一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联装置的制作方法

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本实用新型属于环境保护水处理技术领域，主要用于污水深度脱氮处理，具体是一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联装置。


背景技术：

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污水中较高的氮元素极易造成水体的富营养化，对环境造成污染，因此对污水进行深度脱氮具有重要的意义。在污水脱氮反硝化过程中需要充足的碳源，碳源的不足会使脱氮的效果受到影响，因此通常需要额外投加碳源来改善污水的碳氮比、优化脱氮条件，从而提高污水的脱氮效果。
[0003]
微生物燃料电池(mfc)是以酶或阳极微生物作为催化剂，通过其代谢作用降解有机物，实现生物质能转化为电能的装置。mfc以阳极微生物为催化剂催化氧化底物，产生电子、质子和co2，电子传递到阳极表面并通过外接导线到达阴极，质子由质子交换膜传递到阴极，电子、质子和最终电子受体在阴极相结合被消耗，实现了高效去除污染物的同时产生电能。人工湿地(cw)主要利用基质、微生物和植物之间的协同作用去除污水中的污染物，具有投资运行维护成本低、水处理效果好和适用范围广等优点。微生物燃料电池耦合人工湿地系统(mfc-cw)中电极、微生物、植物、填料之间相互影响作用，拓宽了污染物的去除途径，提高了污染物的去除效能，同时改善了mfc的产电性能。同步实现提高污水处理效果和产生电能，并实现保护水体生态环境和污水的资源化利用。


技术实现要素：

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技术问题：本实用新型的目的是提供一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联装置，将微生物燃料电池与潜流人工湿地耦合，同步实现强化污水脱氮及产电效能。
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技术方案：一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联装置，包括水平流反应器、碳源投加区和垂直流反应器，水平流反应器包括从左至右依次布置的进水口、布水区、水平流阳极区、水平流阳极a、缺氧区、水平流阳极b、水平流阴极区、水平流阴极和出水区；所述的垂直流反应器包括从下至上依次布置的厌氧区、垂直流阳极区、垂直流阳极、垂直流阴极区和垂直流阴极；所述的水平流反应器和垂直流反应器的下方通过连通管与碳源投加区相连；所述的水平流反应器和垂直流反应器的上部都种有湿地植物，内部的阳极和阴极通过外接导线与负载相连形成两条回路。
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所述水平流反应器的水平流阳极a、水平流阳极b和水平流阴极采用石墨毡，水平流阳极a和水平流阳极b分别水平放置于水平流阳极区和缺氧区底部，水平流阴极水平放置于水平流阴极区上部的气水交界处，水平流阳极a和水平流阳极b并联并与水平流阴极相连接。所述布水区、水平流阳极区、缺氧区、水平流阴极区和出水区各区之间的板体均匀设有筛孔。所述布水区内由粒径10-12mm的砾石组成。所述水平流阳极区内由粒径6-8mm的砾石组成。所述缺氧区内由粒径2-4mm的陶粒组成。所述水平流阴极区内由粒径10mm的悬浮生物填料组成。所述出水区内由粒径6-8mm的砾石组成。
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所述垂直流反应器的垂直流阳极和垂直流阴极采用长方形石墨板，用微型钻孔机以一定的顺序对石墨板钻孔，以提高微生物的附着，垂直流阳极水平置于垂直流阳极区内，垂直流阴极水平置于垂直流阴极区中的气水交接处并用箔丝网进行固定。所述厌氧区内由粒径10-15mm的砾石组成，填料高度约为150-200mm。所述垂直流阳极区内由粒径0.5-2mm的陶粒组成，填料高度约为200-250mm。所述垂直流阴极区内由粒径10mm的悬浮生物填料组成，填料高度约为100-200mm。
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所述水平流反应器和垂直流反应器上部的湿地植物为水葫芦、芦苇、美人蕉、香蒲、菖蒲等中的一种或多种。所述碳源投加区通过连通管与水平流反应器和垂直流反应器两端相连通，并通过阀门控制碳源的进出，碳源可以是液体碳源或经过厌氧消化后的碳源。
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技术效果：本实用新型具有下述特点：
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1、本实用新型综合了人工湿地和微生物燃料电池的性能优势，将微生物燃料电池型水平流人工湿地与微生物燃料电池型垂直流人工湿地串联布置，在对污水进一步深度脱氮的同时产生电能，提高了污水中氮元素的去除及资源化利用。
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2、本实用新型装置通过连通管将碳源投加区与水平流反应器和垂直流反应器连通，有利于外加碳源的投加以解决脱氮反硝化中碳源不足的问题，同时提高污水的脱氮效果。
附图说明
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下面结合附图对本实用新型进行进一步说明。
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图1是本实用新型一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联装置的示意图。
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其中有：水平流反应器1、进水口2、布水区3、水平流阳极区4、水平流阳极a5、缺氧区6、水平流阳极b7、水平流阴极区8、水平流阴极9、出水区10、湿地植物11、外接导线12、负载13、阀门14、碳源投加区15、垂直流反应器16、取样口17、厌氧区18、垂直流阳极区19、垂直流阳极20、垂直流阴极区21、箔丝网22、垂直流阴极23、溢流堰24、出水口25、连通管26。
具体实施方式
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一种微生物燃料电池耦合人工湿地串联装置，包括水平流反应器1、碳源投加区15和垂直流反应器16，所述的水平流反应器1包括从左至右依次布置的进水口2、布水区3、水平流阳极区4、水平流阳极a5、缺氧区6、水平流阳极b7、水平流阴极区8、水平流阴极9和出水区10；所述的垂直流反应器16包括从下至上依次布置的厌氧区18、垂直流阳极区19、垂直流阳极20、垂直流阴极区21和垂直流阴极23；所述的水平流反应器1和垂直流反应器16的下方通过连通管26与碳源投加区15相连；所述的水平流反应器1和垂直流反应器16的上部都种有湿地植物11，内部的阳极和阴极通过外接导线12与负载13相连形成两条回路。
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模拟污水从进水管2流入水平流反应器1当中，经过布水区3依次流入水平流阳极区4、缺氧区6，水平流阴极区8和出水区10，在出水区10下端经过连通管26与碳源投加区15的碳源混合后流入垂直流反应器16，再依次经过厌氧区18、垂直流阳极区19和垂直流阴极区21。最终处理好之后的水流入溢流堰24并通过出水口25收集。
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在水平流反应器1中，水平流阳极区4和缺氧区6内，经过微生物的作用使有机物得到降解，产生质子和电子，电子通过外接导线12流到水平流阴极9；在水平流阴极区8内湿地
植物11和空气提供氧气发生硝化反应，并且硝酸盐从水平流阴极9上获得电子被还原。液体碳源或经过厌氧消化后的碳源经过碳源投加区15投加后通过连通管26流入垂直流反应器16，在厌氧区18和垂直流阳极区19中促进氨化、反硝化，随后流入垂直流阴极区21进一步进行硝化反应，同时使电子受体获得电子被还原。