[发明专利]光催化与人工湿地复合型燃料电池及污水处理方法

说明书

本发明涉及一种光催化与人工湿地复合型燃料电池及污水处理方法。本发明的目的是提供一种光催化与人工湿地复合型燃料电池及污水处理方法，以废水为燃料生产电能，实现废水处理和产电的同步进行。本发明的技术方案是：一种光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：具有光阳极室和人工湿地燃料电池反应室，光阳极室的出水口连通人工湿地燃料电池反应室的进水口；所述光阳极室内设有光催化阳极，光阳极室外设有发射的光能使所述光催化阳极进行光催化反应的光源，光阳极室上设有能使光源发射的光进入光阳极室内的透光部位。本发明适用于污水处理技术领域。

技术领域

本发明涉及一种光催化与人工湿地复合型燃料电池及污水处理方法。适用于污水处理技术领域。

背景技术

能量和水资源的短缺，是全球面临的两个重要挑战，对人类社会可持续发展构成了严重威胁。

为了保证经济建设与环境保护的协调发展，各地大量兴建污水处理厂，污水经收集后进入城镇污水处理厂进行处理后排入地表水体，多数尾水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，其中COD小于50mg/L，BOD₅小于10mg/L，而《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中V类水的COD应小于40mg/L，BOD₅小于10mg/L，达标排放的尾水仍是劣Ⅴ类水，从而对区域水环境质量产生危害，并且在处理过程中需要消耗大量的能量。因此，采用合适节能的污水处理工艺对尾水进行深度处理，进而改善水环境质量具有重要意义。

实际上，污水中蕴含了巨大的能量，1kg化学需氧量(COD)完全氧化为水和CO2理论上可以产生3.86kW·h的能量，如果生活污水以400mg/LCOD计，则所含能量为1.544kW·h/m3，是我国污水处理厂处理1m³污水平均电耗的5.3倍。

近几年微生物燃料电池(MFC)的出现和快速发展实现了从废水中回收电能，而人工湿地广泛应用于水体的净化与恢复、面源污染的控制、初期降雨的处理以及城市污水处理厂尾水的深度处理，因此，两者的耦合成的湿地型微生物燃料电池可以在获得高效污染物处理的同时产生电能。但是，经过污水生化工艺处理后的尾水中绝大部分为溶解性的不可生物降解有机物，这些溶解性的不可生物降解有机物很难再依靠生物处理技术降解去除。因此，如何提高湿地型微生物燃料电池在尾水深度处理方面的应用已成为水处理界关注的重点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种光催化与人工湿地复合型燃料电池及污水处理方法，以废水为燃料生产电能，实现废水处理和产电的同步进行。

本发明所采用的技术方案是：一种光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：具有光阳极室和人工湿地燃料电池反应室，光阳极室的出水口连通人工湿地燃料电池反应室的进水口；

所述光阳极室内设有光催化阳极，光阳极室外设有发射的光能使所述光催化阳极进行光催化反应的光源，光阳极室上设有能使光源发射的光进入光阳极室内的透光部位；

所述人工湿地燃料电池反应室内由下而上依次设有阳极填料层、绝缘填料层和阴极填料层，人工湿地燃料电池反应室的进水口和出水口分别位于阳极填料层下方和阴极填料层上方，所述阳极填料层为厌氧环境并加有阳极电极，阴极填料层为厌氧环境并加有阴极电极；

所述光催化阳极和所述阴极电极之间串联有第一外电阻，所述阳极电极和所述阴极电极之间串联有第二外电阻。

所述人工湿地燃料电池反应室内、所述阳极填料层下方设有均匀布水层，均匀布水层连通该人工湿地燃料电池反应室的进水口。

所述人工湿地燃料电池反应室内设有为所述阴极填料层供氧的供氧装置。

所述供氧装置包括相互连通的微孔曝气装置和空气泵，其中微孔曝气装置置于所述阴极电极下部，所述空气泵置于所述人工湿地燃料电池反应室外部。