全文摘要
本实用新型提供的一种人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，包括公路、设置在公路两侧的反应器以及与反应器连接的外接用电设备，公路自中轴线向两侧方向均沿倾斜向下的角度设置；反应器包括自公路中轴线向两侧方向依次设置的直排水区、阴极区、基质填充区以及生物阳极区，外接用电设备的正极与生物阳极区电性连接，且其负极与阴极区电性连接；本实用新型解决了现有技术存在的维护管理复杂、占地面积大、对周边环境影响较大以及处理效果不好的问题。
主设计要求
1.一种人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，其特征在于，包括公路、设置在公路两侧的反应器(2)以及与反应器(2)连接的外接用电设备(3)，所述公路(1)自中轴线向两侧方向均沿倾斜向下的角度设置；所述反应器(2)包括自公路中轴线向两侧方向依次设置的直排水区(21)、阴极区(22)、基质填充区(23)以及生物阳极区(24)，所述外接用电设备(3)的正极与生物阳极区(24)电性连接，且其负极与阴极区(22)电性连接；所述直排水区(21)设置有智能阀门(211)，所述智能阀门(211)通过预留区域(212)与市政管网连接，所述预留区域(212)位于反应器(2)的底端下方；所述生物阳极区(24)和基质填充区(23)与土壤和空气的接触部分均设置有第二隔离层(244)，所述生物阳极区(24)的内部填充有阳极导电基质(241)，且其远离公路侧的底端设置有出口管(4)，所述出口管(4)的出水口与市政管网连接，所述阳极导电基质(241)的内部均匀设置有微生物和若干竖直且并联的阳极集流体(242)，所述阳极集流体(242)的并联公共端与外接用电设备(3)的正极电性连接，所述生物阳极区(24)与空气接触的第二隔离层(244)的顶端设置有阳极植被层(243)；所述出口管(4)的入水口设置有过滤网和水质监测器，所述水质监测器的输出端与上位机通信连接。
设计方案
1.一种人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，其特征在于，包括公路、设置在公路两侧的反应器(2)以及与反应器(2)连接的外接用电设备(3)，所述公路(1)自中轴线向两侧方向均沿倾斜向下的角度设置；所述反应器(2)包括自公路中轴线向两侧方向依次设置的直排水区(21)、阴极区(22)、基质填充区(23)以及生物阳极区(24)，所述外接用电设备(3)的正极与生物阳极区(24)电性连接，且其负极与阴极区(22)电性连接；
所述直排水区(21)设置有智能阀门(211)，所述智能阀门(211)通过预留区域(212)与市政管网连接，所述预留区域(212)位于反应器(2)的底端下方；
所述生物阳极区(24)和基质填充区(23)与土壤和空气的接触部分均设置有第二隔离层(244)，所述生物阳极区(24)的内部填充有阳极导电基质(241)，且其远离公路侧的底端设置有出口管(4)，所述出口管(4)的出水口与市政管网连接，所述阳极导电基质(241)的内部均匀设置有微生物和若干竖直且并联的阳极集流体(242)，所述阳极集流体(242)的并联公共端与外接用电设备(3)的正极电性连接，所述生物阳极区(24)与空气接触的第二隔离层(244)的顶端设置有阳极植被层(243)；
所述出口管(4)的入水口设置有过滤网和水质监测器，所述水质监测器的输出端与上位机通信连接。
2.根据权利要求1所述的人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，其特征在于，所述阴极区(22)的内部设置有最低端远离公路侧设置的斜坡(225)，所述斜坡(225)的最高端的高度低于公路(1)的高度，其顶端填充有阴极导电基质(221)，且其底端与土壤连接，所述阴极导电基质(221)的内部均匀设置有若干竖直且并联的阴极集流体(222)，且其顶端设置有阴极植被层(223)，所述阴极集流体(222)的并联公共端与外接用电设备(3)的负极电性连接，斜坡(225)与土壤的接触部分设置有第一隔离层(224)。
3.根据权利要求1所述的人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，其特征在于，所述基质填充区(23)内部填充有矿物基质。
4.根据权利要求1所述的人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，其特征在于，所述角度的范围为5°-10°。
5.根据权利要求3所述的人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，其特征在于，所述矿物基质的材料为石英砂、沸石或铁锰矿石。
6.根据权利要求2所述的人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，其特征在于，所述阴极导电基质(221)的材料和阳极导电基质(241)的材料均为活性炭；
所述阴极集流体(222)的材料和阳极集流体(242)的材料均为碳布、碳毡或碳棒。
7.根据权利要求2所述的人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，其特征在于，所述外接用电设备(3)为路灯，所述路灯的正极与阳极集流体(242)的并联公共端电性连接，且其负极与阴极集流体(222)的并联公共端电性连接。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统。
背景技术
伴随着高速公路的快速发展，高速公路周围环境的问题也逐渐凸显，特别是降雨径流的非点源污染日渐严重。研究表明，公路路面径流中的主要污染物是SS、COD、P、N营养氯化物、重金属、油脂和PAHs等，其中轮胎磨损等颗粒以及大气降尘与除冰剂等产生的SS是最主要的污染成分，大量实验证明高速公路路面排水具有较高的污染强度，排放到任何地表水体都会造成污染。
目前我国高速公路污水处理还在发展初期，治理实践少之又少，多数公路只是被建议采用好氧塘进行沉淀和净化，而并未实践，好氧塘维护管理复杂，占地面积大，对周边环境影响较大，且需要及时投放药剂并对出水回流量、浓度等进行检测，现只有部分公路采用化粪池等简易方法对生活污水处理，在环保检测的结果证明使用该类方法出水达不到排放标准，出水对周围环境特别是地下水的污染非常严重，除了处理效果不好，使用化粪池处理高速公路屋面污水还会对周边环境产生较大影响，造成臭味容易滋生蚊蝇。
人工湿地是一种低耗能、低成本、低投资的新型污水处理技术，具有低浓度水处理效果好、维护较容易、景观效果好等特点，是一种较好的高速公路路面径流的处理方法，但由于人工湿地系统难应对流量很大和水质很差的极端情况，而路面径流进水的化学性质和水文特性又会根据降雨时间有较大变化，人工湿地中水生植物的基本生长条件往往难以保证，污水处理的效率与效果也会因上述等原因而不稳定。
实用新型内容
针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，用于解决现有技术存在的维护管理复杂、占地面积大、对周边环境影响较大以及处理效果不好的问题。
为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，包括公路、设置在公路两侧的反应器以及与反应器连接的外接用电设备，公路自中轴线向两侧方向均沿倾斜向下的角度设置；反应器包括自公路中轴线向两侧方向依次设置的直排水区、阴极区、基质填充区以及生物阳极区，外接用电设备的正极与生物阳极区电性连接，且其负极与阴极区电性连接。
进一步地，直排水区设置有智能阀门，智能阀门通过预留区域与市政管网连接，预留区域位于反应器的底端下方。
进一步地，阴极区的内部设置有最低端远离公路侧设置的斜坡，斜坡的最高端的高度低于公路的高度，其顶端填充有阴极导电基质，且其底端与土壤连接，阴极导电基质的内部均匀设置有若干竖直且并联的阴极集流体，且其顶端设置有阴极植被层，阴极集流体的并联公共端与外接用电设备的负极电性连接，斜坡与土壤的接触部分设置有第一隔离层。
进一步地，基质填充区内部填充有矿物基质。
进一步地，生物阳极区和基质填充区与土壤和空气的接触部分均设置有第二隔离层，生物阳极区的内部填充有阳极导电基质，且其远离公路侧的底端设置有出口管，出口管的出水口与市政管网连接，阳极导电基质的内部均匀设置有微生物和若干竖直且并联的阳极集流体，阳极集流体的并联公共端与外接用电设备的正极电性连接，生物阳极区与空气接触的第二隔离层的顶端设置有阳极植被层。
进一步地，出口管的入水口设置有过滤网和水质监测器，水质监测器的输出端与上位机通信连接。
进一步地，角度的范围为5°-10°。
进一步地，矿物基质的材料为石英砂、沸石或铁锰矿石。
进一步地，阴极导电基质的材料和阳极导电基质的材料均为活性炭；
阴极集流体的材料和阳极集流体的材料均为碳布、碳毡或碳棒。
进一步地，外接用电设备为路灯，路灯的正极与阳极集流体的并联公共端电性连接，且其负极与阴极集流体的并联公共端电性连接。
本方案的有益效果为：
(1)本方案无需另设大面积污水处理池，可直接利用现有规定中高速公路与居民区间的30m必须空间，不仅高效利用土地，还可净化空气，增加绿地面积，对道路环境起美化作用；
(2)本方案设置水质监测器并实时将数据上传检测中心的上位机，方便维护人员对系统进行管理维护；
(3)本方案利用微生物处理污水时的产电为道路照明提供能源，不仅可净化污水、减少汽车漏油及尾气对周边空气、水体、土壤及居民用水等生活条件的影响，还可收集电能并将其高效利用；
(4)本方案可及时排除路面径流，可抑制由雨水过多造成的交通堵塞情况；
(5)本方案中设置的植被层不仅可减少高速公路对周边居民的噪音影响，还可防止周边居民进入高速公路。
附图说明
图1为人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统结构示意图。
其中，1、公路；2、反应器；21、直排水区；211、智能阀门；212、预留区域；22、阴极区；221、阴极导电基质；222、阴极集流体；223、阴极植被层；224、第一隔离层；225、斜坡；23、基质填充区；24、生物阳极区；241、阳极导电基质；242、阳极集流体；243、阳极植被层；244、第二隔离层；3、外接用电设备；4、出口管。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
如图1所示，一种人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，包括公路1、设置在公路两侧的反应器2以及与反应器2连接的外接用电设备3，避免了单独设置大面积的污水处理池，公路1自中轴线向两侧方向均沿倾斜向下的角度设置，角度为5°；反应器2包括自公路中轴线向两侧方向依次设置的直排水区21、阴极22、基质填充区23以及生物阳极区24，外接用电设备3的正极与生物阳极区24电性连接，且其负极与阴极22电性连接，保持公路1与两侧居民区的距离，同时增加绿地面积，不仅净化空气对道路也有一定美化作用。
本实施例中，直排水区21设置有智能阀门211，智能阀门211通过预留区域212与市政管网连接，预留区域212位于反应器2的底端下方。
本实施例中，阴极区22的内部设置有最低端远离公路侧设置的斜坡225，斜坡225的最高端的高度低于公路1的高度，其顶端填充有阴极导电基质221，且其底端与土壤连接，阴极导电基质221的内部均匀设置有若干竖直且并联的阴极集流体222，且其顶端设置有阴极植被层223，阴极集流体222的并联公共端与外接用电设备3的负极电性连接，斜坡225与土壤的接触部分设置有第一隔离层224。
本实施例中，基质填充区23内部填充有矿物基质。
本实施例中，生物阳极区24和基质填充区23与土壤和空气的接触部分均设置有第二隔离层244，生物阳极区24的内部填充有阳极导电基质241，且其远离公路侧的底端设置有出口管4，出口管4的出水口与市政管网连接，出口管4的入水口设置有过滤网和水质监测器，水质监测器的输出端与上位机通信连接，可通过监测出水的pH等数据，判断系统的运行情况，以方便系统的维护；阳极导电基质241的内部均匀设置有微生物和若干竖直且并联的阳极集流体242，阳极集流体242的并联公共端与外接用电设备3的正极电性连接，生物阳极区24与空气接触的第二隔离层244的顶端设置有阳极植被层243；
研究表明在降雨初期时采用拦截径流初期30％流量，可以综合去除69.37％～92.21％的径流污染负荷，所以本发明将人工湿地结合微生物燃料电池加强对污水的处理效果，同时设置智能闸门，在雨水过盛时选择截取径流初期30％左右的流量，避免系统超负荷，同时设置水质检测器，远程监控避免系统崩溃。
本实施例中，矿物基质的材料为石英砂。
本实施例中，阴极导电基质221的材料和阳极导电基质241的材料均为活性炭；
阴极集流体222的材料和阳极集流体242的材料均为碳棒。
本实施例中，外接用电设备3为路灯，路灯的正极与阳极集流体242的并联公共端电性连接，且其负极与阴极集流体222的并联公共端电性连接，收集并利用污水处理时的产电可为公路1照明提供能源，在充分利用再生能源的条件下，促进完善公路1的路灯建设，提高交通安全性。
工作原理：雨水流向设置有倾斜角度的公路两侧，设置智能阀门211，选择截留降雨初期30％左右的路面径流进入反应器2，其余的进入智能阀门211通过反应器2下方的预留区域212直接连接市政管网的污水管排出，进入反应器2的雨水，经过阴极区22的斜坡225流向基质填充区23进行过滤，再经过生物阳极区24，通过过滤网过滤后经出口管4直接连接市政管网的净水管排出，形成人工湿地系统处理路面径流，生物阳极区24中的微生物形成微生物燃料电池，阳极集流体242与阴极集流体222，收集并利用污水处理时的产电可为公路1照明提供能源；水质监测器并实时将数据上传检测中心的上位机，可通过监测出水的pH等数据，判断系统的运行情况，以方便系统的维护。
本实用新型提供的一种人工湿地耦合微生物燃料电池公路污水处理系统，解决了现有技术存在的维护管理复杂、占地面积大、对周边环境影响较大以及处理效果不好的问题。
以上所述仅为本实用新型的实施例，实施例用于理解实用新型的结构、功能和效果，并不用于限制本实用新型的保护范围。本实用新型可以有各种更改和变化，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920035992.X
申请日:2019-01-09
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:90(成都)
授权编号:CN209721855U
授权时间:20191203
主分类号:C02F9/14
专利分类号:C02F9/14
范畴分类:申请人:四川农业大学
第一申请人:四川农业大学
申请人地址:610000 四川省成都市温江区惠民路211号
发明人:张可;吴香伶;陈剑;陈伟;陈佳
第一发明人:张可
当前权利人:四川农业大学
代理人:李蕊
代理机构:51229
代理机构编号:成都正华专利代理事务所(普通合伙) 51229
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计