一种沿海地区高盐河道原位治理太阳能浮盆

摘要

一种沿海地区高盐河道原位治理太阳能浮盆，包括生物电极系统和太阳能偏压系统，所述的生物电极系统包括负载浮盆及镶嵌在浮盆下的电极系统，生物电极位于河道水位以下；所述的太阳能偏压系统包括太阳能光伏板和控制柜，控制柜中主要为稳压直流电源及蓄电池，稳压直流电源通过导线与生物电极系统相连。本发明提供以钛纳米阵列为生物电极，即具有良好的生物兼容性、导电性、延展性，又具有非常优异的抗腐蚀性能。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种沿海地区高盐河道原位治理太阳能浮盆。

背景技术

河道水体中的污染物主要为有机物和氮污染物，这些污染物可生化性较好，极易降解，但这些污染物分散于大体量水体环境时，由于浓度较低，极大的提高了处理难度。目前河道环境治理主要分为原位治理与异位治理，原位治理包括生态修复、生态景观建设、生物填料、底泥修复、河道充氧曝气等多种手段，异位治理则是通过旁路建设各类污水站，将河道水体抽入污水站有效处理后再排入河道。这两类技术各有优缺点，但原位处理因更加生态环保、效果持久，被主要使用。原位处理主要依赖于水生植物和微生物对水体污染物的吸附和降解，非常受限于河道水体本身污染情况，若水体存在污染非常严重、水体含盐量高、有毒性污染物排入等情况，原位治理往往难以见效，甚至完全失效。

目前我国大部分河道均适合采用原位生态处理，但在沿海地区，其河道为水系的终端并接近入海口，由于沿途经过大量的城市乡村，污染情况往往最为严重，一般为IV类或V类水质。但是由于该区域河道与海水混合，且存在一定涨潮倒灌问题，该区域河道盐度极高，一般在0.5g/L左右，特殊时期提高到十几mg/L。由于微生物较难承受如此高盐环境及水质冲击，沿海地区高盐河道治理较为困难，难以采用原位生态处理工艺。异位处理也面临着盐度对微生物的冲击，此外氯离子对于各类设备、水泵等也具有严重的腐蚀问题，导致异位处理设备使用寿命不长。

专利CN202122226276.X公开了一种基于生物强化法的海水养殖尾水治理系统，通过培养耐盐好氧反硝化细菌来实现海水养殖尾水的治理，本领域人员均值反硝化细菌为厌氧菌，该专利中培养耐盐好氧反硝化菌在本领域中非常困难，此外菌剂的投加并不适用于流动性极大河道环境。专利CN201911391773.6提出了一种海洋水体污染治理的装置及修复方法，该方法采用太阳能为动力，通过将石油降解菌液喷射到海面上用于去除浮油，该方法与本专利所针对污染物不同。另外还有大量专利提出了高盐废水的治理，但均只针对少量的污水采用设备形式进行处理，现有技术中并未有与高盐河道原位治理相关的技术。

同时，沿海地区由于定时的涨潮倒灌问题，河道水体盐度较高，且存在定时的盐度波动，传统生化单元、生态治理工艺均无法有效抗击该盐度波动，而旁路治理设备等则投资大、不持久，且在沿海地区使用寿命短。

传统电刺激受限于电极材料，碳材料生物兼容性好但由于其高电阻、差延展、易破碎问题，难以扩大应用，金属材料虽然具有良好的扩大应用性，但生物兼容性差，目前主要通过电极修饰来改善金属材料电极的兼容性，其中主要的电极材料仅有不锈钢，但是在高盐河道，高浓度的氯离子对电极有非常严重的腐蚀问题，导致电刺激微生物系统在该环境下无法使用。

发明内容

鉴于背景技术存在的不足，本发明涉及一种沿海地区高盐河道原位治理太阳能浮盆，本发明提供以钛纳米阵列为生物电极，即具有良好的生物兼容性、导电性、延展性，又具有非常优异的抗腐蚀性能。

本发明涉及一种沿海地区高盐河道原位治理太阳能浮盆，包括生物电极系统和太阳能偏压系统，所述的生物电极系统包括负载浮盆及镶嵌在浮盆下的电极系统，生物电极位于河道水位以下；所述的太阳能偏压系统包括太阳能光伏板和控制柜，控制柜中主要为稳压直流电源及蓄电池，稳压直流电源通过导线与生物电极系统相连。

进一步的，所述沿海地区高盐河道原位治理太阳能浮盆适用于盐度范围为0.5g/L～40g/L的河道。

进一步的，所述生物电极系统设置电极材料的厚度为0.1～0.5mm的钛纳米阵列生物电极，具体制备步骤如下：

A1、选取纯钛电极，通过乙醇及清水浸泡洗去表面油污杂质；

A2、水和乙二醇以8：(1.5～2.5)的比例混合，并投加质量分数0.4～0.7％的氟化钠，并加热至50～62℃，配置成电解溶液；

A3、钛电极置于电解溶液中，并施加15～20V正电势，电解5～8小时；

A4、电极取出后浸没于清水中去除残液，而后置于420～520℃空气氛围中煅烧2～2.5小时，得到钛纳米阵列电极；

A5、以1～1.5mmol L

A6、将钛纳米阵列电极置于该电解液中，并施加-0.5～-0.7V电势，电解1小时，而后取出浸没于清水中去除残液，获得修饰后的钛纳米阵列。

进一步的，所述钛纳米阵列电极作为阴极，修饰后的钛纳米阵列作为阳极，其电极间距为40～80mm。

进一步的，一个所述阴极与一个阳极为一组，单套浮盆的电极组数量为6～10组，单组电极面积为0.5～1m

一种沿海地区高盐河道原位治理太阳能浮盆的使用方法，具体步骤如下：

S1、浮盆通过重物吊坠活动式固定河道表面，电极组与水体流向呈水平状态；

S2、通过太阳能光伏板向生物电极系统施加电压为3.5～4.5V；

S3、在15℃环境下，稳定运行5～10天即可形成生物膜，当温度偏低时，成膜时间逐步加长，至电极表面生物膜厚度达到20～30μm。

S4、成膜后，将施加电压降低至2.5～3.5V。

进一步的，单套所述浮盆有效作用面积为50～200m

本发明的主要有益效果：

1、耐高盐、耐腐蚀，适用极端环境；

2、无需供电，低能耗，无需人员管理；

3、设备使用寿命长，电极可使用十年以上。

附图说明

图1为本申请的设备总装图；

图2为本申请的生物电极系统总装正视图；

图3为本申请的生物电极系统总装侧视图。

附图标记：1、太阳能光伏板；2、生物电极系统；21、顶部支撑架；22、电极板；23、支撑架；24、电极卡槽；25、过水孔；3、浮力盆；4、控制柜；5、重物吊坠。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

本发明的实施例1参照图1、图2、图3所示，涉及一种沿海地区高盐河道原位治理太阳能浮盆，包括生物电极系统和太阳能偏压系统，所述的生物电极系统包括负载浮盆及镶嵌在浮盆下的电极系统，生物电极位于河道水位以下；所述的太阳能偏压系统安装于浮盆上，通过导线与生物电极系统相连。

所述生物电极系统具体制备步骤如下：

A1、选取纯钛电极，通过乙醇及清水浸泡洗去表面油污杂质；

A2、水和乙二醇以8：(1.5～2.5)的比例混合，并投加质量分数0.4～0.7％的氟化钠，并加热至50～62℃，配置成电解溶液；

A3、钛电极置于电解溶液中，并施加15～20V正电势，电解5～8小时；

A4、电极取出后浸没于清水中去除残液，而后置于420～520℃空气氛围中煅烧2～2.5小时，得到钛纳米阵列电极；

A5、以1～1.5mmol L

A6、将钛纳米阵列电极置于该电解液中，并施加-0.5～-0.7V电势，电解1小时，而后取出浸没于清水中去除残液，获得修饰后的钛纳米阵列。

其中步骤A4得到的钛纳米阵列电极作为阴极材料，步骤A6得到的修饰后钛纳米阵列作为阳极。

所述的钛纳米阵列生物电极厚度为0.1～0.5mm，电极过薄会导致整体结构强度不足，材料过厚会导致成本极大的增加。

所述阳极和阴极电极间距为40～80mm为最佳，间距过小会导致电极间堵塞，且流水无法流经电极间，间距过大会导致电阻上升造成能耗浪费。

所述阳极与阴极各一个为一组，单套浮盆的电极组数量设置6～10组为最佳，电极组数过少导致单套浮盆的使用效率过低，组数过大会增加总电极间距，从而导致电阻上升造成能耗浪费。

所述电极面积为0.5～1m

一种沿海地区高盐河道原位治理太阳能浮盆的使用方法，具体步骤如下：

S1、浮盆通过重物吊坠活动式固定河道表面，电极组与水体流向呈水平状态；

S2、通过太阳能板向生物电极系统施加电压为3.5～4.5V；

S3、在15℃环境下，稳定运行5～10天即可形成生物膜，当温度偏低时，成膜时间逐步加长，至电极表面生物膜厚度达到20～30μm。

S4、成膜后，将施加电压降低至2.5～3.5V。

前期施加3.5～4.5V较高电压是为了加速生物膜的形成及筛选富集，同时也有析氧作用，加速微生物的富集。电压过低效果不明显，电压过高会产生羟基等强氧化基团，会对微生物产生毒害作用。

运行时间即成膜时间，具体根据水体环境及温度而定，在在15℃环境下，稳定运行5～10天即可逐步形成生物膜，本发明选择夏秋季作为建设期为最佳。

当成膜后，电压下降至2.5～3.5V，持续的电压供给是为了保持生物膜持续的耐盐性能，电压过低会导致刺激不明显，电压过高造成能源浪费。

单套浮盆有效作用面积为50～200m

本发明的工作原理是基于高盐环境下微生物胞内外的钾钠离子无法平衡，导致微生物失活，而在电刺激作用下，可使得微生物选择性地累积无机离子钾来平衡细胞内外渗透压，同时电刺激促进了胞内可溶性蛋白和多糖合成和积累，通过微生物这些代谢特征的改变来强化系统的耐盐能力。此外长期的电刺激也引起的微生物群落结构演变直接相关，可以强化富集一些耐盐古菌Halobacterium等

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。