[發明專利]一種人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統及應用方法

在審

• 申請號: 202011509159.8
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112777724A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 成水平;吳雪;鐘非;吳娟;陳月
• 申請（專利權）人: 同濟大學;河北建設集團安裝工程有限公司
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/32;C02F101/16;C02F101/30;C02F101/38
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 余瑩

1.一種人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統，其特征在于，包括污水收集裝置(1)、左側與右側軸對稱的第一人工濕地—微生物燃料電池主體(20-1)和第二人工濕地—微生物燃料電池主體(20-2)、連接所述人工濕地—微生物燃料電池主體進水口(4)的污水管道(2)以及設置在所述污水管道(2)分叉口前部的泵(3)，所述進水口(4)包括所述第一人工濕地—微生物燃料電池主體(20-1)的第一進水口(4-1)和所述第二人工濕地—微生物燃料電池主體(20-2)的第二進水口(4-2)；

所述人工濕地—微生物燃料電池主體由下至上依次包括與所述進水口(4)連接的底層區(5)、陽極區(6)、中間區(8)、陰極區(9)和種植于所述陰極區(9)上部的若干濕生挺水植物(11)，所述人工濕地—微生物燃料電池主體內有馴化成熟的降解有機物的微生物，所述陰極區(9)的出水口(15)通過出水管道(17)連接設置于所述平臺上的集水池(18)，所述陽極區(6)內包埋有陽極(7)，所述陰極區(9)內包埋有空氣生物陰極(10)，所述陽極(7)和所述空氣生物陰極(10)通過銅芯導線(12)連接構成外電路，所述第一人工濕地—微生物燃料電池主體(20-1)的外電路與所述第二人工濕地—微生物燃料電池主體(20-2)的外電路與設置于所述對稱軸中央的電壓自動監測裝置(14)并聯；

所述第一人工濕地—微生物燃料電池主體(20-1)的外電路上設置有與所述電壓自動監測裝置(14)并聯的外界電阻(13)。

2.根據權利要求1所述的一種人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統，其特征在于，所述平臺包括放置所述第一人工濕地—微生物燃料電池主體(20-1)的第一平臺(21-1)和放置所述第二人工濕地—微生物燃料電池主體(20-2)的第二平臺(21-2)。

3.根據權利要求1所述的一種人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統，其特征在于，所述的人工濕地—微生物燃料電池主體外形為圓柱體或長方體。

4.根據權利要求1所述的一種人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統，其特征在于，所述的人工濕地—微生物燃料電池主體采用聚甲基丙烯酸甲酯材質制成。

5.根據權利要求1所述的一種人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統，其特征在于，所述人工濕地—微生物燃料電池主體的底層區(5)、陽極區(6)、中間區(8)、陰極區(9)內填充有粒徑為3mm～6mm的陶粒(16)。

6.根據權利要求1所述的一種人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統，其特征在于，所述陽極(7)和所述空氣生物陰極(10)均為炭纖維氈，厚度為3mm。

7.根據權利要求1所述的一種強化脫氮的人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統，其特征在于，所述濕生挺水植物(11)選自美人蕉、鳶尾、蘆葦、菖蒲中的任意一種或幾種。

8.根據權利要求1所述的一種人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統，其特征在于，所述若干濕生挺水植物(11)的種植密度為10株/平方米～20株/平方米。

9.根據權利要求1所述的一種人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統，其特征在于，所述的外接電阻(13)的電阻值為1000Ω。

10.根據權利要求1-9任一所述的一種人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統用于強化污水脫氮的應用方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)構建所述的人工濕地—微生物燃料電池耦合處理系統，所處理的污水為生活污水或富營養化地表水；

(2)開啟所述水泵(3)，將待處理污水經所述污水收集裝置(1)采用連續或間歇流進水方式泵入所述的人工濕地—微生物燃料電池主體下部的所述進水口(4)后，所述污水垂直向上流經所述底層區(5)、所述陽極區(6)、所述中間區(8)和所述陰極區(9)；在所述陽極區(6)，所述人工濕地—微生物燃料電池主體內部的微生物分解有機物釋放電子和質子，所述電子通過所述外電路傳導至所述空氣生物陰極(10)，并形成電流，所述質子順著所述污水水流方向到達所述陰極區(9)，在所述陰極區(9)的污水中的溶解氧以及氮氧化物作為電子受體與所述電子、所述質子反應生成水及其他還原性物質；

(3)所述污水經過所述人工濕地—微生物燃料電池主體凈化后，從所述人工濕地—微生物燃料電池主體頂部的所述出水口(15)流出，經所述出水管道(17)流入所述集水池(18)儲存待重復利用。