[发明专利]一种通过导流板调控流向的微生物电化学多模块堆栈系统

说明书

一种通过导流板调控流向的微生物电化学多模块堆栈系统，涉及一种微生物电化学多模块堆栈系统。系统由堆栈系统池体、多个阳极模块、多个空气阴极模块和多个导流板构成；导流板插入至空气阴极模块和堆栈系统池体侧壁之间或相邻的空气阴极模块之间用于阻断布水廊道使水流动方向发生改变，实现控制污水的串联布水、并联布水以及混联布水。堆栈系统池体上进出水端口既可以作为进水口，也可以作为出水口，进出水端口的功能转换能够实现水流流向的调整。匀流布水通道内填充有多孔介质使污水在断面上流速均匀。本发明能够在结构简易基础上实现多模块MES堆栈放大，内部流场可控，适用于多尺度实际污水处理装备要求，便于各组件替换或维护。

技术领域

本发明涉及一种微生物电化学多模块堆栈系统。

背景技术

微生物电化学系统(Microbial Electrochemical system,MES)，是能直接利用微生物的催化作用将有机物中的化学能直接转化成电能的装置，因其具有产生清洁能源电能、高效降解有机污染物等诸多优点，在能源、环境及废水处理领域受到了广泛的关注。同时在水处理领域，该技术改变了水处理的模式，受到研究者的广泛重视。在微生物电化学系统中，阳极中的微生物代谢废水中的有机或无机物质，将电子转移至阳极电极上，电子通过外电路传导至阴极，在阴极电子与氧气结合，质子从阳极迁移至阴极，发生氧还原反应，从而形成闭合回路，完成整个反应过程。

作为一种污水处理装置，微生物电化学系统的实用化放大是该技术应用推广的必经阶段。单体反应器三维尺度的简单扩增会导致系统电流和功率密度的组件衰减，因此仅通过等比扩增单体反应器容积获得较大系统是低效率的。微生物电化学系统的放大需要进行模块化合理堆栈形成较大的构筑物。平板插入式模块设计是目前比较成功的可堆栈设计，具有结构简单，易于维护，放大潜力好等优势，但其堆栈方式和堆栈反应器的设计一直处于缺失状态。

堆栈结构中一般污水在多模块间的分布有并联和串联两种模式。在常见的微生物电化学系统堆栈结构中，往往采用多级模块依次串联进水的布水方式使污染物的去除较为彻底，但位于串联水路末端的模块中阳极微生物长期处于底物受限状态会发生难于逆转的电极性能退化，使该模块的产电能力受到极大限制，并且，即使重新补充底物，也需要较长时间才能够部分恢复。相对于串联布水的方式，模块间平行并联布水能够保持各个模块性能的平衡有利于电能产生和回收。但单纯的并联布水模式中污水在各模块间的均匀分布很难长期保证。距离进水口较近的模块在并联布水中可能会有较大的水力负荷。同时由于污水的流程较短，所以污染物去除率相对于串联布水可能有损失。因此微生物电化学系统的流向应该需要进行转换并且能够方便的在串联和并联布水模式中转换。

因此，微生物电化学系统堆栈体急需创新，在结构简单、易于构建的基础上实现污水在模块间分布合理，流向可调，以实现有机污染物的高效去除以及各MES模块的性能均衡稳定。

发明内容

本发明针对上述背景技术中提出的问题，提出一种通过导流板调控流向的微生物电化学多模块堆栈系统。