申请日2014.01.02
公开(公告)日2014.04.09
IPC分类号C02F3/32; C02F3/30; C02F101/30; H01M8/02; H01M8/16
摘要
本发明提供了一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地装置，属于污水处理与电化学耦合技术领域。其特征在于，人工湿地的多介质滤床中种植挺水植物组并布置多组曝气管及排气管，两侧设有入流布水区和出流集水区，分别连接供水系统、回流系统和排水系统，人工湿地由膨润土分为上、下两层分别布置至少一块石墨毡，下层为厌氧区(阳极室)由微生物氧化有机物产生电子和质子，上层为好氧区(阴极室)由植物及曝气管供氧，电子通过外电路传递到阴极形成电流，由于阴/阳极室氧化还原电位的不同产生电压从而构成微生物燃料电池人工湿地。本发明能同时去除有机物和产生电能，处理效果好，运行维护成本低，节能环保。
权利要求书
1.一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地，其特征在于：包括人工 湿地(8)，在人工湿地(8)的多介质滤床中种植挺水植物组(9)并布置有多组 曝气管(10)及排气管(11)，在多介质滤床两侧分别设有入流布水区(14-1) 和出流集水区(14-2)，入流布水区(14-1)和出流集水区(14-2)分别连接供水 系统及排水系统，入流布水区(14-1)与出流集水区(14-2)之间连接有回流系 统，由膨润土层(6)将多介质滤床分为上层好氧区(13)及下层厌氧区(22)， 在上层好氧区(13)及下层厌氧区(22)内分别布置至少一块石墨毡，有机污水 经由供水系统及入流布水区(14-1)进入下层厌氧区(22)，下层厌氧区(22) 作为阳极室由微生物氧化有机污水中的有机物产生电子和质子，电子经由下层厌 氧区(22)的石墨毡通过外电路传递到作为阴极室的上层好氧区(13)内的石墨 毡形成电流，质子则透过膨润土层(6)传入上层好氧区(13)，用于排出水中所 含气体及厌氧过程所产生的气体的排气管(11)的进气端伸入下层厌氧区(22) 内，上层好氧区(13)作为阴极室由挺水植物组(9)及曝气管(10)供氧，下 层厌氧区(22)的出水经出流集水区(14-2)、回流系统及入流布水区(14-1) 进入上层好氧区(13)，由氧将来自下层厌氧区(22)的进水中的有机污染物降 解后自出流集水区(14-2)出水至排水系统。
2.如权利要求1所述的一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地，其 特征在于：所述膨润土层(6)位于所述人工湿地(8)中部并完全覆盖。
3.如权利要求1所述的一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地，其 特征在于：所述外电路包括将所述石墨毡相连的导线(16)，在位于上层好氧区 (13)内的石墨毡与位于下层厌氧区(22)内的石墨毡之间串接负载(17)，在 负载(17)两端并联电路监测单元(18)或电能输出装置。
4.如权利要求1所述的一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地，其 特征在于：所述曝气管(10)由直径为5cm的PVC管多方向均匀打孔制成，其 约1个/m2布置在所述上层好氧区(13)。
5.如权利要求1所述的一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地，其 特征在于：所述排气管(11)由直径为5cm的PVC管在下部多方向均匀打孔、 上部设置阀门(5)制成，其约1个/m2布置在所述下层厌氧区(22)。
6.如权利要求1所述的一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地，其 特征在于：所述挺水植物组(9)由芦苇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层好氧区(13)。
7.如权利要求1所述的一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地，其 特征在于：所述入流布水区(14-1)与所述出流集水区(14-2)均由粒径约9-15mm 的砾石填料经PVC多孔板(24)固定构成。
8.如权利要求1所述的一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地，其 特征在于：所述多介质滤床由粒径约5-8mm的砾石填料及砂子组成。
说明书
一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地
技术领域
本发明涉及一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地，属于人工湿 地技术领域。
背景技术
目前，人工湿地作为一种低成本、低能耗的水处理技术而得到人们的广泛关 注与研究。人工湿地由湿地植物、介质滤床和微生物通过物理、化学和生物的协 同作用从而达到去除水中污染物的目的。如水平潜流人工湿地上层通过植物根部 泌氧形成好氧区，相反下层则主要呈现为厌氧状态形成厌氧区，由于上/下层氧 化还原电位的不同，因此人工湿地具有通过改造其结构而构建成微生物燃料电池 人工湿地装置的潜质。
微生物燃料电池主要是在阳极室，利用产电子活跃的微生物通过转化水中的 有机物产生电子、质子及其它产物，电子通过外电路传递至阴极室形成电流，质 子通过质子交换膜传递至阴极与氧结合生成水。微生物燃料电池通过处理氧化水 中的有机物产生电能，并生成纯净水。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效处理有机污水的微生物燃料电池 人工湿地。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种高效处理有机污水 的微生物燃料电池人工湿地，其特征在于：在人工湿地的填料介质滤床中种植挺 水植物并布置有多组曝气管及排气管，在介质滤床两侧分别设有入流布水区和出 流集水区，入流布水区和出流集水区分别连接供水系统及排水系统，入流布水区 与出流集水区之间连接有回流系统，由膨润土层将多介质滤床分为上层好氧区及 下层厌氧区，在上层好氧区及下层厌氧区内分别布置至少一块石墨毡，有机污水 经由供水系统及入流布水区进入下层厌氧区，下层厌氧区作为阳极室由微生物转 化有机污水中的有机物产生电子和质子，电子经由下层厌氧区的石墨毡通过外电 路传递到作为阴极室的上层好氧区内的石墨毡形成电流，质子则透过膨润土层传 入上层好氧区，用于排出水中所含气体及厌氧过程所产生的气体的排气管的进气 端伸入下层厌氧区内，上层好氧区作为阴极室由挺水植物组及曝气管供氧，下层 厌氧区的出水经出流集水区、回流系统及入流布水区进入上层好氧区，在好氧微 生物作用下将来自下层厌氧区的进水中的有机污染物降解后自出流集水区出水 至排水系统。
优选地，所述膨润土层位于所述人工湿地中部并完全覆盖。
优选地，所述外电路包括将所述石墨毡相连的导线，在位于上层好氧区内的 石墨毡与位于下层厌氧区内的石墨毡之间串接负载，在负载两端并联电路监测单 元或电能输出装置。
优选地，所述曝气管由直径为5cm的PVC管多方向均匀打孔制成，其约1 个/m2布置在所述上层好氧区。
优选地，所述排气管由直径为5cm的PVC管在下部多方向均匀打孔、上部 设置阀门制成，其约1个/m2布置在所述下层厌氧区。
优选地，所述挺水植物组由芦苇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层好氧区。
优选地，所述入流布水区与所述出流集水区均由粒径约9-15mm的砾石填料 经PVC多孔板固定构成。
优选地，所述介质滤床由粒径约5-8mm的砾石填料及砂子组成。
本发明通过改造人工湿地的结构以供产电子活跃的微生物在人工湿地的下 层厌氧区(阳极室)由微生物转化有机物产生电子和质子，上层为好氧区(阴极 室)由植物及曝气管供氧，电子通过外电路传递到阴极形成电流，由于阴/阳极 室氧化还原电位的不同产生电压从而构成微生物燃料电池人工湿地。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过人工湿地下层厌氧区(阳极 室)转化水中的有机物产生电子，通过外电路传递至上层好氧区(阴极室)形成 电流，由于阴/阳极室氧化还原电位的不同产生电压。微生物燃料电池人工湿地 在高效处理水中有机物污染物的同时产生电能。
