吸收速率，適應農田灌溉水處理高效大量的要求，本發明提出電場輔助微生物吸附技術，利用電場使水中鎘離子及其帶電膠體主動向負載微生物的多孔微球與陰極電極接觸形成的三維電極(生物電極)迀移，增加吸附速率，提高吸附效率。而且，利用電場能促進吸附也能促進脫附的原理，本發明利用反電場技術促進負載微生物的多孔微球的吸附基質脫附，促進其再生。
[0016]本發明的使用有效解決了微生物吸附技術去除效率低，再生困難的問題，且具有能耗低，運行穩定，微生物在弱電刺激下產生大量胞外聚合物，除鎘效率高，再生簡單，非常適合農田灌溉水的處理要求。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明太陽能輔助微生物三維電極去除農田灌溉水中鎘的裝置結構示意圖。
[0018]圖2為使用本發明時，農田灌溉水中鎘的去除效率及濃度隨時間變化圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1所示，本發明太陽能輔助微生物三維電極去除農田灌溉水中鎘的裝置主要分三個部分:電源部分為太陽能電板1，電壓控制部分為蓄電池及電壓調節器2，電吸附池系統(陰極電極3、陽極電極4、負載微生物的多孔微球5、出水口 6、進水口 7、絕緣多孔板8、電吸附池9)。其中，負載微生物的多孔微球5主要由兩種材料組成，其一為多孔碳材料A，另一材料為多孔的摻有零價納米錳的聚乙烯酸基保水劑微球B組成，A/B的量在0.5-10范圍內；電吸附池9是由聚乙稀板組成的長方體，尺寸為30cmX20cmX40cm，上層板可開關，便于補充和更換負載微生物的多孔微球5和陰極電極3、陽極電極4。陰極電極3、陽極電極4的電極材料為碳纖維，其中陰極電極3與負載微生物的多孔微球5接觸形成三維電極，陽極電極4為3塊寬為3cm的石墨電極或鈦片，條狀分布，間隔為5cm，與三維電極之間以絕緣多孔板8隔開，防止短路。進水口 7位于長方體的側面下方，出水口 6位于長方體的另一側面上方，陽極電極4的上方，使進水經過三維電極吸附處理，從陽極電極4的上方流出。
[0020]上述方案的具體實施例1:
[0021]電吸附池9的尺寸為30cmX20cmX40cm，負載微生物的多孔微球5中A/B的量為4/1。蓄電池調制輸出電壓為12V，進水速率為0.01m3/s,電流強度為50mA，灌溉水中鎘的含量為30g/L，去除效率隨時間變化見圖2。在監測的四天過程中，其對鎘的去除效率都高于90% ,鎘的含量都低于5g/L，含鎘量低于國家對灌溉水的要求(<10g/L)，性能穩定。
[0022]具體實施例2:
[0023]電吸附池9的尺寸為30cmX 20cmX 40cm，負載微生物的多孔微球5中A/B的量為4/1。蓄電池調制輸出電壓為12V，進水速率為0.01m3/s,電流強度為50mA，人為配置灌溉水中含鎘的量為100g/L，運行10天，電流強度降低到24mA，測量到其去除效率降低到67%，利用反向電壓進行再生，電壓強度為30V，電流強度為65mA，利用清潔的水沖洗(鎘含量<lg/L)，進水速率為0.02m3/s，運行2h后，恢復到初始85%的去除效率。
【主權項】
1.一種太陽能輔助微生物三維電極去除灌溉水中鎘的裝置，其特征在于包括連接太陽能電板的蓄電池及電壓調節器，該蓄電池及電壓調節器的正、負輸出端分別連接陽極電極和陰極電極，該陽極電極和陰極電極設置于由聚乙烯板組成的電吸附池內，該電吸附池一側壁上部設置進水口，該電吸附池上與進水口相對的另一側壁上設置出水口，且該陰極電極與設置于電吸附池內的負載微生物的多孔微球接觸形成三維電極，該三維電極與陽極電極之間設置絕緣多孔板。2.根據權利要求1所述的太陽能輔助微生物三維電極去除灌溉水中鎘的裝置，其特征在于，該電吸附池的上層板可開關地設置于該電吸附池上。3.根據權利要求1所述的太陽能輔助微生物三維電極去除灌溉水中鎘的裝置，其特征在于，負載微生物的多孔微球由兩種材料組成，其一為多孔碳材料A，另一材料為多孔的摻有零價納米錳的聚乙烯酸基保水劑微球B組成，A/B的量在0.5-10范圍內。4.根據權利要求1所述的太陽能輔助微生物三維電極去除灌溉水中鎘的裝置，其特征在于，該負載微生物的多孔微球上微生物負載過程為:取稻田土壤溶液，調節土壤溶液中碳C/氮N/磷P之比為100/5/1，關閉電吸附池的進、出水口，向電吸附池內添滿調好的土壤溶液，將裝有多孔微球的電吸附池置于調好的土壤溶液中，電壓調節器的輸出電壓調整為0.1-10.0V，中間根據土壤溶液消耗的情況，每隔2天添加一次調好的土壤溶液，使電吸附池中始終充滿土壤溶液，保證微生物生長的營養需求，馴化時間為7-10天，多孔微球上即會有明顯緊湊的微生物膜。5.一種利用權利要求1所述裝置去除灌溉水中鎘的方法，其特征在于包括吸附方法和再生方法，其中吸附方法為:將電壓調節器的輸出電壓設定為0.1-30.0V,電吸附池的進水口連接灌溉水源，出水口連接直接用于灌溉的輸水管，并使進水速率為0.1-1.0mVs ； 再生方法為:當裝置經過30天的處理后，負載微生物的多孔微球體積縮小50%，或電流強度降低50%，表明吸附電極需要再生時，將電壓調節器的輸出端連接的陽極電極、陰極電極反接，電壓調節器的輸出電壓調整為5.0-30.0V,并保持電流強度不超過100mA，兼用清潔的水沖洗多孔微球，運行時間為2h，整個再生過程僅利用電場和水流清洗，無需其他的鹽和酸。
【專利摘要】本發明公開了一種太陽能輔助微生物三維電極去除灌溉水中鎘的裝置及方法。本發明裝置包括連接太陽能電板的蓄電池及電壓調節器，該蓄電池及電壓調節器的輸出端分別連接陽極、陰極電極，該陽極電極和陰極電極設置于由聚乙烯板組成的電吸附池內，位于陰極電極下方的電吸附池側壁上設置進水口，位于陽極電極上方的電吸附池側壁上設置出水口，且該陰極電極與設置于電吸附池內的負載微生物的多孔微球接觸形成三維電極，該三維電極與陽極電極之間設置絕緣多孔板。本發明的使用有效解決了微生物吸附技術去除效率低，再生困難的問題，且具有能耗低，運行穩定，微生物在弱電刺激下產生大量胞外聚合物，除鎘效率高，再生簡單，非常適合野外農田灌溉水的處理要求。
【IPC分類】C02F101/22, C02F3/34
【公開號】CN105174490
【申請號】
【發明人】彭亮, 李冰玉, 曾清如, 鐵柏清, 邵繼海, 顧繼東
【申請人】湖南農業大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月15日