[发明专利]光催化与人工湿地复合型燃料电池及污水处理方法

权利要求书

1.一种光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：具有光阳极室(2)和人工湿地燃料电池反应室(4)，光阳极室(2)的出水口连通人工湿地燃料电池反应室(4)的进水口；

所述光阳极室(2)内设有光催化阳极(6)，光阳极室(2)外设有发射的光能使所述光催化阳极(6)进行光催化反应的光源(21)，光阳极室(2)上设有能使光源(21)发射的光进入光阳极室(2)内的透光部位；

所述人工湿地燃料电池反应室(4)内由下而上依次设有阳极填料层(12)、绝缘填料层(14)和阴极填料层(15)，人工湿地燃料电池反应室(4)的进水口和出水口分别位于阳极填料层(12)下方和阴极填料层(15)上方，所述阳极填料层(12)为厌氧环境并加有阳极电极(13)，阴极填料层(15)为厌氧环境并加有阴极电极(16)；

所述光催化阳极(6)和所述阴极电极(16)之间串联有第一外电阻(17)，所述阳极电极(13)和所述阴极电极(16)之间串联有第二外电阻(18)。

2.根据权利要求1所述的光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：所述人工湿地燃料电池反应室(4)内、所述阳极填料层(12)下方设有均匀布水层(11)，均匀布水层(11)连通该人工湿地燃料电池反应室的进水口。

3.根据权利要求1所述的光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：所述人工湿地燃料电池反应室(4)内设有为所述阴极填料层(15)供氧的供氧装置。

4.根据权利要求3所述的光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：所述供氧装置包括相互连通的微孔曝气装置(23)和空气泵(24)，其中微孔曝气装置(23)置于所述阴极电极(16)下部，所述空气泵(24)置于所述人工湿地燃料电池反应室(4)外部。

5.根据权利要求1所述的光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：所述人工湿地燃料电池反应室(4)顶部为可进出气的敞口结构。

6.根据权利要求1或5所述的光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：所述阴极填料层(15)上种植有湿地植物(22)。

7.根据权利要求1所述的光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：所述光阳极室(2)的进水口和出水口分别位于光阳极室(2)下部和上部。

8.根据权利要求7所述的光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：所述光阳极室(2)和人工湿地燃料电池反应室(4)设置于反应容器(20)内，并经分隔腔(3)分隔，分隔腔(3)上部连通光阳极室(2)的出水口，分隔腔(3)下部连通人工湿地燃料电池反应室(4)的进水口。

9.根据权利要求1所述的光催化与人工湿地复合型燃料电池，其特征在于：所述光阳极室(2)上的透光部位采用石英玻璃窗口(19)。

10.一种权利要求1～9任意一项所述光催化与人工湿地复合型燃料电池的污水处理方法，其特征在于：

来自外部的废水经过光阳极室(2)时，光催化阳极(6)在光源(21)照射作用下将溶解性的不可生物降解有机物降解为可生物降解的小分子有机物；

小分子有机物在光催化作用下进一步降解，同时产生电子和质子，其中所产生的电子流经第一外电阻(17)到达阴极电极(16)上，所产生的质子则从光阳极室(2)随废水一起流至人工湿地燃料电池反应室(4)的阴极填料层(15)；

来自光阳极室(2)的废水经过人工湿地燃料电池反应室(4)的阳极填料层(12)时，经光催化降解后生成可生物降解的小分子有机物在阳极上的产电微生物的催化作用下氧化分解，同时产生电子和质子，产电微生物将所产生的电子导出到阳极电极(13)上，再流经第二外电阻(18)到达阴极电极(16)上，产电微生物所产生的质子则随废水一起流至阴极填料层(15)；

阴极电极(16)上的电子与阴极填料层(15)内的质子和氧气在好氧生物的催化作用下反应最终生成水；同时，废水中可生物降解的小分子有机物在好氧微生物生长代谢中进一步被降解；废水流至阴极填料层(15)内后，废水中的含氮的化合物在阴极微生物的催化下，发生硝化及反硝化反应，最终生成氮气排出。