[发明专利]一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联系统

说明书

本发明涉及环境保护水处理技术领域，提供了一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联系统，适用于污水的深度脱氮处理，该系统包括水平流反应器、碳源投加区和垂直流反应器，水平流反应器包括从左至右依次布置的进水口、布水区、水平流阳极区、水平流阳极a、缺氧区、水平流阳极b、水平流阴极区、水平流阴极和出水区；所述的垂直流反应器包括从下至上依次布置的厌氧区、垂直流阳极区、垂直流阳极、垂直流阴极区和垂直流阴极；所述的水平流反应器和垂直流反应器的下方通过连通管与碳源投加区相连。该系统将人工湿地与微生物燃料电池耦合，串联进碳源投加区和不同类型的人工湿地，在实现产电的同时对污水进行了深度脱氮。

技术领域

本发明属于环境保护水处理技术领域，主要用于污水深度脱氮处理，具体是一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联系统。

背景技术

污水中较高的氮元素极易造成水体的富营养化，对环境造成污染，因此对污水进行深度脱氮具有重要的意义。在污水脱氮反硝化过程中需要充足的碳源，碳源的不足会使脱氮的效果受到影响，因此通常需要额外投加碳源来改善污水的碳氮比、优化脱氮条件，从而提高污水的脱氮效果。

微生物燃料电池(MFC)是以酶或阳极微生物作为催化剂，通过其代谢作用降解有机物，实现生物质能转化为电能的装置。MFC以阳极微生物为催化剂催化氧化底物，产生电子、质子和CO₂，电子传递到阳极表面并通过外接导线到达阴极，质子由质子交换膜传递到阴极，电子、质子和最终电子受体在阴极相结合被消耗，实现了高效去除污染物的同时产生电能。人工湿地(CW)主要利用基质、微生物和植物之间的协同作用去除污水中的污染物，具有投资运行维护成本低、水处理效果好和适用范围广等优点。微生物燃料电池耦合人工湿地系统(MFC-CW)中电极、微生物、植物、填料之间相互影响作用，拓宽了污染物的去除途径，提高了污染物的去除效能，同时改善了MFC的产电性能。同步实现提高污水处理效果和产生电能，并实现保护水体生态环境和污水的资源化利用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联系统，将微生物燃料电池与潜流人工湿地耦合，同步实现强化污水脱氮及产电效能。

技术方案：一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联系统，包括水平流反应器、碳源投加区和垂直流反应器，水平流反应器包括从左至右依次布置的进水口、布水区、水平流阳极区、水平流阳极a、缺氧区、水平流阳极b、水平流阴极区、水平流阴极和出水区；所述的垂直流反应器包括从下至上依次布置的厌氧区、垂直流阳极区、垂直流阳极、垂直流阴极区和垂直流阴极；所述的水平流反应器和垂直流反应器的下方通过连通管与碳源投加区相连；所述的水平流反应器和垂直流反应器的上部都种有湿地植物，内部的阳极和阴极通过外接导线与负载相连形成两条回路。

所述水平流反应器的水平流阳极a、水平流阳极b和水平流阴极采用石墨毡，水平流阳极a和水平流阳极b分别水平放置于水平流阳极区和缺氧区底部，水平流阴极水平放置于水平流阴极区上部的气水交界处，水平流阳极a和水平流阳极b并联并与水平流阴极相连接。所述布水区、水平流阳极区、缺氧区、水平流阴极区和出水区各区之间的板体均匀设有筛孔。所述布水区内由粒径10-12mm的砾石组成。所述水平流阳极区内由粒径6-8mm的砾石组成。所述缺氧区内由粒径2-4mm的陶粒组成。所述水平流阴极区内由粒径10mm的悬浮生物填料组成。所述出水区内由粒径6-8mm的砾石组成。

所述垂直流反应器的垂直流阳极和垂直流阴极采用长方形石墨板，用微型钻孔机以一定的顺序对石墨板钻孔，以提高微生物的附着，垂直流阳极水平置于垂直流阳极区内，垂直流阴极水平置于垂直流阴极区中的气水交接处并用箔丝网进行固定。所述厌氧区内由粒径10-15mm的砾石组成，填料高度约为150-200mm。所述垂直流阳极区内由粒径0.5-2mm的陶粒组成，填料高度约为200-250mm。所述垂直流阴极区内由粒径10mm的悬浮生物填料组成，填料高度约为100-200mm。