申请日 2016.12.29
公开(公告)日 2017.05.31
IPC分类号 C02F3/32; C02F3/34; H01M8/16
摘要
本发明公开了一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，包括由若干个小型湿地微生物燃料电池组成的排阵型微生物燃料电池人工湿地主体区，小型湿地微生物燃料电池通过阵列方式布置，每排电池并联组成一个微生物燃料电池组，各个电池组采用依次串联的方式与集电储能装置连接;在排阵型微生物燃料电池型人工湿地主体区的两侧设置布水区和集水区，将排阵型微生物燃料电池人工湿地主体区分成至少两个流路区域，每个流路区域含有一条污水处理流路，污水处理流路依次通过流路区域内的各个小型湿地微生物燃料电池。与传统人工湿地相比，排阵型微生物燃料电池型人工湿地对污水的处理效果更好，输出电压大幅增加，处理效率通过多级处理大幅提高。
权利要求书
1.一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，其特征在于：包括污水收集装置、布水区、排阵型微生物燃料电池人工湿地主体区、集水区以及集电储能装置;
所述排阵型微生物燃料电池型人工湿地主体区包括若干个相对独立的小型湿地微生物燃料电池，将所有小型湿地微生物燃料电池通过阵列方式布置成x排y列，x为正偶数，y为正整数，每排小型湿地微生物燃料电池均通过并联的方式组成一个微生物燃料电池组，各个微生物燃料电池组采用依次串联的方式与集电储能装置连接;
在排阵型微生物燃料电池型人工湿地主体区的一侧设置布水区，布水区填充有滤料一，污水收集装置连通布水区，在排阵型微生物燃料电池型人工湿地主体区的另一侧设置集水区，集水区填充有滤料二，排放管路连通集水区;
将排阵型微生物燃料电池人工湿地主体区分成至少两个流路区域，每个流路区域含有一条污水处理流路，污水处理流路依次通过流路区域内的各个小型湿地微生物燃料电池;
所述布水区与排阵型微生物燃料电池人工湿地主体区之间设置第一隔板，第一隔板上设置进水孔，集水区与排阵型微生物燃料电池人工湿地主体区之间设置第二隔板，第二隔板上设置出水孔，进水孔、出水孔与污水处理流路的数量相同，并且一一对应，污水处理流路的一端与进水口连通，污水处理流路的另一端与出水口连通，同一污水处理流路上相邻两个小型湿地微生物燃料电池之间均设有集水槽，集水槽上设置导水孔。
2.根据权利要求1所述的一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，其特征在于：2≤x≤6，2≤y≤4。
3.根据权利要求1或2所述的一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，其特征在于：每个小型湿地微生物燃料电池包括从下到上依次设置的防渗层、承托层、阳极填料层、承托层、阴极填料层、湿地植物层，阳极填料层与阴极填料层通过导线接入电路中;第一隔板的进水孔设置在与阳极填料层相对应的位置，第二隔板的出水孔设置在与阴极填料层相对应的位置，集水槽的导水孔分别设置在与阳极填料层、阴极填料层相对应的位置。
4.根据权利要求3所述的一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述集水区通过回流管路连通布水区，回流管上设置有流量调节阀，流量调节阀可以根据进水水质的变化灵活调节回流量。
5.根据权利要求4所述的一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述防渗层为高密度聚乙烯膜，所述承托层为黄沙;所述阳极填料层和阴极填料层均填充有活性碳;所述湿地植物层种植有水雍菜和水芹菜。
6.根据权利要求5所述的一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述阳极填料层和阴极填料层的活性碳粒径在10～20mm之间;所述黄沙粒径在0.5～3mm之间;所述湿地植物层的植物种植密度在25～30株/m2之间。
7.根据权利要求4所述的一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述滤料一为鹅卵石和砾石，所述滤料二为石英砂和活性碳。
8.根据权利要求7所述的一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述鹅卵石和砾石的粒径在20～30mm之间;所述石英砂和活性碳的填充比例为1：1。
说明书
排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统
技术领域
本发明涉及污水处理与绿色能源领域，具体涉及一种污水处理并用于对外供电的排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统。
背景技术
微生物燃料电池(Microbial fuel cells,简称MFC)是一种利用产电微生物将有机物的化学能转化为电能的新兴技术。微生物在低电势的阳极催化有机物分解，产生电子和质子，电子通过外电路到达高电势阴极并与最终的电子受体(通常为O2)和来自阳极的质子相结合，实现污染物降解并同时回收电能。
人工湿地(CW)通过物理、化学及微生物三重协同作用实现污水的净化，同时是一种处理效果较好、投资节省、具有景观功能的生态污水处理技术，并已经广泛应用于市政及工农业废水的处理。但是其由于水力停留时间长、占地面积大同时由于处理污水负荷相对较低而受到一定的限制。
研究发现，通过调整人工湿地的流态和湿地的深度可以获得微生物燃料电池所需要的氧化还原梯度从而将两者结合构建微生物燃料电池型人工湿地(MFC-CW)，可以充分将两种污水处理技术的优势相结合。但传统的微生物燃料电池型人工湿地都存在内阻较大，输出电压和功率较低的问题，从而限制了其实际应用。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，可解决传统的微生物燃料电池型人工湿地存在内阻较大，输出电压和功率较低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种排阵型微生物燃料电池人工湿地污水处理系统，包括污水收集装置、布水区、排阵型微生物燃料电池人工湿地主体区、集水区以及集电储能装置;
所述排阵型微生物燃料电池型人工湿地主体区包括若干个相对独立的小型湿地微生物燃料电池，将所有小型湿地微生物燃料电池通过阵列方式布置成x排y列，x为正偶数，y为正整数，每排小型湿地微生物燃料电池均通过并联的方式组成一个微生物燃料电池组，各个微生物燃料电池组采用依次串联的方式与集电储能装置连接;
在排阵型微生物燃料电池型人工湿地主体区的一侧设置布水区，布水区填充有滤料一，污水收集装置连通布水区，在排阵型微生物燃料电池型人工湿地主体区的另一侧设置集水区，集水区填充有滤料二，最终排放管路连通集水区;
将排阵型微生物燃料电池人工湿地主体区分成至少两个流路区域，每个流路区域含有一条污水处理流路，污水处理流路依次通过流路区域内的各个小型湿地微生物燃料电池;
所述布水区与排阵型微生物燃料电池人工湿地主体区之间设置第一隔板，第一隔板上设置进水孔，集水区与排阵型微生物燃料电池人工湿地主体区之间设置第二隔板，第二隔板上设置出水孔，进水孔、出水孔与污水处理流路的数量相同，并且一一对应，污水处理流路的一端与进水口连通，污水处理流路的另一端与出水口连通，同一污水处理流路上相邻两个小型湿地微生物燃料电池之间均设有集水槽，集水槽上设置导水孔。
进一步的，2≤x≤6，2≤y≤4。
进一步的，每个小型湿地微生物燃料电池包括从下到上依次设置的防渗层、承托层、阳极填料层、承托层、阴极填料层、湿地植物层，阳极填料层与阴极填料层通过导线接入电路中;第一隔板的进水孔设置在与阳极填料层相对应的位置，第二隔板的出水孔设置在与阴极填料层相对应的位置，集水槽的导水孔分别设置在与阳极填料层、阴极填料层相对应的位置。
进一步的，所述集水区通过回流管路连通布水区，回流管上设置有流量调节阀，流量调节阀可以根据进水水质的变化灵活调节回流量。
进一步的，所述防渗层为高密度聚乙烯膜，所述承托层为黄沙;所述阳极填料层和阴极填料层均填充有活性碳;所述湿地植物层种植有水雍菜和水芹菜。
进一步的，所述阳极填料层和阴极填料层的活性碳粒径在10～20mm之间;所述黄沙粒径在0.5～3mm之间;所述湿地植物层的植物种植密度在25～30株/m2之间。
进一步的，所述滤料一为鹅卵石和砾石，所述滤料二为石英砂和活性碳。
进一步的，所述鹅卵石和砾石的粒径在20～30mm之间;所述石英砂和活性碳的填充比例为1：1。
本发明具有如下的优点及效益：
(1)与传统的人工湿地相比，排阵型微生物燃料电池型人工湿地对污水的处理效果更好，输出电压大幅增加，处理效率通过多级处理大幅提高;
(2)通过布水区和集水区的设计可以更好地增加系统的处理效果，并且减少了进水水质的波动，同时由于布水区中填充滤料作用可以有效去除水体中的大颗粒悬浮物质，有效减少了排阵型人工湿地的堵塞;
(3)回流管路的设置可以灵活方便的调节进水有机物浓度，当进水有机物浓度变高时增大回流用以稀释进水，当进水有机物浓度低时减少回流;
(4)排阵型微生物燃料电池人工湿地，微生物燃料电池阵列布置情况可以根据进水有机物浓度灵活设置，方便实用。
