申请日2015.06.05
公开(公告)日2015.10.28
IPC分类号C02F3/32; H01M8/16; C02F3/34
摘要
一种人工湿地与微生物燃料电池结合的污水处理系统，由微生物燃料电池、人工湿地植物和外部电路组成，微生物燃料电池包括反应器壳体、有机玻璃板、辊压阴极和碳刷阳极，微生物燃料电池产电微生物通过自身代谢将有机物降解并原位产生电能，驱动水泵，完成污水处理。将植物净化功能与微生物燃料电池相结合，首次利用植物根系分泌物，并通过植物光合作用模拟人工湿地处理污水，同时实现产电。本发明的优点是：将废物资源化，提高资源利用率，同时无碳排放，是一种“自给自足”式的绿色友好可持续技术，有望大规模应用于污水处理厂。
摘要附图
权利要求书
1.一种人工湿地与微生物燃料电池结合的污水处理系统，其特征在于：由微 生物燃料电池、人工湿地植物和外部电路组成，微生物燃料电池包括反应器壳 体、有机玻璃板、辊压阴极和碳刷阳极，反应器壳体为敞口矩形有机玻璃箱体， 箱体内垂直均布八块有机玻璃板并构成八个模块，每个模块由有机玻璃板、辊压 阴极和四个碳刷阳极组成，其中每块有机玻璃板的尺寸为长10cm、宽21.5cm、 高26cm，辊压阴极为活性炭辊压空气阴极，辊压阴极由空气扩散层和催化层组 成且中间用不锈钢网作为载体，辊压阴极用AB胶粘贴于有机玻璃板表面且两两 相对，两块辊压阴极的间距均为3cm，两块有机玻璃板的非辊压阴极面的间距为 1cm，碳刷阳极为碳纤维刷阳极棒，四个碳刷阳极垂直插入且均布于有机玻璃板 中心部位的孔中，碳刷阳极的直径为3cm、长度为23cm，由碳纤维和直径1mm、 长35cm的钛芯组成;有机玻璃箱体的两块侧板和八块有机玻璃板之间形成九个 矩形口，其中两块辊压阴极之间的四个矩形口为连通空气口，其余五个矩形口为 水和植物黑麦草插入口并形成人工湿地，连通空气口和黑麦草插入口间隔设置; 反应器壳体底部设有出水口，出水口连接胶皮管并用胶塞封住防止漏水，使用时 打开胶塞;外部电路包括升压电路板和连续流水泵，升压电路板由电磁继电器和 电容器构成，微生物燃料电池通过外部电路与连续流水泵连接。
2.根据权利要求1所述人工湿地与微生物燃料电池结合的污水处理系统，其 特征在于：所述活性炭辊压空气阴极的制备方法是：将活性炭粉6g加入200mL 烧杯中，加入45mL无水乙醇，搅拌且超声10min;加入0.667mL PTFE乳液， 再搅拌且超声10min，然后于80℃水浴搅拌约3h，取出胶团揉捏，即为催化 层，再与60目不锈钢网一起辊压成厚度为0.6mm的电极片;称取导电碳黑6g 加入200mL烧杯中，加入45mL无水乙醇，30℃水浴搅拌且超声10min，滴入 6.2mLPTFE乳液，搅拌且超声10min，然后于80℃水浴搅拌约40min，取出胶 团揉捏，在辊压机上辊压成厚度为0.4mm膜片，然后于340℃下烧制25min待 用，即为扩散层，辊压成0.4mm厚的薄膜后压在电极片的另一侧，制得辊压阴极。
3.根据权利要求1所述人工湿地与微生物燃料电池结合的污水处理系统，其 特征在于：所述碳纤维刷阳极的制备方法是：将长23cm、直径5cm的碳纤维刷 置于丙酮中浸泡10-12小时，取出后用蒸馏水冲洗3遍，然后从有机玻璃板中心 部位的孔中插入。
4.根据权利要求1所述人工湿地与微生物燃料电池结合的污水处理系统，其 特征在于：所述微生物燃料电池通过外部电路与连续流水泵连接的方式为微生物 燃料电池以串联方式驱动水泵，方法是用导线将八个反应器串联连接，阴阳极依 次连接，头一个反应器的碳刷阳极和最后一个反应器的辊压阴极分别与连续流水 泵相连。
5.根据权利要求1所述人工湿地与微生物燃料电池结合的污水处理系统，其 特征在于：所述微生物燃料电池通过外部电路与连续流水泵连接的方式为微生物 燃料电池以并联方式驱动水泵，方法是将用导线将八个反应器并联连接，八个阴 极和阳极通过导线分别相连后再与水泵连接。
6.根据权利要求1所述人工湿地与微生物燃料电池结合的污水处理系统，其 特征在于：所述微生物燃料电池通过外部电路与连续流水泵连接的方式为微生物 燃料电池与电容器连接驱动水泵，方法是将八台规格为3.3F/2.5V的电容器两两 并联分别与八台并联的微生物燃料电池和连续流水泵相连，每台电容器连接一台 电磁继电器。
说明书
一种人工湿地与微生物燃料电池结合的污水处理系统
技术领域：
本发明涉及处理污水的方法，特别是一种人工湿地与微生物燃料电池结合的 污水处理系统。
背景技术：
目前国内外传统处理生活废水的方法为生化法，因为生活污水BOD5/CODcr ≈0.5，可生化性强，其中应用较广的两种方法是活性污泥法与生物膜法。活性 污泥法具有处理能力高、出水水质好等优点，但同时普遍存在着运行费高、能耗 大、易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题;生物膜法虽然处理效率高，耐冲击负荷 性能好，与活性污泥法相比产泥量低，但同样受到能耗问题制约。另外我们水体 富营养化的现象越发严重，提高污水N、P的去除率显得极为重要。而我国是一 个资源严重不足的发展中国家，从可持续发展角度来看，这并不是符合我国国情 的优选废水处理方法。因此，寻求一种零碳排自运行可持续的废水处理方法并提 高污水处理N、P的去除率，实现环境效益、经济效益和社会效益的共赢是有重 要意义的。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种人工湿地与微生物燃料电池结 合的污水处理系统，该系统利用微生物燃料电池以及人工湿地法处理生活废水， 同时提高N、P去除率，原位产生电能并驱动小型水泵的方法，是一项无需能量 输入、无碳排放、高效、绿色、可持续的具有光明前景的技术。
本发明的技术方案：
一种人工湿地与微生物燃料电池结合的污水处理系统，由微生物燃料电池、 人工湿地植物和外部电路组成，微生物燃料电池包括反应器壳体、有机玻璃板、 辊压阴极和碳刷阳极，反应器壳体为敞口矩形有机玻璃箱体，箱体内垂直均布八 块有机玻璃板并构成八个模块，每个模块由有机玻璃板、辊压阴极和四个碳刷阳 极组成，其中每块有机玻璃板的尺寸为长10cm、宽21.5cm、高26cm，辊压阴极 为活性炭辊压空气阴极，辊压阴极由空气扩散层和催化层组成且中间用不锈钢网 作为载体，辊压阴极用AB胶粘贴于有机玻璃板表面且两两相对，两块辊压阴极 的间距均为3cm，两块有机玻璃板的非辊压阴极面的间距为1cm，碳刷阳极为碳 纤维刷阳极棒，四个碳刷阳极垂直插入且均布于有机玻璃板中心部位的孔中，碳 刷阳极的直径为3cm、长度为23cm，由碳纤维和直径1mm、长35cm的钛芯组成; 有机玻璃箱体的两块侧板和八块有机玻璃板之间形成九个矩形口，其中两块辊压 阴极之间的四个矩形口为连通空气口，其余五个矩形口为水和植物黑麦草插入口 并形成人工湿地，连通空气口和黑麦草插入口间隔设置;反应器壳体底部设有出 水口，出水口连接胶皮管并用胶塞封住防止漏水，使用时打开胶塞;外部电路包 括升压电路板和连续流水泵，升压电路板由电磁继电器和电容器构成，微生物燃 料电池通过外部电路与连续流水泵连接。
所述活性炭辊压空气阴极的制备方法是：将活性炭粉6g加入200mL烧杯 中，加入45mL无水乙醇，搅拌且超声10min;加入0.667mL PTFE乳液，再搅 拌且超声10min，然后于80℃水浴搅拌约3h，取出胶团揉捏，即为催化层， 再与60目不锈钢网一起辊压成厚度为0.6mm的电极片;称取导电碳黑6g加入 200mL烧杯中，加入45mL无水乙醇，30℃水浴搅拌且超声10min，滴入6.2mLPTFE 乳液，搅拌且超声10min，然后于80℃水浴搅拌约40min，取出胶团揉捏，在 辊压机上辊压成厚度为0.4mm膜片，然后于340℃下烧制25min待用，即为扩 散层，辊压成0.4mm厚的薄膜后压在电极片的另一侧，制得辊压阴极。
所述碳纤维刷阳极的制备方法是：将长23cm、直径5cm的碳纤维刷置于丙 酮中浸泡10-12小时，取出后用蒸馏水冲洗3遍，然后从有机玻璃板中心部位的 孔中插入。
所述微生物燃料电池通过外部电路与连续流水泵连接的方式为微生物燃料 电池以串联方式驱动水泵，方法是用导线将八个反应器串联连接，阴阳极依次连 接，头一个反应器的碳刷阳极和最后一个反应器的辊压阴极分别与连续流水泵相 连。
所述微生物燃料电池通过外部电路与连续流水泵连接的方式为微生物燃料 电池以并联方式驱动水泵，方法是将用导线将八个反应器并联连接，八个阴极和 阳极通过导线分别相连后再与水泵连接。
所述微生物燃料电池通过外部电路与连续流水泵连接的方式为微生物燃料 电池与电容器连接驱动水泵，方法是将八台规格为3.3F/2.5V的电容器两两并联 分别与八台并联的微生物燃料电池和连续流水泵相连，每台电容器连接一台电磁 继电器。
本发明的优点是：该污水处理系原位产生电能并驱动小型水泵的方法，是一 项无需能量输入、无碳排放、高效、绿色、可持续的具有光明前景的技术。