[發明專利]一種高效處理有機污水的微生物燃料電池人工濕地

有效

• 申請號: 201410001954.4
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103708622A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 宋新山;王俊峰;王宇暉;王蘇艷;嚴登明;何媛;王瑋;丁怡
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F3/30;H01M8/16;H01M8/02;C02F101/30
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種高效處理有機污水的微生物燃料電池人工濕地，屬于人工濕地技術領域。

背景技術

目前，人工濕地作為一種低成本、低能耗的水處理技術而得到人們的廣泛關注與研究。人工濕地由濕地植物、介質濾床和微生物通過物理、化學和生物的協同作用從而達到去除水中污染物的目的。如水平潛流人工濕地上層通過植物根部泌氧形成好氧區，相反下層則主要呈現為厭氧狀態形成厭氧區，由于上／下層氧化還原電位的不同，因此人工濕地具有通過改造其結構而構建成微生物燃料電池人工濕地裝置的潛質。

微生物燃料電池主要是在陽極室，利用產電子活躍的微生物通過轉化水中的有機物產生電子、質子及其它產物，電子通過外電路傳遞至陰極室形成電流，質子通過質子交換膜傳遞至陰極與氧結合生成水。微生物燃料電池通過處理氧化水中的有機物產生電能，并生成純凈水。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高效處理有機污水的微生物燃料電池人工濕地。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種高效處理有機污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于：在人工濕地的填料介質濾床中種植挺水植物并布置有多組曝氣管及排氣管，在介質濾床兩側分別設有入流布水區和出流集水區，入流布水區和出流集水區分別連接供水系統及排水系統，入流布水區與出流集水區之間連接有回流系統，由膨潤土層將多介質濾床分為上層好氧區及下層厭氧區，在上層好氧區及下層厭氧區內分別布置至少一塊石墨氈，有機污水經由供水系統及入流布水區進入下層厭氧區，下層厭氧區作為陽極室由微生物轉化有機污水中的有機物產生電子和質子，電子經由下層厭氧區的石墨氈通過外電路傳遞到作為陰極室的上層好氧區內的石墨氈形成電流，質子則透過膨潤土層傳入上層好氧區，用于排出水中所含氣體及厭氧過程所產生的氣體的排氣管的進氣端伸入下層厭氧區內，上層好氧區作為陰極室由挺水植物組及曝氣管供氧，下層厭氧區的出水經出流集水區、回流系統及入流布水區進入上層好氧區，在好氧微生物作用下將來自下層厭氧區的進水中的有機污染物降解后自出流集水區出水至排水系統。

優選地，所述膨潤土層位于所述人工濕地中部并完全覆蓋。

優選地，所述外電路包括將所述石墨氈相連的導線，在位于上層好氧區內的石墨氈與位于下層厭氧區內的石墨氈之間串接負載，在負載兩端并聯電路監測單元或電能輸出裝置。

優選地，所述曝氣管由直徑為5cm的PVC管多方向均勻打孔制成，其約1個／m²布置在所述上層好氧區。

優選地，所述排氣管由直徑為5cm的PVC管在下部多方向均勻打孔、上部設置閥門制成，其約1個／m²布置在所述下層厭氧區。

優選地，所述挺水植物組由蘆葦10-20株／m²或美人蕉3-4株／m²布置而成，其根系分布在所述上層好氧區。

優選地，所述入流布水區與所述出流集水區均由粒徑約9-15mm的礫石填料經PVC多孔板固定構成。

優選地，所述介質濾床由粒徑約5-8mm的礫石填料及砂子組成。

本發明通過改造人工濕地的結構以供產電子活躍的微生物在人工濕地的下層厭氧區(陽極室)由微生物轉化有機物產生電子和質子，上層為好氧區(陰極室)由植物及曝氣管供氧，電子通過外電路傳遞到陰極形成電流，由于陰／陽極室氧化還原電位的不同產生電壓從而構成微生物燃料電池人工濕地。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：通過人工濕地下層厭氧區(陽極室)轉化水中的有機物產生電子，通過外電路傳遞至上層好氧區(陰極室)形成電流，由于陰／陽極室氧化還原電位的不同產生電壓。微生物燃料電池人工濕地在高效處理水中有機物污染物的同時產生電能。

附圖說明

圖1是本發明的裝置示意圖；

圖2是本發明的俯視圖；

圖3是本發明的布水管圖；

圖4是本發明的PVC曝氣管圖；

圖5是本發明的PVC多孔板圖；

圖6是本發明的PVC排氣管圖。