[发明专利]多阳极型微生物燃料电池人工湿地系统、运行方法及应用

说明书

本发明公开了一种多阳极型微生物燃料电池人工湿地系统，包括系统主体，系统主体的内部下端设置有玻璃珠基底层，玻璃珠基底层的上方依次交替设置有阳极层、砾石阻隔层，砾石阻隔层位于阳极层的上方，阳极层、砾石阻隔层至少2次交替设置，砾石阻隔层的上方设置有阴极层，阴极层、砾石阻隔层、阳极层均位于系统主体的内部，阴极层与各个阳极层分别通过外电路装置构成闭合回路，系统主体底端开设有第一阀门，第一阀门经由第一管道连通有配水池，第一管道上设置有蠕动泵。本发明能够提高废水净化能力及产电性能，同时提供其简单便捷的运行方法，并应用在生活污水、工业废水的处理中或对富营养化湖泊与河流生态系统的修复工程中。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种多阳极型微生物燃料电池人工湿地系统、运行方法及应用。

背景技术

微生物燃料电池人工湿地是由人工湿地和微生物燃料电池两项技术耦合而成的一项新兴技术，可同时实现废水处理和电力输出。它主要由湿地植物、阳极、阴极、隔板、外部电路以及电活性微生物组成，通过生物氧化还原反应形成一个完整的生物电化学系统，目前该项技术正处于开发和实施的初级阶段，但因其能够同时实现废水处理和能源回收而在水处理领域具有可观的应用前景。

典型微生物燃料电池人工湿地系统由两个区域组成，即阳极区和阴极区。在阳极区域，微生物倾向于在电极表面生长、增殖，有机物作为燃料被微生物厌氧分解产生电子和质子，这些电子通过外部电路连接，流向高氧化还原电位的阴极，而质子在内部通过流动扩散到达阴极。在阴极区域，质子与电子受体（氧气或硝酸盐氮）反应生成水或氮气。然而，以上单阳极型微生物燃料电池人工湿地在电子富集、转移效率等产电性能方面有待进一步提高，为了达到更高的功率输出和污染物去除效率，在此结构基础上进行创新改造是至关重要的。

相比较于单阳极型微生物燃料电池人工湿地，本发明的多阳极型微生物燃料电池人工湿地系统在污染物去除效率和功率输出上有着显著的提升。本发明采用多阳极型微生物燃料电池人工湿地系统，通过设置多个阳极来最大限度地收集在厌氧区域产生的电子，不仅增加了阴、阳两级的氧化还原梯度，而且为微生物提供了相对严格的厌氧环境从而转化污染物。基于此，多阳极型微生物燃料电池人工湿地系统可以显著提高总电压输出的同时，还可以增加废水的净化效率。在微生物燃料电池人工湿地系统中，多阳极型比总体积相同的单阳极型能够回收更多的能量，并且微生物燃料电池引入的电活性微生物可通过生物电化学反应进一步提高废水的处理效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够同时提高废水净化能力和产电性能的多阳极型微生物燃料电池人工湿地系统，同时提供其简单便捷的运行方法，并应用在在生活污水、工业废水的处理中或对富营养化湖泊与河流生态系统的修复工程中。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多阳极型微生物燃料电池人工湿地系统，包括系统主体，系统主体的内部下端设置有玻璃珠基底层，玻璃珠基底层的上方依次交替设置有阳极层、砾石阻隔层，砾石阻隔层位于阳极层的上方，阳极层、砾石阻隔层至少2次交替设置，砾石阻隔层的上方设置有阴极层，阴极层、砾石阻隔层、阳极层均位于系统主体的内部，阴极层与各个阳极层分别通过外电路装置构成闭合回路，系统主体底端开设有第一阀门，第一阀门经由第一管道连通有配水池，第一管道上设置有蠕动泵。系统主体顶端开设有第二阀门，所述砾石阻隔层上端设置有曝气石，曝气石经由第二管道连通电磁式空气泵，第二管道上设置有转子流量计，系统主体上方种植有湿地植物。

进一步地，所述阳极层的导电材料为石油焦、焦炭或黄铁矿，阴极层的导电材料为石油焦或焦炭。

进一步地，所述阳极层、砾石阻隔层交替设置2-4次。

进一步地，所述外电路装置包括铜芯导线、定值电阻及电化学工作站，通过铜芯导线和定值电阻连通阴极层和各个阳极层，电化学工作站并联在定值电阻两端。

进一步地，所述铜芯导线通过密封胶与长方形不锈钢网连接，埋入阴极层内与各阳极层内。