[發(fā)明專利]光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池及污水處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910988222.1
• 申請日: 2019-10-17
• 公開（公告）號: CN110649289B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周國旺;謝向前;陽旭;盛晟;關(guān)永發(fā);陶如鈞;周怡伶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/0606;H01M8/16;H01M8/22;C02F3/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

1.一種光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池，其特征在于：具有光陽極室(2)和人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)，光陽極室(2)的出水口連通人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)的進水口；

所述光陽極室(2)內(nèi)設(shè)有光催化陽極(6)，光陽極室(2)外設(shè)有發(fā)射的光能使所述光催化陽極(6)進行光催化反應(yīng)的光源(21)，光陽極室(2)上設(shè)有能使光源(21)發(fā)射的光進入光陽極室(2)內(nèi)的透光部位；

所述人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)內(nèi)由下而上依次設(shè)有陽極填料層(12)、絕緣填料層(14)和陰極填料層(15)，人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)的進水口和出水口分別位于陽極填料層(12)下方和陰極填料層(15)上方，所述陽極填料層(12)為厭氧環(huán)境并加有陽極電極(13)，陰極填料層(15)為厭氧環(huán)境并加有陰極電極(16)；

所述光催化陽極(6)和所述陰極電極(16)之間串聯(lián)有第一外電阻(17)，所述陽極電極(13)和所述陰極電極(16)之間串聯(lián)有第二外電阻(18)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池，其特征在于：所述人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)內(nèi)、所述陽極填料層(12)下方設(shè)有均勻布水層(11)，均勻布水層(11)連通該人工濕地燃料電池反應(yīng)室的進水口。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池，其特征在于：所述人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)內(nèi)設(shè)有為所述陰極填料層(15)供氧的供氧裝置。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池，其特征在于：所述供氧裝置包括相互連通的微孔曝氣裝置(23)和空氣泵(24)，其中微孔曝氣裝置(23)置于所述陰極電極(16)下部，所述空氣泵(24)置于所述人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)外部。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池，其特征在于：所述人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)頂部為可進出氣的敞口結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池，其特征在于：所述陰極填料層(15)上種植有濕地植物(22)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池，其特征在于：所述光陽極室(2)的進水口和出水口分別位于光陽極室(2)下部和上部。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池，其特征在于：所述光陽極室(2)和人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)設(shè)置于反應(yīng)容器(20)內(nèi)，并經(jīng)分隔腔(3)分隔，分隔腔(3)上部連通光陽極室(2)的出水口，分隔腔(3)下部連通人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)的進水口。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池，其特征在于：所述光陽極室(2)上的透光部位采用石英玻璃窗口(19)。

10.一種權(quán)利要求1～9任意一項所述光催化與人工濕地復(fù)合型燃料電池的污水處理方法，其特征在于：

來自外部的廢水經(jīng)過光陽極室(2)時，光催化陽極(6)在光源(21)照射作用下將溶解性的不可生物降解有機物降解為可生物降解的小分子有機物；

小分子有機物在光催化作用下進一步降解，同時產(chǎn)生電子和質(zhì)子，其中所產(chǎn)生的電子流經(jīng)第一外電阻(17)到達陰極電極(16)上，所產(chǎn)生的質(zhì)子則從光陽極室(2)隨廢水一起流至人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)的陰極填料層(15)；

來自光陽極室(2)的廢水經(jīng)過人工濕地燃料電池反應(yīng)室(4)的陽極填料層(12)時，經(jīng)光催化降解后生成可生物降解的小分子有機物在陽極上的產(chǎn)電微生物的催化作用下氧化分解，同時產(chǎn)生電子和質(zhì)子，產(chǎn)電微生物將所產(chǎn)生的電子導(dǎo)出到陽極電極(13)上，再流經(jīng)第二外電阻(18)到達陰極電極(16)上，產(chǎn)電微生物所產(chǎn)生的質(zhì)子則隨廢水一起流至陰極填料層(15)；

陰極電極(16)上的電子與陰極填料層(15)內(nèi)的質(zhì)子和氧氣在好氧生物的催化作用下反應(yīng)最終生成水；同時，廢水中可生物降解的小分子有機物在好氧微生物生長代謝中進一步被降解；廢水流至陰極填料層(15)內(nèi)后，廢水中的含氮的化合物在陰極微生物的催化下，發(fā)生硝化及反硝化反應(yīng)，最終生成氮氣排出。