[发明专利]人工湿地耦合MFC系统及其提高有机物去除效能的方法

说明书

技术领域

本发明属于能源与水处理领域，具体涉及适用于污水处理回收电能并提高有机物去除能效的人工湿地耦合MFC（Microbial Fuel Cell，微生物燃料电池）产能水质处理方法。

 

背景技术

随着经济的不断发展，能源和环境问题日益突出。联合国环境署的报告表明，整个地球的环境正在全面恶化，环境问题是一个全球性问题。如果能源和环境问题得不到有效解决，不仅人类社会可持续发展的目标难以实现，而且人类的生存环境和生活质量也会受到严重影响。因此，世界各国在能源战略和政策上更加强调能源与环境的关系，更加注意环境保护的重要性。在这种国际形势下，可再生能源以其独特的优势受到世界各国的重视，开发和利用可再生能源己经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分，成为大多数发达国家和部分发展中国家21世纪能源发展战略的基本选择。

在各种可再生能源中，生物质能是独特的，它不仅是贮存的太阳能，更是唯一一种可再生的碳源。生物质能可以从多种废弃物中获得，可作为废物资源化的一种方式，实现资源利用的可持续发展。在污水处理领域，随着近年来生物技术的不断发展，污水的生物处理不但成为该领域的主要技术，而且在实现污水处理的同时实现了污水的资源化利用。

MFC是利用酶或者微生物的催化活性，通过其代谢作用将有机物氧化产生电能的装置。它属于生物质能利用技术中的生物化学转化技术，将生物质转化为电能。将MFC应用到废水处理领域，在处理有机废水的同时获得电能，是缓解当前能源危机和解决环境问题的有效途径，也是环境能源领域的热点研究课题之一。

人工湿地不仅氮、磷去除能力强、建设运行成本低、管理维护方便，而且具有好氧/厌氧兼备的内部环境、基质的高比表面积、较长的水力停留时间和植物根圈效应等优点，使得人工湿地对有机物尤其是难降解有机物的去除具有较高的潜能，也受到了广泛关注。Adria（阿德里亚）等人证明三氯苯通过微生物的还原作用脱氯而转化为单氯苯。微生物降解六氯苯全氯乙烯或多氯联苯的过程则是通过还原脱卤作用，得到的产物，再通过好氧条件下的生物降解过程进一步降解。

综合MFC和人工湿地的优势，在人工湿地中引入MFC技术，将人工湿地下层厌氧环境的高比表面积基质经过改性后作为MFC的阳极，将人工湿地的表层基质作为MFC的空气阴极，构建人工湿地-MFC，通过湿地系统中种类及数量丰富的微生物，形成电极-微生物生物电极效应，植物-微生物根际效应，基质-微生物生物膜效应，并通过产电微生物促进各种污染物质的降解，同时收集产生的电能。人工湿地耦合MFC方法，作为一种复合功能的生物修复方法，不仅具有其独特的生态系统，能够多途径地净化污染物质，促进有机物尤其是难降解有机污染物的降解，而且能够回收所产生的电能，实现能源的回收利用和资源的最大化利用，其研究具有非常显著的现实意义。

目前MFC应用在人工湿地中的研究国内外尚未见报道。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种人工湿地耦合微生物燃料电池的系统，还在于提供人工湿地耦合微生物燃料电池提高有机物去除效能的方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案： 

一种人工湿地耦合MFC系统，其特征在于所述系统由人工湿地加载MFC构成，系统自下至上布有粗沙砾层、活性炭层、绝缘沙砾层、顶层导电材料层以及植物，活性炭层构成MFC的阳极，顶层导电材料层构成MFC的阴极，阴、阳极电极分别由导线导出与外接电路连接。