一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置

1.本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置。


背景技术：

2.我国面临着严重的水污染问题，而污水治理具有起步晚、基础差等特点，随着国家对水污染控制总体要求的提高，一级节能减排形势日趋严峻。这种严峻的形势促使研究者们需要为水循环和可再生能源可持续利用开发新的技术平台。
3.微生物燃料电池(mfc)是一种在废水处理工艺中利用微生物代谢产生电能并同时处理废水的新技术，具有广阔的应用前景和挑战性。在mfc系统中，废水中可生物降解的有机化合物被定义为一种能源，而不是作为一种废物，它们作为可再生能源被产电微生物利用并产生生物电。因此，近年来利用mfc处理废水的相关研究引起了学者们的广泛关注。人工湿地污水处理系统作为新兴的污水处理系统，具有良好的环境效益、经济效益和社会效益，是一种很有前途的污水处理方法。它可用于处理各种来源的废水，例如工业、市政、农业、暴雨废水和径流。因此，人工湿地处理技术与微生物燃料电池技术相结合，是一种提高水质和实现产电的新兴耦合技术。人工湿地
‑
微生物燃料电池耦合系统(cw
‑
mfc)可以通过物理底物积累、化学反应(底物内部发生各种氧化还原反应)和生物相互作用(微生物转化)来净化废水和发电。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，将人工湿地与微生物燃料电池相结合，净化污水的同时，进行产电。
5.本实用新型为实现目的，采用如下技术方案：
6.一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特点在于：所述脱氮除磷装置包括反应器，在所述反应器内从下至上依次布置有底部填料区、阳极区、中间填料区和阴极区。
7.进一步地，所述反应器的底部设有进水口，所述进水口通过蠕动泵连接进水桶。
8.进一步地，所述反应器的顶部、位于所述阴极区的上方设置有出水堰，所述出水堰连通至出水口。
9.进一步地，所述阳极区包括设置于外围的阳极导电外框和填充在所述阳极导电外框内部的阳极导电填料；所述阴极区包括设置于外围的导电碳毡和填充在内部的阴极填料。
10.进一步地，所述底部填料区内的填料为粒径20～40mm的鹅卵石，所述中间填料区内的填料为粒径6～9mm的雪花石。
11.进一步地，所述阳极导电填料为石墨、活性炭和生物炭中的至少一种；所述阴极填料为粒径1～2mm的石英砂。
12.进一步地，所述阳极导电外框采用不锈钢丝编制而成。
13.进一步地，所述阴极填料上种植有植物。
14.进一步地，所述阳极区的阳极导电填料与所述阴极区的导电碳毡通过钛丝与外部电阻相连接，所述外部电阻连接数字电压采集系统。
15.进一步地，所述植物包括小白掌、香蒲、美人蕉和菖蒲中的至少一种。
16.本实用新型的有益效果体现在：
17.1、本实用新型的装置，将人工湿地与微生物燃料电池进行了有效的耦合，通过在人工湿地内部加入电极，实现了产电时同步脱氮除磷。
18.2、本实用新型的装置，生产成本低、运行维护简单。
19.3、本实用新型的装置，通过不同填料的协同，有利于微生物的附着。
附图说明
20.图1为本实用新型一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置的示意图，图中标号：1
‑
进水桶、2
‑
蠕动泵、3
‑
进水口、4
‑
底部填料区、5
‑
阳极区、6
‑
中间填料区、7
‑
阴极区、8
‑
出水堰、9
‑
植物、10
‑
出水口、11
‑
钛丝、12
‑
外部电阻、13
‑
数字电压采集系统、14
‑
阳极导电外框、15
‑
阳极导电填料，16
‑
导电碳毡。
具体实施方式
21.下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
22.实施例1
23.如图1所示，本实施例的一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，包括反应器，在反应器内从下至上依次布置有底部填料区4、阳极区5、中间填料区6和阴极区7。
24.反应器的底部设有进水口3，所述进水口3通过蠕动泵2连接进水桶1。通过蠕动泵2进行进水，流速可自由控制。反应器的顶部、位于阴极区7的上方设置有出水堰8，出水堰8连通至出水口10。
25.本实用新型的装置最突出的特点在于两个电极的形式。阳极区5包括设置于外围的阳极导电外框14和填充在阳极导电外框14内部的阳极导电填料15；阴极区7包括设置于外围的导电碳毡16和填充在内部的阴极填料。阳极导电外框14采用不锈钢丝编制而成；阳极导电填料15为石墨、活性炭和生物炭中的至少一种；阴极填料为粒径1～2mm的石英砂。通过这样的形式组合，可使阳极区域产电微生物产生电子更好的接收并传递到外部电阻12形成电流，以此提高电压。
26.底部填料区4内的填料为粒径20～40mm的鹅卵石，中间填料区6内的填料为粒径6～9mm的雪花石。
27.阴极填料上种植有植物9，包括小白掌、香蒲、美人蕉或菖蒲。
28.阳极区5的阳极导电填料15与阴极区7的导电碳毡16通过钛丝11分别与外部电阻12的两端相连接，外部电阻12连接数字电压采集系统13。利用数字电压采集系统，可以时刻采集和记录电压变化，节省人力。
29.本实施例的反应器模拟垂直向上流人工湿地系统，底部进水、上部出水。模拟污水从进水桶通过蠕动泵2注入垂直流反应器当中，经过底部填料区4后，依次进入阳极区5、中间填料区6、阴极区7、出水堰8。最后处理好的水经过出水堰8流进出水口10，再通过出水管进行收集。该装置可以通过物理底物积累、化学反应(底物内部发生各种氧化还原反应)和生物相互作用(微生物转化)来净化废水和发电。在此装置中，植物、细菌和填料的组合被用于处理废水，并且该组合通过产电细菌从有机物中获取化学能来发电。
30.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特征在于：所述脱氮除磷装置包括反应器，在所述反应器内从下至上依次布置有底部填料区(4)、阳极区(5)、中间填料区(6)和阴极区(7)。2.根据权利要求1所述的一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特征在于：所述反应器的底部设有进水口(3)，所述进水口(3)通过蠕动泵(2)连接进水桶(1)。3.根据权利要求1所述的一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特征在于：所述反应器的顶部、位于所述阴极区(7)的上方设置有出水堰(8)，所述出水堰(8)连通至出水口(10)。4.根据权利要求1所述的一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特征在于：所述阳极区(5)包括设置于外围的阳极导电外框(14)和填充在所述阳极导电外框(14)内部的阳极导电填料(15)；所述阴极区(7)包括设置于外围的导电碳毡(16)和填充在内部的阴极填料。5.根据权利要求1所述的一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特征在于：所述底部填料区(4)内的填料为粒径20～40mm的鹅卵石，所述中间填料区(6)内的填料为粒径6～9mm的雪花石。6.根据权利要求4所述的一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特征在于：所述阳极导电填料(15)为石墨、活性炭和生物炭中的至少一种；所述阴极填料为粒径1～2mm的石英砂。7.根据权利要求4所述的一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特征在于：所述阳极导电外框(14)采用不锈钢丝编制而成。8.根据权利要求4所述的一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特征在于：所述阴极填料上种植有植物(9)。9.根据权利要求4所述的一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特征在于：所述阳极区(5)的阳极导电填料(15)与所述阴极区(7)的导电碳毡(16)通过钛丝(11)与外部电阻(12)相连接，所述外部电阻(12)连接数字电压采集系统(13)。10.根据权利要求8所述的一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，其特征在于：所述植物(9)包括小白掌、香蒲、美人蕉和菖蒲中的至少一种。

技术总结
本实用新型公开了一种人工湿地耦合微生物燃料电池脱氮除磷装置，该装置包括反应器，在反应器内从下至上依次布置有底部填料区、阳极区、中间填料区和阴极区。本实用新型将人工湿地与微生物燃料电池进行了有效的耦合，通过在人工湿地内部加入电极，实现了产电时同步脱氮除磷。氮除磷。氮除磷。


技术研发人员：杨厚云 陈健 周磊 余丽 李卫华 薛同站 黄健 潘法康
受保护的技术使用者：安徽建筑大学
技术研发日：2021.05.20
技术公布日：2021/12/14