顆粒積累，從而導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞，并對(duì)系統(tǒng)的壽命和污水的處理效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此評(píng)測(cè)濕地的堵塞狀況，有利于改善水流，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的作用。
經(jīng)檢索，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510538727.x，申請(qǐng)公布日為2015年12月9日的專利申請(qǐng)文件公開(kāi)了一種基于線電源供電與測(cè)量技術(shù)定位人工濕地堵塞區(qū)域的方法，以堵塞填料區(qū)域及未堵塞填料區(qū)域的電流差異為基礎(chǔ)，采用提出的“線電源供電與測(cè)量?jī)蓸O裝置技術(shù)”，采集獲得各測(cè)線相鄰測(cè)點(diǎn)之間的電流值，然后把采集的電流值繪制成電流曲線和電流平面等值線圖；最后通過(guò)分析各測(cè)線電流曲線和電流平面等值線特征，達(dá)到探測(cè)人工濕地堵塞區(qū)域的目的。其不足之處是，該方法管理步驟復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)精度要求高，運(yùn)行費(fèi)用高。
中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410437150.9，申請(qǐng)公布日為2015年1月7日的專利申請(qǐng)文件公開(kāi)了一種利用聯(lián)合剖面視電阻率曲線定位人工濕地堵塞區(qū)域的方法，在人工濕地上方布置聯(lián)合剖面視電阻率測(cè)量裝置，按視電阻率剖面測(cè)量方式進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量。測(cè)量裝置的供電正極a、b和測(cè)量電極m、測(cè)量電極n均對(duì)稱于測(cè)量點(diǎn)o布設(shè)，ao選擇兩個(gè)極距進(jìn)行測(cè)量；“無(wú)窮遠(yuǎn)”的c極垂直于測(cè)線方向布極。其不足之處是，實(shí)驗(yàn)過(guò)程十分復(fù)雜，消耗時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)果分析相對(duì)復(fù)雜。
中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510141800.x，申請(qǐng)公布日為2015年6月24日的專利申請(qǐng)文件公開(kāi)了一種用植物纖維素氧同位素組成確定潛流濕地堵塞位置的方法，該方法在潛流人工濕地中，運(yùn)用均勻布點(diǎn)法在待評(píng)測(cè)區(qū)域布點(diǎn)，選擇在無(wú)風(fēng)、無(wú)雨時(shí)段進(jìn)行植物莖部采集，取植物纖維素，利用質(zhì)譜儀對(duì)樣品中18o含量進(jìn)行測(cè)定，再應(yīng)用snow標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算各處18o值，利用數(shù)據(jù)軟件作潛流濕地18o等高線分布圖，從而確定潛流濕地的堵塞區(qū)域。其不足之處是，此發(fā)明實(shí)驗(yàn)操作要求高，程序耗時(shí)，在運(yùn)行過(guò)程中不能連續(xù)應(yīng)用，主要應(yīng)用于潛流人工濕地的確定，適用性窄。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
1.要解決的問(wèn)題
針對(duì)現(xiàn)有人工濕地堵塞評(píng)測(cè)研究適應(yīng)性窄，不能高效、長(zhǎng)期、及時(shí)、穩(wěn)定地對(duì)人工濕地進(jìn)行評(píng)測(cè)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置，該裝置充分利用了污泥中有機(jī)顆粒的產(chǎn)電性能，通過(guò)對(duì)外電阻的電壓變化進(jìn)行測(cè)量，及時(shí)對(duì)人工濕地的堵塞狀況進(jìn)行評(píng)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了在連續(xù)運(yùn)行的條件下，及時(shí)評(píng)測(cè)系統(tǒng)堵塞狀況。
本發(fā)明又提供了一種基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的方法，適應(yīng)性廣，可以適用于評(píng)測(cè)常見(jiàn)人工濕地的堵塞狀況，且操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低以及所選材料成本低廉，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
2.技術(shù)方案
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
本發(fā)明的一種基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置，包括人工濕地污泥儲(chǔ)蓄池、耦合微生物燃料電池以及測(cè)壓電路，所述耦合微生物燃料電池從上到下依次設(shè)有陰極區(qū)、第一濾料區(qū)、陽(yáng)極區(qū)、第二濾料區(qū)以及承托層，第一濾料區(qū)、第二濾料區(qū)分別設(shè)置至少一個(gè)污泥進(jìn)料口，人工濕地污泥儲(chǔ)蓄池通過(guò)進(jìn)料管與污泥進(jìn)料口連接，稀釋后的污泥經(jīng)污泥進(jìn)料口排入耦合微生物燃料電池中；所述測(cè)壓電路包括連接陰極區(qū)與陽(yáng)極區(qū)的鈦線、在鈦線上設(shè)置的外電阻以及與外電阻并聯(lián)的數(shù)據(jù)記錄儀，并通過(guò)數(shù)據(jù)記錄儀將其電壓變化記錄下來(lái)，根據(jù)不同電壓變化所對(duì)應(yīng)的污泥負(fù)荷，分析得出兩者之間的關(guān)系，并用于評(píng)測(cè)實(shí)際待測(cè)的人工濕地的堵塞狀況。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在第一濾料區(qū)、第二濾料區(qū)之間增設(shè)有循環(huán)水管和蠕動(dòng)泵，循環(huán)水從第二濾料區(qū)不斷通過(guò)蠕動(dòng)泵循環(huán)至第一濾料區(qū)不斷循環(huán)，陽(yáng)極區(qū)及其周圍的水流充分混合，保證在陽(yáng)極區(qū)及周圍水流可以得到充分混合，進(jìn)料管上設(shè)置有污泥泵。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述陽(yáng)極區(qū)采用活性炭與不銹鋼網(wǎng)相嵌的材料(gac-ssm)進(jìn)行填充(gac為粒徑3-5mm的活性炭，ssm為0.3mm厚、12目的不銹鋼網(wǎng))，陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)通過(guò)鈦線相連，加強(qiáng)陽(yáng)極區(qū)電子的轉(zhuǎn)移速度；為了加快系統(tǒng)產(chǎn)電生物膜的形成，在鈦線上增設(shè)500～1000ω的外電阻。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述陰極區(qū)與第一濾料區(qū)中間設(shè)有玻璃棉，防止陰極區(qū)空氣泄露至陽(yáng)極區(qū)。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述陰極區(qū)包括若干個(gè)石墨氈，通過(guò)不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行固定，同時(shí)為了保證陰極區(qū)氧氣充分，石墨氈上部部分暴露于空氣中。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述耦合微生物燃料電池頂部設(shè)有溢流堰，其作用是增加混有污泥負(fù)荷的污水后，上層清水溢出至溢流堰，同時(shí)保證石墨氈上部與空氣相接觸。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一濾料區(qū)和第二濾料區(qū)均選取粒徑為5～10mm的碎石進(jìn)行填充；承托層選取粒徑為15～25mm的鵝卵石進(jìn)行填充。在濾料區(qū)采用碎石作為基質(zhì)，是因?yàn)樗槭瘜?duì)污泥有良好的截留作用，可以有效模擬裝置的堵塞現(xiàn)狀，同時(shí)利用小粒徑的碎石作為基質(zhì)，可以更好的創(chuàng)造厭氧條件，為陽(yáng)極提供良好的環(huán)境條件；承托層主要是保證底部水流循環(huán)，并對(duì)整個(gè)裝置起承托作用。
本發(fā)明的一種利用微生物燃料電池來(lái)評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的方法，其步驟為：
a、構(gòu)建上述的基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置；
b、將收集好的污泥濃度稀釋至一定濃度后，置于人工濕地污泥儲(chǔ)蓄池中；
c、每天通過(guò)污泥泵向步驟a的裝置供應(yīng)污泥負(fù)荷污水，在裝置中停留1～2周后，再向裝置加入污水，使裝置內(nèi)的污泥負(fù)荷在運(yùn)行期間分別達(dá)到0.5、2.0、4.0、6.0、8.0以及10.0kg·ts/m-3cw，溢出的水通過(guò)溢流堰排出；
d、在運(yùn)行期間，裝置中的水通過(guò)蠕動(dòng)泵從第二濾料區(qū)流至第以濾料區(qū)，保證陽(yáng)極室及其周圍水連續(xù)再循環(huán)，并充分混合；
e、在運(yùn)行期間中，利用數(shù)據(jù)記錄儀記錄外部電阻上每分鐘的電壓變化；
f、待外電阻的電壓穩(wěn)定后，通過(guò)觀察增加污泥負(fù)荷所引起的外電阻電壓變化，得出二者呈負(fù)相關(guān)線性關(guān)系，對(duì)外電阻的電壓變化和裝置中污泥負(fù)荷進(jìn)行分析，進(jìn)而可以得出電壓和人工濕地堵塞狀況的線性關(guān)系，即電壓越小表示人工濕地堵塞狀況越嚴(yán)重；
g、裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，測(cè)壓電路幾乎沒(méi)有電荷通過(guò)時(shí)，運(yùn)行結(jié)束。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟b中的污泥來(lái)自于處理了生活廢水五年的人工濕地中試裝置的底部污泥，收集后將原始污泥用自來(lái)水稀釋到所需濃度，使得將進(jìn)入裝置中污水的污泥負(fù)荷范圍控制在0.5～10kg·ts/m3cw。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，利用微生物燃料電池對(duì)垂直潛流人工濕地進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，每周將污水從第一濾料區(qū)、第二濾料區(qū)的污泥進(jìn)料口均勻布水，用來(lái)模擬垂直潛流人工濕地的堵塞狀況。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，利用微生物燃料電池對(duì)水平潛流人工濕地進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，為了模擬水平潛流人工濕地的堵塞狀況，污水僅從第一濾料區(qū)的污泥進(jìn)料口進(jìn)行布水，經(jīng)過(guò)兩周的穩(wěn)定時(shí)間后，再向裝置中定量增加污泥負(fù)荷。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，利用微生物燃料電池對(duì)自由表面流人工濕地進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，為了更好地模擬自由表面流實(shí)際的堵塞狀況，污水僅從裝置頂部進(jìn)行布水，將污泥負(fù)荷的污水均勻排入裝置，待靜置兩周后，再向裝置增加污泥負(fù)荷，同時(shí)觀察自由表面人工濕地堵塞狀況和電壓變化的線性關(guān)系。
3.有益效果
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
(1)本發(fā)明的基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置，充分利用了污泥中有機(jī)顆粒的產(chǎn)電性能，通過(guò)對(duì)外電阻的電壓變化進(jìn)行測(cè)量，電壓和人工濕地堵塞狀況的呈負(fù)相關(guān)線性關(guān)系，及時(shí)對(duì)人工濕地的堵塞狀況進(jìn)行評(píng)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了在連續(xù)運(yùn)行的條件下，及時(shí)評(píng)測(cè)濕地堵塞狀況；
(2)本發(fā)明的基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置，運(yùn)用人工濕地上部與下部存在的天然氧化還原梯度，人工濕地上層空氣與植物的泌氧功能為微生物燃料電池的陰極提供了良好的有氧環(huán)境；下層處于厭氧環(huán)境，給微生物燃料電池的陽(yáng)極提供了條件，為微生物燃料電池提供了得天獨(dú)厚的條件，無(wú)需外加能源，經(jīng)濟(jì)環(huán)保；
(3)本發(fā)明的基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置，采用鈦線連接陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)，鈦線相比其他鈦線，鈦線具有內(nèi)阻小的優(yōu)勢(shì)，能更靈敏地監(jiān)測(cè)人工濕地的堵塞狀況；同時(shí)加快系統(tǒng)產(chǎn)電生物膜的形成；
(4)本發(fā)明的基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置，在陰極區(qū)與第一濾料區(qū)中間設(shè)有玻璃棉，防止陰極區(qū)空氣泄露至陽(yáng)極區(qū)，從而保證陽(yáng)極室的厭氧環(huán)境，為微生物燃料電池創(chuàng)造穩(wěn)定的氧化還原梯度；
(5)本發(fā)明的基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置，在第一濾料區(qū)和第二濾料區(qū)采用碎石作為基質(zhì)，碎石對(duì)污泥有良好的截留作用，可以有效模擬裝置的堵塞現(xiàn)狀，同時(shí)利用小粒徑的碎石作為基質(zhì)，可以更好的創(chuàng)造厭氧條件，為陽(yáng)極提供良好的環(huán)境條件；承托層采用鵝卵石，主要是保證底部水流循環(huán)，并對(duì)整個(gè)裝置起承托作用；
(6)本發(fā)明的利用微生物燃料電池來(lái)評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的方法，適應(yīng)性廣，可以適用于評(píng)測(cè)常見(jiàn)人工濕地的堵塞狀況，且操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低以及所選材料成本低廉，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1、人工濕地污泥儲(chǔ)蓄池；2、污泥泵；3、溢流堰；4、石墨氈；5、蠕動(dòng)泵；6、耦合微生物燃料電池；7、鈦線；8、陰極區(qū)；9、玻璃棉；10、第一濾料區(qū)；11、陽(yáng)極區(qū)；12、承托層；13、第二濾料區(qū)；14、外電阻；15、數(shù)據(jù)記錄儀；16、循環(huán)水管。
具體實(shí)施方式
下文對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述參考了附圖，該附圖形成描述的一部分，在該附圖中作為示例示出了本發(fā)明可實(shí)施的示例性實(shí)施例。盡管這些示例性實(shí)施例被充分詳細(xì)地描述以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解可實(shí)現(xiàn)其他實(shí)施例且可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明作各種改變。下文對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的更詳細(xì)的描述并不用于限制所要求的本發(fā)明的范圍，而僅僅為了進(jìn)行舉例說(shuō)明且不限制對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)和特征的描述，以提出執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式，并足以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求來(lái)限定。
下文對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述和示例實(shí)施例可結(jié)合附圖來(lái)更好地理解，其中本發(fā)明的元件和特征由附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。
如圖1所示，本發(fā)明的基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置包括人工濕地污泥儲(chǔ)蓄池1、耦合微生物燃料電池6以及測(cè)壓電路，耦合微生物燃料電池6從上到下依次設(shè)有陰極區(qū)8、第一濾料區(qū)10、陽(yáng)極區(qū)11、第二濾料區(qū)13以及承托層12，第一濾料區(qū)10、第二濾料區(qū)13分別設(shè)置兩個(gè)污泥進(jìn)料口，人工濕地污泥儲(chǔ)蓄池1通過(guò)進(jìn)料管與污泥進(jìn)料口連接，進(jìn)料管上設(shè)置有污泥泵2，稀釋后的污泥經(jīng)污泥進(jìn)料口排入耦合微生物燃料電池6中；測(cè)壓電路包括連接陰極區(qū)8與陽(yáng)極區(qū)11的鈦線7、在鈦線7上設(shè)置的外電阻14以及與外電阻14并聯(lián)的數(shù)據(jù)記錄儀15，并通過(guò)數(shù)據(jù)記錄儀15將其電壓變化記錄下來(lái)。
本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，人工濕地中的濾床介質(zhì)中固體積累是引起堵塞的重要原因，而人工濕地中的污泥有機(jī)顆粒含量較高；同時(shí)，微生物燃料電池是一種生物電化學(xué)裝置，可以通過(guò)電化學(xué)活性菌催化，將有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行降解的同時(shí)產(chǎn)生電子，并通過(guò)鈦線7將電子傳遞至陰極形成電流。由于裝置內(nèi)積累的污泥量越高，基質(zhì)間顆粒積累越嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致電子轉(zhuǎn)移量降低，因此可以通過(guò)對(duì)微生物燃料電池外電路的電壓進(jìn)行測(cè)量，來(lái)評(píng)測(cè)保留在基質(zhì)間顆粒累積狀況，微生物燃料電池外電路的電壓越高，電荷量就越低，即表示裝置堵塞越嚴(yán)重。因此，本發(fā)明根據(jù)不同電壓變化所對(duì)應(yīng)的污泥負(fù)荷，分析得出兩者之間的關(guān)系，并用于評(píng)測(cè)實(shí)際待測(cè)的人工濕地的堵塞狀況。
為了陽(yáng)極區(qū)11及其周圍的水流充分混合，在第一濾料區(qū)10、第二濾料區(qū)13之間增設(shè)有循環(huán)水管16和蠕動(dòng)泵5，循環(huán)水從第二濾料區(qū)13不斷通過(guò)蠕動(dòng)泵5循環(huán)至第一濾料區(qū)10不斷循環(huán)，保證在陽(yáng)極區(qū)11及周圍水流可以得到充分混合。
為了加強(qiáng)陽(yáng)極區(qū)11電子的轉(zhuǎn)移速度，陽(yáng)極區(qū)11采用活性炭與不銹鋼網(wǎng)相嵌的材料(gac-ssm)進(jìn)行填充(gac為粒徑3-5mm的活性炭，ssm為0.3mm厚、12目的不銹鋼網(wǎng))，陰極區(qū)8、陽(yáng)極區(qū)11通過(guò)鈦線7相連，為了加快系統(tǒng)產(chǎn)電生物膜的形成，在鈦線7上增設(shè)500～1000ω的外電阻14。
為了保證陰極區(qū)8氧氣充分，石墨氈4上部部分暴露于空氣中，陰極區(qū)8包括若干個(gè)石墨氈4，通過(guò)不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行固定，同時(shí)陰極區(qū)8與第一濾料區(qū)10中間設(shè)有玻璃棉9，防止陰極區(qū)8空氣泄露至陽(yáng)極區(qū)11。
在圖1中，耦合微生物燃料電池6頂部設(shè)有溢流堰3，其作用是增加混有污泥負(fù)荷的污水后，上層清水溢出至溢流堰3，同時(shí)保證石墨氈4上部與空氣相接觸。
在本發(fā)明中，第一濾料區(qū)10和第二濾料區(qū)13選取粒徑為5～10mm的碎石進(jìn)行填充，承托層12選取粒徑為15～25mm的鵝卵石進(jìn)行填充。在第一濾料區(qū)10和第二濾料區(qū)13采用碎石作為基質(zhì)，是因?yàn)樗槭瘜?duì)污泥有良好的截留作用，可以有效模擬裝置的堵塞現(xiàn)狀，同時(shí)利用小粒徑的碎石作為基質(zhì)，可以更好的創(chuàng)造厭氧條件，為陽(yáng)極提供良好的環(huán)境條件；承托層12主要是保證底部水流循環(huán)，并對(duì)整個(gè)裝置起承托作用。
本發(fā)明的利用微生物燃料電池來(lái)評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的方法，其步驟為：
a、構(gòu)建基于微生物燃料電池評(píng)測(cè)人工濕地堵塞狀況的裝置；
b、將收集好的污泥濃度稀釋至0.5kg·ts/m3cw后，置于人工濕地污泥儲(chǔ)蓄池1中；污泥來(lái)自于處理了生活廢水五年的人工濕地中試裝置的底部污泥，收集后將原始污泥用自來(lái)水稀釋到所需濃度，使得將進(jìn)入裝置中污水的污泥負(fù)荷范圍控制在0.5～10kg·ts/m3cw。
c、每天通過(guò)污泥泵2向裝置供應(yīng)污泥負(fù)荷污水，在裝置中停留1～2周后，再向裝置加入污水，使裝置內(nèi)的污泥負(fù)荷在運(yùn)行期間分別達(dá)到0.5、2.0、4.0、6.0、8.0以及10.0kg·ts/m-3cw，溢出的水通過(guò)溢流堰3排出；
d、在運(yùn)行期間，裝置中的水通過(guò)蠕動(dòng)泵5從第二濾料區(qū)13流至第以濾料區(qū)，保證陽(yáng)極室及其周圍水連續(xù)再循環(huán)，并充分混合；
e、在運(yùn)行期間中，利用數(shù)據(jù)記錄儀15記錄外部電阻上每分鐘的電壓變化；
f、待外電阻14的電壓穩(wěn)定后，通過(guò)觀察增加污泥負(fù)荷所引起的外電阻14電壓變化，得出二者呈負(fù)相關(guān)線性關(guān)系，對(duì)外電阻14的電壓變化和裝置中污泥負(fù)荷進(jìn)行分析，進(jìn)而可以得出電壓和人工濕地堵塞狀況的線性關(guān)系，即電壓越小表示人工濕地堵塞狀況越嚴(yán)重；
g、裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，測(cè)壓電路幾乎沒(méi)有電荷通過(guò)時(shí)，運(yùn)行結(jié)束。
針對(duì)目前常見(jiàn)的人工濕地，采用區(qū)別對(duì)待的方式進(jìn)行評(píng)測(cè)：
1)利用微生物燃料電池對(duì)垂直潛流人工濕地進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，每周將污水從第一濾料區(qū)10、第二濾料區(qū)13的污泥進(jìn)料口均勻布水，用來(lái)模擬垂直潛流人工濕地的堵塞狀況；
2)利用微生物燃料電池對(duì)水平潛流人工濕地進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，為了模擬水平潛流人工濕地的堵塞狀況，污水僅從第一濾料區(qū)10的污泥進(jìn)料口進(jìn)行布水，經(jīng)過(guò)兩周的穩(wěn)定時(shí)間后，再向裝置中定量增加污泥負(fù)荷；
3)利用微生物燃料電池對(duì)自由表面流人工濕地進(jìn)行評(píng)測(cè)時(shí)，為了更好地模擬自由表面流實(shí)際的堵塞狀況，污水僅從裝置頂部進(jìn)行布水，將污泥負(fù)荷的污水均勻排入裝置，待靜置兩周后，再向裝置增加污泥負(fù)荷，同時(shí)觀察自由表面人工濕地堵塞狀況和電壓變化的線性關(guān)系。
在運(yùn)行之前需要做一系列準(zhǔn)備工作，將處理過(guò)五年生活廢水的人工濕地中試裝置的底泥，作為裝置的供應(yīng)底泥。將底泥收集后，在5℃條件下，沉降濃縮一周后，分析濃縮污泥的總固體、揮發(fā)性固體、總化學(xué)需氧量和可溶性化學(xué)需氧量；再用自來(lái)水將壓縮污泥稀釋，使污泥進(jìn)水時(shí)的污泥負(fù)荷約為0.5kg·ts/m-3cw，隨后定時(shí)通過(guò)進(jìn)料口向裝置增加適當(dāng)污水，使裝置內(nèi)的污泥負(fù)荷在運(yùn)行期間分別可以達(dá)到0.5、2.0、4.0、6.0、8.0以及10.0kg·ts/m-3cw。
實(shí)施例1
利用微生物燃料電池對(duì)垂直潛流式人工濕地的堵塞狀況進(jìn)行評(píng)測(cè)，結(jié)合圖1，包括人工濕地污泥儲(chǔ)蓄池1、耦合微生物燃料電池6以及測(cè)壓電路，其中耦合微生物燃料電池6從上到下依次設(shè)有陰極區(qū)8、第一濾料區(qū)10、陽(yáng)極區(qū)11、第二濾料區(qū)13以及承托層12。在耦合裝置頂部設(shè)有溢流堰3，在第一濾料區(qū)10、第二濾料區(qū)13分別分布有兩個(gè)污泥進(jìn)料口，通過(guò)污泥泵2將稀釋后的污泥排入耦合裝置中。第一濾料區(qū)10、第二濾料區(qū)13，增設(shè)循環(huán)水管16，利用蠕動(dòng)泵5，將水從第二濾料區(qū)13排出至第一濾料區(qū)10流入，進(jìn)行循環(huán)。
陰極區(qū)8設(shè)有5塊60cm2的石墨氈4，其中石墨氈4上部暴露在空氣中，石墨氈4之間用不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行固定。陰極區(qū)8與第一濾料區(qū)10中間設(shè)有一層玻璃棉9，防止陰極區(qū)8的氧氣泄漏至陽(yáng)極室，從而保證陽(yáng)極室的厭氧環(huán)境，為微生物燃料電池創(chuàng)造穩(wěn)定的氧化還原梯度。
為了加快電子的轉(zhuǎn)移速度，陽(yáng)極區(qū)11利用gac-ssm進(jìn)行填充，其中陰、陽(yáng)兩級(jí)中的不銹鋼可以作為兩級(jí)的物理屏障，阻止兩區(qū)之間的底物交換。陰極區(qū)8與陽(yáng)極區(qū)11通過(guò)1mm的鈦線7進(jìn)行連接，為加強(qiáng)生物膜的形成，在兩極之間增設(shè)1000ω的電阻。
第一濾料區(qū)10和第二濾料區(qū)13均選用粒徑為5～8mm的碎石進(jìn)行填充，承托層12選取粒徑為15～20mm的鵝卵石。
在運(yùn)行期間，每周向第一濾料區(qū)10的污泥進(jìn)料口、第二濾料區(qū)13的污泥進(jìn)料口定量增加污水，使裝置內(nèi)污泥負(fù)荷達(dá)到指定負(fù)荷，并通過(guò)數(shù)據(jù)記錄儀15，將外部電阻每分鐘產(chǎn)生的電壓變化記錄下來(lái)，當(dāng)污泥負(fù)荷達(dá)到10.0kg·ts/m-3cw時(shí)，外電路幾乎沒(méi)有電荷通過(guò)，此時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。最后對(duì)不同污染負(fù)荷條件下的電壓變化進(jìn)行分析，得出垂直潛流人工濕地中，微生物燃料電池中外電阻14電壓變化與人工濕地堵塞狀況直接的線性關(guān)系，最后將分析結(jié)果用于實(shí)際待測(cè)的垂直潛流人工濕地中，在正常運(yùn)行情況下，通過(guò)對(duì)待測(cè)垂直潛流人工濕地的外電阻14電壓進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而對(duì)該垂直潛流人工濕地的堵塞狀況進(jìn)行評(píng)測(cè)。
實(shí)施例2
利用微生物燃料電池對(duì)水平潛流人工濕地的堵塞狀況進(jìn)行評(píng)測(cè)，結(jié)合圖1，考慮到水平潛流人工濕地其污泥主要積聚在中上部，因此稀釋后的污泥只通過(guò)第一濾料區(qū)10的兩個(gè)進(jìn)料口進(jìn)入裝置，同時(shí)需要較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行靜置沉淀，使其穩(wěn)定，所以每?jī)芍芾梦勰啾?將污水定量排入裝置中，利用循環(huán)水管16將陽(yáng)極區(qū)11周圍水流充分混合。
陰極區(qū)8設(shè)有5塊60cm2的石墨氈4，其中石墨氈4上部暴露在空氣中，石墨氈4之間用不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行固定。陰極區(qū)8與濾料區(qū)中間設(shè)有一層玻璃棉9，為微生物燃料電池創(chuàng)造穩(wěn)定的氧化還原梯度。
為加快電子的轉(zhuǎn)移速度，陽(yáng)極區(qū)11利用gac-ssm進(jìn)行填充。陰極區(qū)8與陽(yáng)極區(qū)11通過(guò)1mm的鈦線7進(jìn)行連接，為了加快生物膜的形成，在兩極之間增設(shè)800ω的電阻。
在運(yùn)行期間，通過(guò)數(shù)據(jù)記錄儀15，將外電阻14每分鐘產(chǎn)生的電壓變化記錄下來(lái)，當(dāng)裝置中污泥負(fù)荷達(dá)到8.0kg·ts/m-3cw時(shí)，外電路幾乎沒(méi)有電荷通過(guò)，即裝置堵塞嚴(yán)重，此時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)。并在最后對(duì)外電阻14電壓與相對(duì)應(yīng)的污泥負(fù)荷進(jìn)行分析，得出在水平潛流人工濕地中，濕地堵塞狀況和外電阻14的電壓變化的線性關(guān)系，其中污泥累積量與微生物燃料電池的產(chǎn)電量成負(fù)相關(guān)，因?yàn)檠b置中堵塞情況就越嚴(yán)重，污泥累積量越高，導(dǎo)致外電路電子轉(zhuǎn)移量降低。并將該實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際情況中，連續(xù)、及時(shí)地通過(guò)微生物燃料電池對(duì)待測(cè)水平潛流人工濕地的堵塞狀況進(jìn)行評(píng)測(cè)。
實(shí)施例3
利用微生物燃料電池對(duì)自由表面人工濕地的堵塞狀況進(jìn)行評(píng)測(cè)，結(jié)合圖1，自由表面人工濕地與天然濕地類似，污水在人工濕地的表層流動(dòng)，水位較淺，主要依靠植物根莖的攔截作用以及根莖的降解作用來(lái)進(jìn)行進(jìn)化。所以其污泥積累主要在上層表面，因此稀釋后的污泥只從裝置頂部排入，待污水在裝置內(nèi)停留兩周后，再向裝置內(nèi)排入污泥負(fù)荷為0.5kg·ts/m-3cw的污水，使裝置內(nèi)的污泥負(fù)荷在運(yùn)行期間分別達(dá)到0.5、2.0、4.0、6.0以及8.0kg·ts/m-3cw。
陰極區(qū)8設(shè)有5塊60cm2的石墨氈4，其中石墨氈4上部暴露在空氣中，石墨氈4之間用不銹鋼網(wǎng)進(jìn)行固定。陰極區(qū)8與濾料區(qū)中間設(shè)有一層玻璃棉9，為微生物燃料電池創(chuàng)造穩(wěn)定的氧化還原梯度。
為了加快電子的轉(zhuǎn)移速度，陽(yáng)極區(qū)11利用gac-ssm進(jìn)行填充，陰極區(qū)8與陽(yáng)極區(qū)11通過(guò)1mm的鈦線7進(jìn)行連接，為了加快生物膜的形成，在兩極之間增設(shè)500ω的電阻。
第一濾料區(qū)10和第二濾料區(qū)13選用粒徑為8～10mm的碎石進(jìn)行填充，承托層12采用粒徑為20～25mm鵝卵石進(jìn)行填充。
在運(yùn)行期間，每?jī)芍軓捻敳肯蜓b置加入稀釋后的污水，待污泥負(fù)荷達(dá)到相應(yīng)值時(shí)停止進(jìn)水，并通過(guò)數(shù)據(jù)記錄儀15將外電阻14每分鐘的電壓變化記錄下來(lái)。當(dāng)污泥負(fù)荷達(dá)到7kg·ts/m-3cw左右時(shí)，外電阻14幾乎沒(méi)有電荷通過(guò)，即表示系統(tǒng)堵塞嚴(yán)重。隨后對(duì)外電阻14的電壓變化和相對(duì)應(yīng)的污泥負(fù)荷進(jìn)行線性分析，得出在自由表面人工濕地中，微生物燃料電池中外電阻14電壓變化和人工濕地堵塞狀況的線性關(guān)系。最終將該線性關(guān)系應(yīng)用于實(shí)際的自由表面人工濕地中，實(shí)現(xiàn)在正常運(yùn)行情況下，連續(xù)、有效地對(duì)該人工濕地的堵塞狀況進(jìn)行評(píng)測(cè)。