[实用新型]一种分体式湿地植物-微生物燃料电池耦合装置

说明书

本实用新型涉及一种分体式湿地植物‑微生物燃料电池耦合装置，将植物与电池阳极、阴极分离，硝化和反硝化在两个不同的地方分前后进行，废水经P‑MFC阳极氧化后流出被导向至好氧反应器，利用水体自由氧气及植物根系泌氧完成硝化过程，随后流入P‑MFC的阴极在缺氧条件下进行电化学反硝化，从而避免了氧气对阴极反硝化过程的影响，将植物根系泌氧促进硝化/反硝化的作用最大化。通过添加植物的外部阴极硝化反应器可以很好的解决根系泌氧对硝化促进与反硝化抑制的矛盾。

技术领域

本实用新型属于植物微生物燃料电池领域，具体涉及可提高脱氮效果的分体式湿地植物-微生物燃料电池。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

当今，氨氮已经成为水体污染的重要指标，水体中的氮以有机氮和无机氮的形式存在，工业废水、农业废水和生活污水是这些氮的主要来源。随着人类社会的发展，水体中的氨氮浓度越来越高，水体富营养化加剧，危及水生动物，破坏生态平衡，最终危害人体健康，造成严重的经济损失。

植物-微生物燃料电池(P-MFC)是一种新兴的污水处理工艺,可通过矿化、硝化和反硝化等一系列微生物循环过程完成氮素的降解，并产生电能。目前构建的P-MFC主要有两类,一类是将植物根区作为电池的阳极系统,利用根区分泌物解决MFC的燃料问题；另一类是利用湿地植物构建生物阴极型微生物燃料电池,其实质是利用根系泌氧构建好氧型生物阴极微生物燃料电池，在阴极同步完成硝化和反硝化过程。在阴极中，虽然根系微氧环境会促进硝化作用，但是由于植物产生的O₂的氧化还原电位比NO₃^-高，O₂会与NO₃^-争夺质子和电子，抑制NO₃^-的反硝化作用，使脱氮率降低。根系泌氧对硝化促进与反硝化抑制的矛盾得不到解决，就无法最大限度地发挥植物泌氧对脱氮的促进作用。

实用新型内容

为了克服上述问题，本实用新型提供了一种分体式湿地植物-微生物燃料电池耦合装置。通过添加植物的外部阴极硝化反应器可以很好的解决这个问题，将植物与电池阳极、阴极分离，硝化和反硝化在两个不同的地方分前后进行，废水经P-MFC阳极氧化后流出被导向至好氧反应器，利用水体自由氧气及植物根系泌氧完成硝化，随后流入P-MFC的阴极在缺氧条件下进行电化学反硝化，从而避免了氧气对阴极反硝化过程的影响，将植物根系泌氧促进硝化、反硝化的作用最大化。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种分体式湿地植物-微生物燃料电池耦合装置，包括：阳极室、阴极室、外部好氧反应器，所述阳极室与阴极室的一侧通过阳离子交换膜相连，所述阳极室设置有进水口和出水口，所述出水口与外部好氧反应器的进水口相连，所述外部好氧反应器的出水口与阴极室的进水口相连，所述阴极室还设置有出水口，所述阳极室和阴极室皆设置有石墨电极，且两个电极之间设有负载电阻。利用上述分体式结构，可使硝化、反硝化过程分离从而解决根系泌氧对P-MFC脱氮效率的影响。

在一些实施例中，所述阳极室的一侧与外部好氧反应器相贴合，阳极室的出水口高于外部好氧反应器进水口，且位于该贴合的侧壁上。使废水流动的动力来源于其在电极室及好氧反应器之间转移时自身的重力势能，可大大降低对能源的消耗，达到节能效果。

在一些实施例中，所述外部好氧反应器的一侧与阴极室一侧相贴合，外部好氧反应器的出水口高于阴极室的进水口，且位于该贴合的侧壁上。利用两者之间的高度差，使废水流动，降低能耗、减少了不必要的管路连接。

在一些实施例中，所述电极之间设置有电阻。通过电阻有效地限制和调节电流的大小，且在瞬时电流过大时，避免短路现象的发生。