[发明专利]一种人工湿地微生物燃料电池污水处理装置

说明书

本发明公开了一种光能强化磷回收电解槽‑人工湿地微生物燃料电池污水处理装置。包括进水配水槽、磷回收电解槽、人工湿地‑微生物燃料电池、出水集水槽、光能采集系统、电能管理系统。该光能强化磷回收电解槽‑人工湿地微生物燃料电池污水处理装置将光能/生物质能转化为电能，经电能管理系统储存并分配至磷回收电解槽，由电解槽阳极缓释镁离子，阴极析出磷酸铵镁晶体，实现污水中磷的回收，同时提高污染物去除效果。本发明解决了传统人工湿地污染物去除效果差、磷资源无法回收的问题，形成一种零能耗、高效、环境友好的新型污水处理技术。

技术领域

本发明涉及一种光能强化磷回收电解槽-人工湿地微生物燃料电池污水处理装置及方法，属于人工湿地技术和污水处理技术领域。

背景技术

人工湿地是根据天然湿地净化污水的原理，通过人工建造和管理控制强化其净化能力的污水处理技术。它是由基质、植物、水体、微生物和动物共同组成的复合系统。对于磷化合物，传统人工湿地主要是通过基质吸附、沉淀以及植物吸收等过程去除。由于基质吸附容量和植物生物量有限，这类人工湿地在长期运行后对磷的去除率逐渐降低。根据国际上对人工湿地的研究，各类人工湿地的磷去除率仅为10%到20%。另一方面，这部分被去除的磷化合物主要是以吸附、沉淀、吸收等形式被截留在人工湿地系统中，难以回收利用。作为一种不可再生资源，磷回收在今后的污水处理技术中将越发重要。因此，构建一种新型的磷回收人工湿地技术对污水处理和资源可持续发展具有重要意义。

目前，对于人工湿地磷回收主要是通过投加具有吸附性能的吸附剂实现的，如专利号为CN 108975625 B，专利名称为“一种具有氮磷回收作用的人工湿地系统”，这类技术能够有效提高人工湿地对污水磷化合物的去除率，但是吸附于固态吸附剂的磷需要额外经过解吸回收，或随吸附剂一同回收作为磷肥，造成磷回收成本昂贵的问题，不利于广泛应用。通过电化学方式，在阴极营造碱性条件，促使磷结晶析出，是一种可行的、高效的高纯度磷回收技术，如专利号为CN 111453837 A，专利名称为“一种同步污水处理和氮磷回收的生物电化学装置”，该技术通过电化学装置阴极氮磷结晶实现磷回收；另外一类通过电化学系统结合离子交换膜，以电渗析的方式浓缩含磷废水，从而实现污水磷回收，如专利号为CN111747530 A，专利名称为“微生物电化学耦合膜生物反应器系统及污水处理方法”，但是这些电化学磷回收系统均需额外提供电源，对运行和管理有一定要求。

发明内容

本发明旨在提供一种零能耗，且能够高效回收污水中磷的光能强化磷回收电解槽-人工湿地微生物燃料电池污水处理装置。该光能强化磷回收电解槽-人工湿地微生物燃料电池污水处理装置结合太阳能和生物能，经过自动化的电能管理系统调节和分配后，稳定输出至磷回收电解槽，以电解槽阳极区天然镁矿作为缓释镁源，在电解槽阴极区形成鸟粪石（磷酸铵镁）结晶。由该技术回收的磷结晶纯度高，稍做处理后即可作为农业磷肥使用。该技术的优势在于，在零能耗的前提下，同时提高污水去除效果，并回收高品质缓释磷肥。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种人工湿地微生物燃料电池污水处理装置，包括：

依次通过穿孔布水板连通的进水配水槽，磷回收电解槽、人工湿地-微生物燃料电池槽和出水集水槽；

光能采集系统和电能管理装置；

所述磷回收电解槽经由穿孔布水板分隔为阳极区和阴极区，所述阳极区内填充有用于作为缓释镁源以溶出镁离子的镁矿填料，所述镁矿填料内插入有与所述电能管理装置的放电端口的阳极连接的阳极碳棒，所述阴极区内插入有使溶出的镁离子与污水中的铵根和磷酸根在碱性环境下形成鸟粪石结晶的碳刷电极，所述碳刷电极与所述电能管理装置的放电端口的阴极连接；

所述人工湿地-微生物燃料电池包括：湿地填料床，在湿地填料床内布置的多对微生物燃料电池极板；一对微生物燃料电池极板包括相对布置的微生物燃料电池阳极极板和微生物燃料电池阴极极板；所述微生物燃料电池阳极极板与所述电能管理装置的第一电源端口的阳极连接，所述微生物燃料电池阴极极板和所述电能管理装置的第一电源端口的阴极连接；