[發(fā)明專利]一種可修復(fù)水體污染可自動(dòng)投藥的燃料電池裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710513054.1
• 申請(qǐng)日: 2017-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107473385A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊彥;丁建寧;徐國(guó)良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/32
• 分類號(hào): C02F3/32;C02F3/34;C02F1/68;C02F9/06;C02F9/14
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境水體修復(fù)及可再生能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，是一種適合針對(duì)受污染水體TN、TP、 COD、BOD₅指標(biāo)進(jìn)行綠色降解修復(fù)處理的立體混合植物微生物燃料電池裝置，采用自動(dòng)投藥裝置進(jìn)行化學(xué)藥劑處理水體污染，并結(jié)合植物-微生物水體修復(fù)作用搭建燃料電池裝置，充分將生物化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，為裝置本身自動(dòng)投藥裝置進(jìn)行供電。

背景技術(shù)

綠色環(huán)保、節(jié)能減排越來(lái)越成為當(dāng)今發(fā)展主旋律，水體污染嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)生活，修復(fù)受污染水體，獲得符合使用要求的水源成為一個(gè)亟待解決問(wèn)題。研究表明，來(lái)源于農(nóng)業(yè)、工業(yè)及日常生活的水體污染物，主要為富氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、有機(jī)化合物，這些污染物會(huì)通過(guò)動(dòng)植物富集作用進(jìn)入人體影響人群健康。尋找有效降解水體污染的方法，根據(jù)需要對(duì)水體TN、 TP、COD、BOD₅多種指標(biāo)進(jìn)行降解處理成為眾多研究者一直致力的研究課題。

傳統(tǒng)水污染治理主要采用如下幾種方式：化學(xué)降解法、植物降解法、微生物降解法。化學(xué)法降解速率高，周期短，但次生污染較嚴(yán)重，不符合環(huán)境友好要求。植物修復(fù)成本低，綠色環(huán)保，無(wú)次生污染但修復(fù)周期過(guò)長(zhǎng)，植物生長(zhǎng)可控制性較差。微生物法降解速率處中等水平，但其操作難度大，成本相對(duì)偏高，微生物存活易受到環(huán)境變化干擾。

李凱等(化學(xué)沉淀法－次氯酸鈉氧化法聯(lián)合去除污水中氨氮的試驗(yàn)江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)2014 年第42卷第3期)比較化學(xué)沉淀法與次氯酸鈉氧化法單一運(yùn)用、綜合運(yùn)用優(yōu)缺后發(fā)現(xiàn)沉淀法后繼續(xù)次氯酸鈉法氧化效果最好，氨氮去除率達(dá)到83％～84％，但強(qiáng)氧化試劑次氯酸鈉大量使用會(huì)造成試劑使用次生污染。吳虹玥等(外來(lái)物種水葫蘆的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)世界科技研究與發(fā)展2004年02期)研究發(fā)現(xiàn)水葫蘆富集作用強(qiáng),能有效改良水質(zhì),其在廢水氮磷指標(biāo)凈化，有機(jī)廢水凈化，重金屬污染凈化等方面都有一定效果，但富集及改善周期較長(zhǎng)，不滿足工業(yè)凈化效率需求。宋海亮等(一種微生物燃料電池耦合電極生物膜除磷脫氮系統(tǒng)及應(yīng)用授權(quán)公告號(hào)CN 103979688B授權(quán)公告日2015.07.29)搭建強(qiáng)化除磷脫氮生態(tài)型微生物電池耦合電極生物膜系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)該裝置系統(tǒng)降解水體磷氮成分效果較好，但微生物培養(yǎng)馴化及使用維護(hù)成本較高，不適宜工業(yè)生產(chǎn)廣泛應(yīng)用。

微生物燃料電池將底物直接轉(zhuǎn)化為電能,保證了具有較高能量轉(zhuǎn)化效率。不同于生物能處理,微生物燃料電池在常溫環(huán)境條件下能夠有效運(yùn)作。但微生物燃料電池治理水體污染系統(tǒng)維護(hù)難度較大，治理效果顯現(xiàn)較慢，且眾多研究人員僅致力于治理效果的提高，未考慮產(chǎn)出電量實(shí)際使用問(wèn)題。新型能源是近年來(lái)能源研究熱門，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源需求呈現(xiàn)多樣化。植物-微生物燃料電池在眾多新能源研究中表現(xiàn)出良好環(huán)境友好性和可持續(xù)利用性，其能源產(chǎn)出理念符合綠色環(huán)保，節(jié)能減排科學(xué)發(fā)展要求。規(guī)模化搭建水體降解裝置可實(shí)現(xiàn)電量匯合使用，充分發(fā)揮燃料電池產(chǎn)電效能。

現(xiàn)代化發(fā)展要求水體污染物及各項(xiàng)指標(biāo)降解具有高效率，低成本，環(huán)境友好等特征。沼生植物混合共生是還原植物生長(zhǎng)自然狀態(tài)，具有單一植物無(wú)法達(dá)到的生態(tài)污染降解優(yōu)勢(shì)，環(huán)境友好且可提高植物降解效率，解決現(xiàn)今水體污染復(fù)合程度高、修復(fù)難度大、周期過(guò)長(zhǎng)、單一植物無(wú)法滿足去除復(fù)合型污染等問(wèn)題。化學(xué)法去除效率高，沼生植物天然可減小藥劑次生污染程度并富集水體污染物，燃料電池原理可使電子定向流動(dòng)，規(guī)模化后形成可使用電量為裝置本身供能。合理結(jié)合化學(xué)治理與植物修復(fù)，兼具化學(xué)法高效性與植物微生物綠色環(huán)保性，同時(shí)實(shí)際使用產(chǎn)出電量，是降低污染降解成本綜合利用微生物燃料電池的最佳方案。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明目的是結(jié)合化學(xué)降解法采用混生植物搭建可修復(fù)水體污染可自動(dòng)投藥的燃料電池裝置，單元裝置產(chǎn)電合并使用到整體裝置的投藥運(yùn)行，本發(fā)明裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)污染水體TN、TP、COD、BOD₅指標(biāo)綠色降解修復(fù)處理，具有綠色環(huán)保，成本低廉，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，可循環(huán)再生優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)方案：一種可修復(fù)水體污染可自動(dòng)投藥的燃料電池裝置及方法，該裝置及方法基于燃料電池基本原理，包括網(wǎng)格狀箱體、支撐浮島、陰極區(qū)陽(yáng)極區(qū)、電極材料、密封防水導(dǎo)線電路通路、電路電阻、電量指示裝置、蓄電池、光伏板、沼生植物組合、自動(dòng)投藥裝置、化學(xué)配比藥劑。

所述方案網(wǎng)格狀箱體設(shè)置四個(gè)主支撐桿，沿支撐桿設(shè)有等間距定位卡口，可根據(jù)水體深度、沉積物厚度進(jìn)行卡口位置選擇，確定浮島在水體中豎直方向位置。

所述方案支撐浮島為可漂浮可搭載正方形支撐平臺(tái)，浮島易拆裝易組合，搭載一定器件后可保持水平穩(wěn)定，邊長(zhǎng)30cm，中央設(shè)置栽植孔，孔徑10cm。