[发明专利]一种低内阻的微生物燃料电池型复合人工湿地

说明书

本发明涉及一种低内阻的微生物燃料电池型复合人工湿地，包括下行流人工湿地(27)、硫酸亚铁补充罐(10)、上行流人工湿地(28)和出水沉淀池(21)。本发明通过降低内阻提高微生物燃料电池型人工湿地的生化电子转移效率，提高有机污染物的降解效率。

技术领域

本发明属于用于水处理的人工湿地领域，特别涉及一种低内阻的微生物燃料电池型复合人工湿地。

背景技术

人工湿地系统主要由填料、湿地植物和微生物组成。在保障良好的运行条件时，可以通过填料的吸附、植物的吸收以及微生物的降解作用的耦合实现较高的污染物脱除效率。人工湿地不仅建设成本低、运行能耗低，而且也具有一定的景观价值，因而被广泛应用于多种污废水处理、地表水体的生态修复等方面。

借助电化学理论，人们提出了微生物燃料电池型人工湿地，其一般为垂直潜流型，阳极位于下部厌氧区，阴极位于上部根系充氧区，通过外电路连接阴阳极。

微生物燃料电池型人工湿地阳极区在厌氧条件下发生有机物还原降解，产生的电子通过外电路传送到阴极并使氧发生还原，产生的质子通过内部水流也输送到阴极，质子和还原的氧结合形成水。

微生物燃料电池型人工湿地通过外电路加快电子转移，从而提高了污染物的去除效率，特别对于有机污染物具有较好的去除效率。但是由于燃料电池型人工湿地阳极要求的厌氧环境，对于含氮污染物，特别是对于氨氮，其去除效果不佳。

而且，普通的微生物燃料电池型人工湿地由于电极间距大、污染物成分复杂(含一些不导电的胶体)、产电微生物数量不足等原因，导致其内阻较大，产电效率低，减缓了电子转移效率，从而导致污染物通过生物氧化还原过程去除的效率降低。

一般地，微生物燃料电池型人工湿地的内阻分为阳极内阻、阴极内阻、污水内阻。其中阳极内阻取决于阳极的比表面积、导电能力、产电微生物数量(生物电化学反应)；空气阴极型的微生物燃料电池的阴极内阻取决于阴极区域氧浓度和氧的还原能力；污水内阻取决于人工湿地介质孔隙中污水中的导电离子含量。

因此，降低微生物燃料电池型人工湿地的内阻的方法是减小上述三个方面的内阻。降低阳极内阻方法是提高阳极材料的导电能力、提高阳极区域产电微生物丰度和数量、增加阳极比表面积；从节能角度降低空气阴极内阻的方式是提高阴极区溶解氧浓度和新生氧浓度(易于被还原转化)，人工湿地植物根系在此扮演着重要角色；降低污水内阻的方式则是提高污水中导电离子的数量。

铁元素是微生物和植物生长的重要微量元素之一，适量的补充铁元素可以提高微生物和植物的生理活性，而且研究表明产电微生物的活性与铁元素含量密切相关。

根据目前的研究报道，目前的微生物燃料电池型人工湿地主要是利用人工湿地底部缺氧，上部好氧而构成(ZL201410001954.4，一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地)。但其底部厌氧程度不足，内阻较大，处理效率有待进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低内阻的微生物燃料电池型复合人工湿地，以克服现有技术中微生物燃料电池型人工湿地内阻大的缺陷。

本发明的一种低内阻的微生物燃料电池型复合人工湿地，所述复合人工湿地包括下行流人工湿地、硫酸亚铁补充罐、上行流人工湿地和出水沉淀池；所述下行流人工湿地和上行流人工湿地的下方通过下行流出水管相连，硫酸亚铁补充罐通过加药管与下行流出水管相连，上行流人工湿地通过上行流出水管与出水沉淀池相连；其中上行流人工湿地为空气阴极型燃料电池型人工湿地。

所述下行流人工湿地和普通垂直流人工湿地类似。

所述下行流人工湿地的上方设置进水管；上行流出水管设置在上行流人工湿地的上方。