[發明專利]一種潛流式人工濕地與微生物燃料電池組合系統

在審

• 申請號: 201910326082.1
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN111825270A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 左思敏;荊肇乾;管凜;陶夢妮;陶正凱;王印
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F101/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及環境保護水處理技術領域，公開了一種潛流式人工濕地與微生物燃料電池組合系統，適用于城市初期雨水COD的去除和除磷脫氮處理，該系統由進水管、陽極、陽極區、陽極區填料、缺氧區、缺氧區填料、陰極區、陰極區填料、出水區、出水區填料、出水管、濕地植物、外接導線、負載、箔絲網、陰極、曝氣管、鼓風機組成。初期雨水通過進水管進入陽極區使有機物得到降解，再進入缺氧區完成反硝化，然后流入陰極區通過曝氣在好氧的環境下反應達到除磷脫氮，最后進入出水區，處理后的初期雨水通過出水管流出。該系統將人工濕地與微生物燃料電池組合，對城市初期雨水進行了有效地處理。

技術領域

本發明主要用于城市初期雨水的處理，屬于環境保護水處理技術領域。

背景技術

初期雨水是指在不同的匯水面和管渠中所形成徑流初期的雨水。隨著城市的發展，城市面源污染負荷加大，當雨水和徑流沖刷城市地面時，使初期雨水中含有大量的污染物，若將這部分雨水直接排放，會加重受納水體的污染，所以初期雨水徑流已成為受納水體污染的主要來源之一。而初期雨水卻沒有得到足夠的重視和有效利用，往往是直接棄流處理，這將會造成城市排水管網負擔加重，以及大量雨水資源的浪費。因此，不管是從控制水環境污染還是雨水綜合利用的角度出發，對初期雨水的處理是十分必要的。

人工濕地(Constructed wetland，CW)是將污水、污泥有控制的投配到經人工建造的濕地上，通過物理(基質吸附、過濾)、化學(基質內發生的各種氧化還原反應)、生物(微生物降解)三方面相互協同作用對污水進行綜合處理。人工濕地在雨水凈化環節中也有相應的效果，例如調節流量、控制洪澇，補充地下水和降解污染物。微生物燃料電池(Microbialfuel cell，MFC)是一種利用微生物降解有機物并將有機質中的化學能轉變成電能的新型生物電化學系統。微生物燃料電池-人工濕地耦合系統(Microbial fuel cell-constructed wetland，MFC-CW)是將微生物燃料電池和人工濕地相結合的一種新型污水處理工藝，該系統在提高污水處理效果的同時產生電能，實現污水的資源化利用，同樣也適用于初期雨水的處理應用。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種潛流式人工濕地與微生物燃料電池組合系統，滿足城市初期雨水處理的需求。

技術方案：一種潛流式人工濕地與微生物燃料電池組合用于處理城市初期雨水的系統，包括進水管、陽極、陽極區、陽極區填料、缺氧區、缺氧區填料、陰極區、陰極區填料、出水區、出水區填料、出水管、濕地植物、外接導線、負載、箔絲網、陰極、曝氣管、鼓風機；陽極區內中下層設有陽極，陽極區下部設有進水管，城市初期雨水由進水管流入；陰極區內上層設有陰極，陽極和陰極通過外接導線分別與負載兩端相連；陰極區內部設有曝氣管與鼓風機相連接；出水區下部設有出水管，處理后的雨水經出水管流出；陽極區填料、缺氧區填料、陰極區填料和出水區填料和上部的濕地植物組成人工濕地。

所述陽極可以采用碳材料、導電聚合物、碳納米管或復合材料等的電極。所述陰極可以采用石墨顆粒、顆粒活性炭或石墨氈等導電材料。所述導線采用鈦導線或銅導線，并進行連接點的絕緣密封處理。所述陰極區箔絲網用于固定陰極板。所述各區之間的板體設有篩孔。所述濕地植物為蘆葦、香蒲、燈芯草、菖蒲等在處理初期雨水中應用效果較好的挺水植物。所述陽極區填料選用礫石粒徑在20-30mm之間，沸石粒徑在5-10mm之間，礫石和沸石的填充比例為1∶1。所述缺氧區的填料選用礫石粒徑在10-20mm之間。所述陰極區填料選用15mm的懸浮生物填料。所述出水區填料選用礫石粒徑在20-30mm之間。

技術效果：本發明具有下述特點：

1、本發明綜合了人工濕地和微生物燃料電池的性能優勢，利用人工濕地物理(基質吸附、過濾)、化學(基質內發生的各種氧化還原反應)、生物(微生物降解)三方面相互協同作用對城市初期雨水進行凈化。由于電極的存在，使得微生物代謝速率和污染物氧化還原的速率得到提高。