[发明专利]封闭阳极微生物燃料电池与沉水植物人工湿地耦合系统

说明书

本发明公开了一种封闭阳极微生物燃料电池与沉水植物人工湿地耦合系统，包括人工湿地、阳极结构、阴极和导线；其中，人工湿地包括底泥区、污水区和沉水植物，污水区位于底泥区的上方，沉水植物种植于污水区；阳极结构包括阳极和壳体，壳体内部留有中空腔室，且壳体的侧壁上开有通孔，所述阳极放置于中空腔室中；阳极结构设置于底泥区，阴极设置于所述污水区，阴极与阳极之间通过所述导线连接，阴极和阳极表面附着有微生物膜。引入沉水植物，有效增加阴极附近溶解氧含量，成本低且不消耗能源。沉水植物同时也具备污染物去除的作用，提高了整个装置处理效果。

技术领域

本发明属于清洁能源与污水处理领域，具体涉及一种封闭阳极微生物燃料电池与沉水植物人工湿地耦合系统。

背景技术

微生物燃料电池是利用产电微生物的新陈代谢作用，将化学能转变成电能。从能源角度看，产能方式安全可持续。从环境角度看，微生物降解有机污染物，净化环境。微生物燃料电池技术的发展在实现清洁产电的同时为去除污染物提供了广大的发展空间，是一种十分有发展空间的新能源技术。然而如何有效提升阴极和阳极氧化还原电位差是提升产电效果的关键因素之一。氧气作为一种氧化还原电位高且常见的物质，常被用于阴极作为最终电子受体。因此提升阴极附近溶解氧含量是促进产电的有效方法。

人工湿地是一种人造生态系统，将湿地植物、动物、微生物的结合起来，通过各种物理化学生物作用，处理污染物。人工湿地具有处理效果好、造价低、维护简单等优点，被广泛用于污水处理。其中湿地植物对于湿地整体处理效果起到很重要的作用。

将微生物燃料电池与人工湿地结合起来，可以充分发挥两种技术的优点。人工湿地表层以及植物周围溶解氧含量高，形成好氧区。随着深度的增加或者跟植物距离的增加，溶解氧含量越来越低，是天然存在的厌氧区。好氧区、厌氧区正好为微生物燃料电池提供了理想的产电条件。阳极放入湿地底层，阴极靠近水面或者湿地植物，实现阴阳极氧化还原电位差的要求。现有的结合这两种技术的为沉积物燃料电池(SMFC)，是将阳极插在厌氧底泥中，阴极放在含有溶解氧的水面上，阳极所在的底泥维持所需厌氧环境。但是该种沉积物燃料电池存在以下主要问题：1、沉积物中的有机物传递困难，阳极直接固定在沉积物中，可接触的土壤活性有机质浓度低，且扩散速率低，既影响对沉积物中的污染物的处理效率，又不利于电池效率的提高；2、为了利用自然的氧化还原电位差，阴极和阳极的距离通常较远，产生较大的内阻；3、传统的微生物燃料电池与人工湿地耦合多采用潜流人工湿地，需要在设计施工时就将阴极、阳极作为一层填料层，布设在潜流人工湿地的基质之间，难以在后期进行维修、替换和重新排布；4、阴极附近的溶解氧浓度较小，影响产电，如果需要提高溶解氧浓度，需要不断向水中曝气；5、传统的微生物燃料电池与潜流人工湿地耦合中，阴极一般情况下是靠近水生植物，潜流人工湿地中的挺水植物大多根系巨大，会随植物生长逐渐穿透破坏阴极。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种封闭阳极微生物燃料电池与沉水植物人工湿地耦合系统。该系统通过引入沉水植物，有效提高阴极区溶解氧含量，增加产电；通过设置封闭阳极室，有利于有机物质传质，且具有较好的移动性和灵活性。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

封闭阳极微生物燃料电池与沉水植物人工湿地耦合系统，包括人工湿地、阳极结构、阴极和导线；其中，

人工湿地包括底泥区、污水区和沉水植物，污水区位于底泥区的上方，沉水植物种植于污水区；

阳极结构包括阳极和壳体，壳体内部留有中空腔室，且壳体的侧壁上开有通孔，所述阳极放置于中空腔室中；

阳极结构设置于底泥区，阴极设置于所述污水区，阴极与阳极之间通过所述导线连接，阴极和阳极表面附着有微生物膜。