申請(qǐng)日2014.01.02

　　公開(公告)日2014.04.09

　　IPC分類號(hào)C02F3/32; C02F3/30; C02F101/30; H01M8/02; H01M8/16

　　摘要

　　本發(fā)明提供了一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地裝置，屬于污水處理與電化學(xué)耦合技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于，人工濕地的多介質(zhì)濾床中種植挺水植物組并布置多組曝氣管及排氣管，兩側(cè)設(shè)有入流布水區(qū)和出流集水區(qū)，分別連接供水系統(tǒng)、回流系統(tǒng)和排水系統(tǒng)，人工濕地由膨潤土分為上、下兩層分別布置至少一塊石墨氈，下層為厭氧區(qū)(陽極室)由微生物氧化有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，上層為好氧區(qū)(陰極室)由植物及曝氣管供氧，電子通過外電路傳遞到陰極形成電流，由于陰/陽極室氧化還原電位的不同產(chǎn)生電壓從而構(gòu)成微生物燃料電池人工濕地。本發(fā)明能同時(shí)去除有機(jī)物和產(chǎn)生電能，處理效果好，運(yùn)行維護(hù)成本低，節(jié)能環(huán)保。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于：包括人工 濕地(8)，在人工濕地(8)的多介質(zhì)濾床中種植挺水植物組(9)并布置有多組 曝氣管(10)及排氣管(11)，在多介質(zhì)濾床兩側(cè)分別設(shè)有入流布水區(qū)(14-1) 和出流集水區(qū)(14-2)，入流布水區(qū)(14-1)和出流集水區(qū)(14-2)分別連接供水 系統(tǒng)及排水系統(tǒng)，入流布水區(qū)(14-1)與出流集水區(qū)(14-2)之間連接有回流系 統(tǒng)，由膨潤土層(6)將多介質(zhì)濾床分為上層好氧區(qū)(13)及下層厭氧區(qū)(22)， 在上層好氧區(qū)(13)及下層厭氧區(qū)(22)內(nèi)分別布置至少一塊石墨氈，有機(jī)污水 經(jīng)由供水系統(tǒng)及入流布水區(qū)(14-1)進(jìn)入下層厭氧區(qū)(22)，下層厭氧區(qū)(22) 作為陽極室由微生物氧化有機(jī)污水中的有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，電子經(jīng)由下層厭 氧區(qū)(22)的石墨氈通過外電路傳遞到作為陰極室的上層好氧區(qū)(13)內(nèi)的石墨 氈形成電流，質(zhì)子則透過膨潤土層(6)傳入上層好氧區(qū)(13)，用于排出水中所 含氣體及厭氧過程所產(chǎn)生的氣體的排氣管(11)的進(jìn)氣端伸入下層厭氧區(qū)(22) 內(nèi)，上層好氧區(qū)(13)作為陰極室由挺水植物組(9)及曝氣管(10)供氧，下 層厭氧區(qū)(22)的出水經(jīng)出流集水區(qū)(14-2)、回流系統(tǒng)及入流布水區(qū)(14-1) 進(jìn)入上層好氧區(qū)(13)，由氧將來自下層厭氧區(qū)(22)的進(jìn)水中的有機(jī)污染物降 解后自出流集水區(qū)(14-2)出水至排水系統(tǒng)。

　　2.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其 特征在于：所述膨潤土層(6)位于所述人工濕地(8)中部并完全覆蓋。

　　3.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其 特征在于：所述外電路包括將所述石墨氈相連的導(dǎo)線(16)，在位于上層好氧區(qū) (13)內(nèi)的石墨氈與位于下層厭氧區(qū)(22)內(nèi)的石墨氈之間串接負(fù)載(17)，在 負(fù)載(17)兩端并聯(lián)電路監(jiān)測(cè)單元(18)或電能輸出裝置。

　　4.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其 特征在于：所述曝氣管(10)由直徑為5cm的PVC管多方向均勻打孔制成，其 約1個(gè)/m2布置在所述上層好氧區(qū)(13)。

　　5.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其 特征在于：所述排氣管(11)由直徑為5cm的PVC管在下部多方向均勻打孔、 上部設(shè)置閥門(5)制成，其約1個(gè)/m2布置在所述下層厭氧區(qū)(22)。

　　6.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其 特征在于：所述挺水植物組(9)由蘆葦10-20株/m2或美人蕉3-4株/m2布置而 成，其根系分布在所述上層好氧區(qū)(13)。

　　7.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其 特征在于：所述入流布水區(qū)(14-1)與所述出流集水區(qū)(14-2)均由粒徑約9-15mm 的礫石填料經(jīng)PVC多孔板(24)固定構(gòu)成。

　　8.如權(quán)利要求1所述的一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，其 特征在于：所述多介質(zhì)濾床由粒徑約5-8mm的礫石填料及砂子組成。

　　說明書

　　一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池人工濕地，屬于人工濕 地技術(shù)領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　目前，人工濕地作為一種低成本、低能耗的水處理技術(shù)而得到人們的廣泛關(guān) 注與研究。人工濕地由濕地植物、介質(zhì)濾床和微生物通過物理、化學(xué)和生物的協(xié) 同作用從而達(dá)到去除水中污染物的目的。如水平潛流人工濕地上層通過植物根部 泌氧形成好氧區(qū)，相反下層則主要呈現(xiàn)為厭氧狀態(tài)形成厭氧區(qū)，由于上/下層氧 化還原電位的不同，因此人工濕地具有通過改造其結(jié)構(gòu)而構(gòu)建成微生物燃料電池 人工濕地裝置的潛質(zhì)。

　　微生物燃料電池主要是在陽極室，利用產(chǎn)電子活躍的微生物通過轉(zhuǎn)化水中的 有機(jī)物產(chǎn)生電子、質(zhì)子及其它產(chǎn)物，電子通過外電路傳遞至陰極室形成電流，質(zhì) 子通過質(zhì)子交換膜傳遞至陰極與氧結(jié)合生成水。微生物燃料電池通過處理氧化水 中的有機(jī)物產(chǎn)生電能，并生成純凈水。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高效處理有機(jī)污水的微生物燃料電池 人工濕地。

　　為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種高效處理有機(jī)污水 的微生物燃料電池人工濕地，其特征在于：在人工濕地的填料介質(zhì)濾床中種植挺 水植物并布置有多組曝氣管及排氣管，在介質(zhì)濾床兩側(cè)分別設(shè)有入流布水區(qū)和出 流集水區(qū)，入流布水區(qū)和出流集水區(qū)分別連接供水系統(tǒng)及排水系統(tǒng)，入流布水區(qū) 與出流集水區(qū)之間連接有回流系統(tǒng)，由膨潤土層將多介質(zhì)濾床分為上層好氧區(qū)及 下層厭氧區(qū)，在上層好氧區(qū)及下層厭氧區(qū)內(nèi)分別布置至少一塊石墨氈，有機(jī)污水 經(jīng)由供水系統(tǒng)及入流布水區(qū)進(jìn)入下層厭氧區(qū)，下層厭氧區(qū)作為陽極室由微生物轉(zhuǎn) 化有機(jī)污水中的有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，電子經(jīng)由下層厭氧區(qū)的石墨氈通過外電 路傳遞到作為陰極室的上層好氧區(qū)內(nèi)的石墨氈形成電流，質(zhì)子則透過膨潤土層傳 入上層好氧區(qū)，用于排出水中所含氣體及厭氧過程所產(chǎn)生的氣體的排氣管的進(jìn)氣 端伸入下層厭氧區(qū)內(nèi)，上層好氧區(qū)作為陰極室由挺水植物組及曝氣管供氧，下層 厭氧區(qū)的出水經(jīng)出流集水區(qū)、回流系統(tǒng)及入流布水區(qū)進(jìn)入上層好氧區(qū)，在好氧微 生物作用下將來自下層厭氧區(qū)的進(jìn)水中的有機(jī)污染物降解后自出流集水區(qū)出水 至排水系統(tǒng)。

　　優(yōu)選地，所述膨潤土層位于所述人工濕地中部并完全覆蓋。

　　優(yōu)選地，所述外電路包括將所述石墨氈相連的導(dǎo)線，在位于上層好氧區(qū)內(nèi)的 石墨氈與位于下層厭氧區(qū)內(nèi)的石墨氈之間串接負(fù)載，在負(fù)載兩端并聯(lián)電路監(jiān)測(cè)單 元或電能輸出裝置。

　　優(yōu)選地，所述曝氣管由直徑為5cm的PVC管多方向均勻打孔制成，其約1 個(gè)/m2布置在所述上層好氧區(qū)。

　　優(yōu)選地，所述排氣管由直徑為5cm的PVC管在下部多方向均勻打孔、上部 設(shè)置閥門制成，其約1個(gè)/m2布置在所述下層厭氧區(qū)。

　　優(yōu)選地，所述挺水植物組由蘆葦10-20株/m2或美人蕉3-4株/m2布置而成， 其根系分布在所述上層好氧區(qū)。

　　優(yōu)選地，所述入流布水區(qū)與所述出流集水區(qū)均由粒徑約9-15mm的礫石填料 經(jīng)PVC多孔板固定構(gòu)成。

　　優(yōu)選地，所述介質(zhì)濾床由粒徑約5-8mm的礫石填料及砂子組成。

　　本發(fā)明通過改造人工濕地的結(jié)構(gòu)以供產(chǎn)電子活躍的微生物在人工濕地的下 層厭氧區(qū)(陽極室)由微生物轉(zhuǎn)化有機(jī)物產(chǎn)生電子和質(zhì)子，上層為好氧區(qū)(陰極 室)由植物及曝氣管供氧，電子通過外電路傳遞到陰極形成電流，由于陰/陽極 室氧化還原電位的不同產(chǎn)生電壓從而構(gòu)成微生物燃料電池人工濕地。

　　采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：通過人工濕地下層厭氧區(qū)(陽極 室)轉(zhuǎn)化水中的有機(jī)物產(chǎn)生電子，通過外電路傳遞至上層好氧區(qū)(陰極室)形成 電流，由于陰/陽極室氧化還原電位的不同產(chǎn)生電壓。微生物燃料電池人工濕地 在高效處理水中有機(jī)物污染物的同時(shí)產(chǎn)生電能。