[實(shí)用新型]一種分體式濕地植物-微生物燃料電池耦合裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201920655201.3
• 申請(qǐng)日: 2019-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN209957483U
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王忠瑋;劉偉;胡振
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F3/32
• 分類號(hào): C02F3/32;C02F3/34;H01M8/16
• 代理公司: 37221 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 鄭平

本實(shí)用新型涉及一種分體式濕地植物?微生物燃料電池耦合裝置，將植物與電池陽極、陰極分離，硝化和反硝化在兩個(gè)不同的地方分前后進(jìn)行，廢水經(jīng)P?MFC陽極氧化后流出被導(dǎo)向至好氧反應(yīng)器，利用水體自由氧氣及植物根系泌氧完成硝化過程，隨后流入P?MFC的陰極在缺氧條件下進(jìn)行電化學(xué)反硝化，從而避免了氧氣對(duì)陰極反硝化過程的影響，將植物根系泌氧促進(jìn)硝化/反硝化的作用最大化。通過添加植物的外部陰極硝化反應(yīng)器可以很好的解決根系泌氧對(duì)硝化促進(jìn)與反硝化抑制的矛盾。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于植物微生物燃料電池領(lǐng)域，具體涉及可提高脫氮效果的分體式濕地植物-微生物燃料電池。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本實(shí)用新型的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

當(dāng)今，氨氮已經(jīng)成為水體污染的重要指標(biāo)，水體中的氮以有機(jī)氮和無機(jī)氮的形式存在，工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水和生活污水是這些氮的主要來源。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，水體中的氨氮濃度越來越高，水體富營養(yǎng)化加劇，危及水生動(dòng)物，破壞生態(tài)平衡，最終危害人體健康，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

植物-微生物燃料電池(P-MFC)是一種新興的污水處理工藝,可通過礦化、硝化和反硝化等一系列微生物循環(huán)過程完成氮素的降解，并產(chǎn)生電能。目前構(gòu)建的P-MFC主要有兩類,一類是將植物根區(qū)作為電池的陽極系統(tǒng),利用根區(qū)分泌物解決MFC的燃料問題；另一類是利用濕地植物構(gòu)建生物陰極型微生物燃料電池,其實(shí)質(zhì)是利用根系泌氧構(gòu)建好氧型生物陰極微生物燃料電池，在陰極同步完成硝化和反硝化過程。在陰極中，雖然根系微氧環(huán)境會(huì)促進(jìn)硝化作用，但是由于植物產(chǎn)生的O₂的氧化還原電位比NO₃^-高，O₂會(huì)與NO₃^-爭奪質(zhì)子和電子，抑制NO₃^-的反硝化作用，使脫氮率降低。根系泌氧對(duì)硝化促進(jìn)與反硝化抑制的矛盾得不到解決，就無法最大限度地發(fā)揮植物泌氧對(duì)脫氮的促進(jìn)作用。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服上述問題，本實(shí)用新型提供了一種分體式濕地植物-微生物燃料電池耦合裝置。通過添加植物的外部陰極硝化反應(yīng)器可以很好的解決這個(gè)問題，將植物與電池陽極、陰極分離，硝化和反硝化在兩個(gè)不同的地方分前后進(jìn)行，廢水經(jīng)P-MFC陽極氧化后流出被導(dǎo)向至好氧反應(yīng)器，利用水體自由氧氣及植物根系泌氧完成硝化，隨后流入P-MFC的陰極在缺氧條件下進(jìn)行電化學(xué)反硝化，從而避免了氧氣對(duì)陰極反硝化過程的影響，將植物根系泌氧促進(jìn)硝化、反硝化的作用最大化。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種分體式濕地植物-微生物燃料電池耦合裝置，包括：陽極室、陰極室、外部好氧反應(yīng)器，所述陽極室與陰極室的一側(cè)通過陽離子交換膜相連，所述陽極室設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，所述出水口與外部好氧反應(yīng)器的進(jìn)水口相連，所述外部好氧反應(yīng)器的出水口與陰極室的進(jìn)水口相連，所述陰極室還設(shè)置有出水口，所述陽極室和陰極室皆設(shè)置有石墨電極，且兩個(gè)電極之間設(shè)有負(fù)載電阻。利用上述分體式結(jié)構(gòu)，可使硝化、反硝化過程分離從而解決根系泌氧對(duì)P-MFC脫氮效率的影響。

在一些實(shí)施例中，所述陽極室的一側(cè)與外部好氧反應(yīng)器相貼合，陽極室的出水口高于外部好氧反應(yīng)器進(jìn)水口，且位于該貼合的側(cè)壁上。使廢水流動(dòng)的動(dòng)力來源于其在電極室及好氧反應(yīng)器之間轉(zhuǎn)移時(shí)自身的重力勢(shì)能，可大大降低對(duì)能源的消耗，達(dá)到節(jié)能效果。

在一些實(shí)施例中，所述外部好氧反應(yīng)器的一側(cè)與陰極室一側(cè)相貼合，外部好氧反應(yīng)器的出水口高于陰極室的進(jìn)水口，且位于該貼合的側(cè)壁上。利用兩者之間的高度差，使廢水流動(dòng)，降低能耗、減少了不必要的管路連接。

在一些實(shí)施例中，所述電極之間設(shè)置有電阻。通過電阻有效地限制和調(diào)節(jié)電流的大小，且在瞬時(shí)電流過大時(shí)，避免短路現(xiàn)象的發(fā)生。