CN109231501A - 一种用于盐碱地改良的微生物脱盐*** - Google Patents

一种用于盐碱地改良的微生物脱盐*** Download PDF

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程梦雨
徐成龙
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Abstract

本发明公开了一种用于盐碱地改良的微生物脱盐***，包括待改良的盐碱地，盐碱地的入水口通过盐碱地入水管与洗脱原水池连通，在所述原水池中存储有用于洗脱盐碱地的淡水，盐碱地的出水口通过盐碱地出水管与洗脱水集水池连通，洗脱水集水池用于收集流经盐碱地的含盐水，洗脱水集水池的出水口通过洗脱水集水池出水管与微生物脱盐电池连通，所述微生物脱盐电池通过第一出水管路与原水池连通，微生物脱盐电池通过第二出水管路与淡水集水池连通，淡水集水池用于收集经脱盐的淡水，淡水集水池通过灌溉管路与盐碱地连通。本发明能有效净化盐碱地洗脱水，处理后的水可再次循环利用于土壤洗脱或植物灌溉，避免了淡水资源的浪费，实现盐碱地改良与淡水资源循环利用的双重效果。

Description

一种用于盐碱地改良的微生物脱盐***
技术领域
本发明涉及微生物电化学及盐水淡化领域，更具体地，特别涉及一种用于盐碱地改良的微生物脱盐***。
背景技术
土壤盐碱化是影响农业生产和生态环境及人居环境的严重问题，土壤含盐量高、结构性差、肥力低，不经改良治理，难以进行土地有效利用。因此改良与合理利用盐碱化土地,成为实现土地资源可持续利用和生产发展的重要方面，对社会经济发展及生态环境具有重要的现实意义。
现有盐碱地改良技术方面，物理改良方法虽然有些效果，但设备投入大，成本高，往往对生态环境造成严重的损伤，且治标不治本；化学改良方法见效较快，但效果持续时间短，形成返碱与返盐，且化学试剂破坏土壤及水体环境，造成二次污染；生物改良方法虽然有一定的效果，投资较低，但改良周期长、见效慢。因此针对当前盐碱地改良缺乏整体性与效率低，淡水资源短缺和土壤盐碱化往往同时存在的现象，缺乏淡水资源的循环利用，以及改良过程中，高消耗的能源投入和水资源浪费等问题，建立新的技术用于盐碱地改良与资源利用具有十分重要的价值。
微生物脱盐电池利用微生物降解有机物促使化学能转化为电能的装置，由一个阳极微生物电极、阴极微生物电极及其阴阳极之间的离子交换膜组成，然而传统的微生物脱盐电池存在些缺点：
(1)内阻增大，导电性降低。中间室脱盐室溶液离子强度随电流运行不断降低，伴随着离子不断迁移，溶液导电率不断减小，微生物脱盐电池内阻不断增大，导电性降低，同时脱盐和产电效率降低。
(2)出水水质较差。阳极微生物虽然可以降解有些污水中的部分有机物，但其降解速率和程度均较低，且不能对污水中营养元素和颗粒物，以及阳极出水和阴极出水悬浮物实现全面有效去除，因而出水水质不能满足现有排放要求。
(3)淡水资源浪费。传统微生物脱盐电池运行过程中伴随着阳极出水、阴极出水、淡水以及高盐水等多种出水，其中淡水资源未能得到有效利用，造成淡水资源的浪费。
本发明用于盐碱地改良的微生物脱盐***,通过创建输水***和净水***与水资源利用***的三者耦合，既能实现盐碱地水的脱盐，根据出水水质，又可用于植物滴灌、持续洗脱盐碱地等，增加了淡水循环利用的功能，避免了淡水资源的浪费。并且原料广泛、结构简单、能量利用率高且无污染，利用微生物脱盐***处理盐碱地洗脱水，提高了水土资源的可持续利用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有盐碱地改良技术的不足，提供一种用于盐碱地改良的微生物脱盐***，将净化***与输水***及水资源利用***耦合，不仅能有效净化盐碱地洗脱水，处理后的水可再次循环利用于土壤洗脱或植物灌溉等，避免淡水资源的浪费，实现盐碱地改良与水资源循环利用的双重作用效果。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种用于盐碱地改良的微生物脱盐***，包括待改良的盐碱地，盐碱地的入水口通过盐碱地入水管与洗脱原水池连通，在所述原水池中存储有用于洗脱盐碱地的淡水，盐碱地的出水口通过盐碱地出水管与洗脱水集水池连通，洗脱水集水池用于收集流经盐碱地的含盐水，洗脱水集水池的出水口通过洗脱水集水池出水管与微生物脱盐电池连通，所述微生物脱盐电池通过第一出水管路与原水池连通，微生物脱盐电池通过第二出水管路与淡水集水池连通，淡水集水池用于收集经脱盐的淡水，淡水集水池通过灌溉管路与盐碱地连通。
进一步的，所述微生物脱盐电池包括箱体、以及设置在箱体内的第一尼龙网格隔板和第二尼龙网格隔板；第一尼龙网格隔板和第二尼龙网格隔板用于将箱体分隔为阳极室、脱盐室和阴极室，在第一尼龙网格隔板内设有阴离子交换膜、在第二尼龙网格隔板内设有阳离子交换膜；
在所述阳极室内设有阳极生物电极，在阳极生物电极外部设有厌氧生物膜，在所述阴极室内设有阴极生物电极，在阴极生物电极外部设有好氧生物膜，阳极生物电极和阴极生物电极通过外部电路连接，在外部电路上设有并联的电压和电阻；
所述脱盐室的顶部具有与连接洗脱水集水池的进水口，在所述阳极室的侧方开设有与第一出水管路连通的第一出水口，在所述阴极室的侧方开设有与第二出水管路连通的第二出水口。
进一步的，在所述箱体上设有盐度检测仪，在第一出水管路和第二出水管路分别安装有一电磁阀，盐度检测仪的控制信号输出端分别与两个电磁阀连接。
进一步的，所述阴离子交换膜和阳离子交换膜嵌入第一尼龙网格隔板或第二尼龙网格隔板内，并通过防水钉连接固定。
进一步的，所述阳极生物电极和阴极生物电极由碳棒和石墨毡构成。
根据本技术使用方法：所述净水***实现盐碱地水净化与脱盐，输水***实现水体运输与循环，水资源利用***实现淡水资源有效利用，避免浪费。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
结构简单，将净化***与输水***及水资源利用***耦合，实现盐碱地水质改良与水资源循环利用的双重效果，该***成本低、能耗低、操作简易、绿色环保、处理效果好且能循环利用，值得推广。
附图说明
图1为本发明所述的用于盐碱地改良的微生物脱盐***的示意图。
图2为本发明所述的微生物脱盐电池的箱体示意图。
图3为本发明所述的微生物脱盐电池的示意图。
图4为本发明所述的尼龙网格隔板的示意图。
图5为本发明所述的阴/阳离子交换膜的示意图。
图6为本发明所述的阴/阳极生物电极的材料示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1至图6，本发明所述的一种用于盐碱地改良的微生物脱盐***，包括待改良的盐碱地(1)，盐碱地(1)的入水口通过盐碱地入水管(11)与洗脱原水池(2)连通，在所述原水池(2)中存储有用于洗脱盐碱地的淡水，盐碱地(1)的出水口通过盐碱地出水管(12)与洗脱水集水池(3)连通，洗脱水集水池(3)用于收集流经盐碱地(1)的含盐水，洗脱水集水池(3)的出水口通过洗脱水集水池出水管(31)与微生物脱盐电池(4)连通，所述微生物脱盐电池(4)通过第一出水管路(41)与原水池(2)连通，微生物脱盐电池(4)通过第二出水管路(42)与淡水集水池(5)连通，淡水集水池(5)用于收集经脱盐的淡水，并且通过灌溉管路(51)与盐碱地(1)连通。
所述微生物脱盐电池(4)包括箱体(43)，以及设置在箱体(43)内的第一尼龙网格隔板(44)和第二尼龙网格隔板(45)；第一尼龙网格隔板(44)和第二尼龙网格隔板(45)用于将箱体(43)分隔为阳极室(46)、脱盐室(47)和阴极室(48)，在第一尼龙网格隔板(44)内设有阴离子交换膜(441)、在第二尼龙网格隔板(45)内设有阳离子交换膜(451)。
在所述阳极室(46)内设有阳极生物电极(461)，在阳极生物电极(461)外部设有厌氧生物膜(462)，在所述阴极室(48)内设有阴极生物电极(481)，在阴极生物电极(481)外部设有好氧生物膜(482)，阳极生物电极(461)和阴极生物电极(481)通过外部电路连接，在外部电路上设有并联的电压和电阻；
所述脱盐室(47)的顶部具有与连接洗脱水集水池(3)的进水口，在所述阳极室(46)的侧方开设有与第一出水管路(41)连通的第一出水口，在所述阴极室(48)的侧方开设有与第二出水管路(42)连通的第二出水口。
在所述箱体(2)上设有盐度检测仪，在第一出水管路(41)和第二出水管路(42)分别安装有一电磁阀，盐度检测仪的控制信号输出端分别与两个电磁阀连接。
所述阴离子交换膜(441)和阳离子交换膜(451)嵌入第一尼龙网格隔板(44)或第二尼龙网格隔板(45)内，并通过防水钉连接固定。
所述阳极生物电极(461)和阴极生物电极(481)由碳棒和石墨毡构成。
本发明所述的一种用于盐碱地改良的微生物脱盐***，包括净水***和输水***及水资源利用***。
其中，本发明所述的净水***为微生物脱盐电池，该微生物脱盐电池包含阴极室、脱盐室及阳极室，三室均设有密封盖子。其中阴极室和阳极室内包含由碳棒和石墨毡组合的电极材料，并通过外接电路连接。阴极室和阳极室中间为脱盐室，三室间两两放置尼龙网格隔板2片，隔板与装置箱为一体，两片隔板间距约为2cm，其内放置离子交换膜。
上述所述微生物脱盐电池材质为聚碳酸酯或有机玻璃，尺寸为1.5m×1.5m×1m，水力负荷为1.5m3/m2·h。在此情况下，脱盐率可达到80％以上，本领域的技术人员应当知晓，本发明的大小包括但不限于上述尺寸，本发明可根据实际待改良盐碱地的大小，选择与其匹配的尺寸大小。本领域的技术人员还应当明确，在对反应器构型及内部参数的优化过程中，将进一步提高反应器脱盐效率。
上述阴极室与脱盐室间的隔板将放置阳离子交换膜；上述阳极室和脱盐室间的隔板将放置阴离子交换膜，交换膜均可更换。上述阴极室内生物电极将使用好氧微生物挂膜，并放置增氧泵(483)提高好氧微生物成活率。上述阳极室内生物电极将使用厌氧微生物挂膜。通过交换膜能实现对污染物的拦截分离，强化水处理效果，而生物阴极能实现氧气的还原产生电能，同时对污染物具有降解作用，克服了传统的微生物脱盐电池存在的出水水质不能满足现有排放要求的问题。
上述离子交换膜通过培养驯化适合微生物脱盐电池的高效产电菌挂膜，选择碳棒和石墨毡组合构成优良的电极材料，解决传统微生物脱盐电池长期运行导致导电率减小，内阻增大的问题。
上述净水***即微生物脱盐电池的脱盐过程为，将待处理盐碱地洗脱水推流进入脱盐室，水体中的阴、阳离子在电场作用下迁移分别进入阳极室和阴极室，从而实现含盐水的脱盐。上述净水***即微生物脱盐电池的产电过程为，水体进入阳极室，有机物被产电微生物氧化分解，释放电子并传递到阳极，电子经外电路传递到阴极实现外电流，外电流由阴极指向阳极，而内电流则由阳极指向阴极。
本发明所述的输水***将包括洗脱原水池、洗脱水集水池、输水管道及盐度检测仪等。
上述原水池中的淡水为自来水或其他可利用地表水，洗脱水集水池为经盐碱地脱洗盐后所收集的待处理水，淡水集水池为经微生物脱盐电池***净化脱盐的水。
上述盐度探测仪用于微生物脱盐电池出水的监测，根据出水水质，可用于灌溉及其它用水，其余则回流至原水池继续用于土壤洗盐。
上述输水***的运行过程为原水先推流进入盐碱地排管，经排管洗脱盐分后收集至洗脱水集水池，再进入微生物脱盐电池净水***，根据不同出水水质，将出水分别收集至淡水集水池及原水池，原水池将用于进一步土壤盐分洗脱。
本发明所述的水资源利用***将包括淡水集水池、待改良的盐碱地及输水管道等。
上述淡水集水池中的淡水将用于盐碱地植物滴灌，从而实现水资源重复利用。
上述水资源利用***的运行过程为淡水集水池中的淡水，经输水管道输送到待改良的盐碱地用于植物滴灌等，实现淡水资源有效利用，避免浪费。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于盐碱地改良的微生物脱盐***，包括：
净水***、输水***和水资源利用***，所述净水***采用微生物脱盐电池(4)，所述微生物脱盐电池内包含阴极室(48)、脱盐室(47)及阳极室(46)；所述输水***包括洗脱原水池(2)、洗脱水集水池(3)，及其***包含的循环管路；所述水资源利用***包括淡水集水池(5)、待改良的盐碱地(1)，及其输水管道等。
2.根据权利要求1所述的用于盐碱地改良的微生物脱盐***，其特征在于：包括待改良的盐碱地(1)，盐碱地(1)的入水口通过盐碱地入水管(11)与洗脱原水池(2)连通，在所述原水池(2)中存储有用于洗脱盐碱地的淡水，盐碱地(1)的出水口通过盐碱地出水管(12)与洗脱水集水池(3)连通，洗脱水集水池(3)用于收集流经盐碱地(1)的含盐水，洗脱水集水池(3)的出水口通过洗脱水集水池出水管(31)与微生物脱盐电池(4)连通，所述微生物脱盐电池(4)通过第一出水管路(41)与原水池(2)连通，微生物脱盐电池(4)通过第二出水管路(42)与淡水集水池(5)连通，淡水集水池(5)用于收集经脱盐的淡水，并且通过灌溉管路(51)与盐碱地(1)连通。
3.根据权利要求1所述的用于盐碱地改良的微生物脱盐***，其特征在于：所述微生物脱盐电池(4)包括箱体(43)，以及设置在箱体(43)内的第一尼龙网格隔板(44)和第二尼龙网格隔板(45)；第一尼龙网格隔板(44)和第二尼龙网格隔板(45)用于将箱体(43)分隔为阳极室(46)、脱盐室(47)和阴极室(48)，在第一尼龙网格隔板(44)内设有阴离子交换膜(441)、在第二尼龙网格隔板(45)内设有阳离子交换膜(451)；
在所述阳极室(46)内设有阳极生物电极(461)，在阳极生物电极(461)外部设有厌氧生物膜(462)，在所述阴极室(48)内设有阴极生物电极(481)，在阴极生物电极(481)外部设有好氧生物膜(482)，阳极生物电极(461)和阴极生物电极(481)通过外部电路连接，在外部电路上设有并联的电压和电阻；
所述脱盐室(47)的顶部具有与连接洗脱水集水池(3)的进水口，在所述阳极室(46)的侧方开设有与第一出水管路(41)连通的第一出水口，在所述阴极室(48)的侧方开设有与第二出水管路(42)连通的第二出水口。
4.根据权利要求2所述的用于盐碱地改良的微生物脱盐***，其特征在于：在所述箱体(2)上设有盐度检测仪，在第一出水管路(41)和第二出水管路(42)分别安装有一电磁阀，盐度检测仪的控制信号输出端分别与两个电磁阀连接。
5.根据权利要求2所述的用于盐碱地改良的微生物脱盐***，其特征在于：所述阴离子交换膜(441)和阳离子交换膜(451)嵌入第一尼龙网格隔板(44)或第二尼龙网格隔板(45)内，并通过防水钉连接固定，交换膜均可更换。
6.根据权利要求2所述的用于盐碱地改良的微生物脱盐***，其特征在于：所述阳极生物电极(461)和阴极生物电极(481)由碳棒和石墨毡构成。
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