[发明专利]一种人工湿地耦合微生物燃料电池的废水净化装置

说明书

本发明公开了一种人工湿地耦合微生物燃料电池的废水净化装置，在人工湿地的基础上布置电极，阴极和阳极通过导线与外部电阻相连，同时将万用表连接在外部电阻以测定输出电压。该装置可以在原来的人工湿地基础上进行改造，实现净化水质、产能双重效果。从废水中提取能量，将实现化学能‑生物能‑电能的转变，达到废物综合利用。该装置可使水中污染物质得到良性循环，同时实现资源的能源化。本发明具有较好经济成本，运行维护简单，且电极形式简易可行，直接回避了微生物燃料电池需要使用昂贵电极的固有缺陷，具有实际工程推广的优势。

技术领域

本发明属于废水处理、微生物同步产电技术领域，具体涉及一种人工湿地耦合微生物燃料电池的废水净化装置。

背景技术

能源紧张和水环境污染随着工业化的不断推进面临越来越大的挑战，其中酿酒过程中产生的大量废水已成为严重的水体污染源之一，若不加以处理直接排放将会对环境产生严重的负面影响。

酿酒废水具可生化性高、易于被生物降解等显著特点，传统的处理方法是厌氧处理与好氧生物处理相结合进行处理，但该方法存在无法避免的缺陷，即出水COD仍然较高，仍会对水体造成影响，若在配置后续处理会违背绿色经济的处理理论。因此，寻求一种能耗低、处理效果好、经济且实现能量转化的处理方法来处理酿酒废水显得迫在眉睫。

相比于传统的二级生物处理，人工湿地具有低成本、低能耗、维护成本低等优点。此外微生物燃料电池这种高效的生物处理方法适用于酿酒废水这类高浓度有机废水的处理，其可将废水中有机物的化学能转化成电能，实现资源能源化合废水净化两重收益。其工作原理是：阳极区域的产电微生物在厌氧条件下分解有机物产生电子和质子，电子通过导线经过外电路后到达阴极，质子则从系统内部到达阴极，电子、质子与阴极区域的氧气反应生成水，从而实现整个氧化还原反应。对于人工湿地与为微生物燃料电池的耦合系统，则是在人工湿地底部实现厌氧状态、表面好氧状态从而满足微生物燃料电池的实现条件以形成耦合系统，可使水中污染物质得到良性循环，同时实现资源的能源化，从而可同时获得废水净化和能源化的双重收益。

目前研究者的人工湿地与微生物燃料电池耦合系统的产电性能并非优良，且微生物燃料电池的固有缺陷——使用的电极材料以及分离膜昂贵使得其大规模推广受阻。

发明内容

本发明的目的在于解决人工湿地耦合微生物燃料电池系统现如今存在的缺陷，针对系统产电性能确定一种电极形式，使得耦合系统不仅可对酿酒废水水质净化效果明显，能源转化效率优良，且直接回避了微生物燃料电池需要使用昂贵电极的固有缺陷，电极形式简易可行、制备电极使用材料价格低廉，系统运行维护简单，具有实际工程推广的优势。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种人工湿地耦合微生物燃料电池的废水净化装置，废水净化装置包括进水桶连通的一个反应器，所述反应器中填充有湿地填料，在湿地填料中由下至上依次布置有底部填料、阳极、阴极和植物，所述阳极与阴极通过导线与外部电阻相连接；还包括一个伸入至阴极底部的曝气条，曝气条与曝气泵连通。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

进一步，所述底部填料通过布水孔板支撑，阳极布置在反应器中部，阴极布置在反应器顶部，并在阴极周边的湿地填料上种植有植物。

进一步，所述阳极包括阳极外框和包裹在阳极外框内部紧密填充的阳极导电填料；所述阳极外框的外围为长方体导电材料，内部为四片导电材料呈井字竖向布置。

进一步，所述阳极外框的材料为碳毡、碳布或不锈钢网中一种或几种组合。

进一步，所述阳极导电填料为石墨、活性炭或生物炭中的一种或几种组合。

进一步，所述阳极导电填料粒径为5～8mm的活性炭。

进一步，所述阳极与阴极之间间隔20cm。