厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置及方法，包括：相串联的厌氧流化床及人工湿地型微生物燃料电池；所述厌氧流化床培养活性附着有生物膜的载体作为人工湿地型微生物燃料电池的阳极；本发明专利技术相对于传统的活性污泥法来说，本方案提出的厌氧流化床+人工湿地型微生物燃料电池的新型污水处理系统，两项装置串联可实现对污水的深度处理，提高水质处理效果；厌氧流化床能培养活性附着有生物膜的载体，用于人工湿地型微生物燃料阳极，可加快微生物燃料电池的启动。

Anaerobic fluidized bed series constructed wetland microbial fuel cell device and method

The invention discloses an anaerobic fluidized bed series artificial wetland type microbial fuel cell device and a method, including an anaerobic fluidized bed and an artificial wetland type microbial fuel cell. The anaerobic fluidized bed is used to cultivate a carrier with a biofilm as an anode for an artificial wetland type microbiological fuel cell. For the traditional activated sludge process, the new sewage treatment system of the anaerobic fluidized bed + artificial wetland microbial fuel cell is proposed by this scheme. The two devices are connected in series to improve the depth treatment of sewage and improve the effect of water treatment. The anaerobic fluidized bed can be used as a carrier with biological membrane and used in artificial wetland. The microbial fuel anode can speed up the start-up of microbial fuel cells.

【技术实现步骤摘要】
厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置及方法
本专利技术涉及水处理利用
，特别是涉及厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置及方法。
技术介绍
(1)能源是人类赖以生存和社会持续发展的重要物质基础。化石燃料维持了工业以及经济的发展，但能源消耗随着人口的增长而加剧，化石燃料已无法满足人口和经济快速增长的需求，能源紧缺问题不仅限制了工业与经济的发展，还造成了水资源短缺问题。(2)随着世界人口的增长，世界耗水量急速增加，水污染问题日益严重，全球约有10亿人无法享有充足的饮用水，我国也成为13个缺水国家之一。常规的给水及废水处理需要较高的能源投入，这在一定程度上导致了用水紧张。在美国，水资源的基础管理就会消耗电能的4％-5％；约有1.5％的耗电单独用于污水的处理，每年水处理约投入250亿元，20年后预计会达600亿美元。(3)厌氧微生物在流化床内与被处理的介质充分接触在其表面形成了生物薄膜，促进了传质，加快了固液反应速率，克服了现有固定床的堵塞问题，因此处理高浓度的有机废水。运行一段时间后在装置内可以形成活性附着有生物膜的载体。由于其负荷高，高径比比较大，因此装置占地面积较小。但厌氧流化床在处理高浓度有机废水时，若要达到污水排放标准，需进一步进行处理。(4)人工湿地是利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用处理污水一种技术。人工湿地因其表层好氧、底部厌氧，与微生物燃料电池阴极好氧、阳极厌氧的环境条件相吻合，因此可以将两者相结合，形成人工湿地型微生物燃料电池(ConstructedWetlands-MicrobialFuelCell,CW-MFC)。CW-MFC系统在处理污水的同时能回收电能，并且加速污水中有机物的厌氧降解过程。现有文献中，李先宁等人研究水力停留时间为2d以葡萄糖为底物采用连续进水的的CW-MFC系统处理污水及产电性能，得出系统对COD的去除率大于90％，获得电流密度为2A/m3。Asheesh等人研究了CW-MFC系统对于废水燃料系统对于染料废水中COD及燃料的降解情况，取得良好后CW-MFC的处理效果。Zhao等研究了CW-MFC和CW系统发现，CW-MFC系统较CW系统能获得更高的COD去除率和功率密度。Villasenor等采取水平表面流式人工湿地系统-微生物燃料电池系统对不同浓葡萄糖进水进行处理取得良好的效果。因此在处理污水方面，人工湿地型微生物燃料电池具有较强的能力。现有技术中公开了CN200910013757-厌氧流化床空气阴极微生物燃料电池装置，该专利将微生物燃料电池阳极厌氧与厌氧流化床厌氧的环境相结合，厌氧流化床为其电子的来源，对于污水的处理是厌氧反应机理，高COD(以其文中提及的啤酒废水为例，其COD值一般在1000-5000mg/L)去除率为80％的话，处理后的水仍是不达标的(GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中规定污水排放COD最高为一级B60mg/L)，排放的污水需进一步处理。综上所述，现有技术存在的问题是设备在运行方面受水质水量影响较大，出水水质不稳定，生成的污泥不容易沉淀去除。高COD进水需要进一步处理。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置，厌氧流化床及人工湿地型微生物燃料电池这两项装置串联可实现对污水的深度处理，提高水质处理效果。厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置，包括：相串联的厌氧流化床及人工湿地型微生物燃料电池；所述厌氧流化床培养活性附着有生物膜的载体作为人工湿地型微生物燃料电池的阳极；污水进入厌氧流化床内与附着有生物膜的载体充分反应，反应后的污水进入人工湿地型微生物燃料电池，依次通过电池的布水层、砂砾陶粒混合层、阳极、砂砾陶粒混合层、阴极、植物底部，经过阳极微生物、砂砾陶粒混合层、根系的生物、化学、物理作用，对污染物进行进一步的去除，通过人工湿地型微生物燃料电池的上部排出。进一步的，所述厌氧流化床的进口连接有污水进水泵，所述厌氧流化床内的中部和下部填充有活性炭载体，三相分离器设在活性炭载体的上方，集气系统收集端连接三相分离器的气体输出端，集气系统的排气端连通到厌氧流化床的上顶部外的储气罐。进一步的，所述厌氧流化床还设置有排泥系统。进一步的，所述厌氧流化床内的中部和下部填充有活性炭载体，活性炭载体粒径为0.5-1mm。进一步的，所述厌氧流化床的出水口与调节池顶部的进水口相连，调节池下出口与人工湿地型微生物燃料电池下方进水口相连，其流速通过进水泵控制。进一步的，所述污水通过污水泵泵入厌氧流化床内，活性炭载体成为附着有生物膜的载体与污水充分反应，水、污泥、气体通过三相分离器时，污泥沉淀到厌氧流化床底部，通过排泥系统排出，气体通过排气系统进而进入排气罐被收集，水排入到调节池，调节池中的水通过泵泵入到人工湿地型微生物燃料电池。进一步的，所述人工湿地型微生物燃料电池内的附着有生物膜的载体产生的电子通过导线传输，电压表记录定值电阻两端电压，根据欧姆定律计算出整个电路的电流。进一步的，所述人工湿地型微生物燃料电池内的附着有生物膜的载体产生的电子在阳极被收集经过导线传递到阴极被还原，在外电路串联定值电阻，通过万用表测定出定值电阻两端电压，根据欧姆定律I＝U/R，得出整个电路的电流。进一步的，所述人工湿地型微生物燃料电池在电压稳定之后，利用电阻箱，调换不同阻值的电阻，根据电压和电流密度作图，得出电池内阻，完成对人工湿地型微生物燃料电池产电的评价。进一步的，所述阴极、阳极的材质为碳棒、钢丝网或钛网，其孔径大小2-8mm，阴极的形状为片式，阳极形状为圆柱式。本专利技术还公开了厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置的工作方法，包括：首先启动厌氧流化床，启动方式为高负荷批式循环培养模式，出水水质稳定标志着厌氧碳污泥载体驯化成熟，根据人工湿地型微生物燃料电池阳极的体积取出驯化成功的厌氧碳污泥载体；污水通过污水泵泵入厌氧流化床内，附着有生物膜的载体与污水充分反应，水、污泥、气体通过三相分离器时，污泥沉淀到厌氧流化床底部，通过排泥系统排出，气体通过排气系统排出进而进入排气罐被收集，水排入到调节池；调节池中的水通过泵泵入到人工湿地型微生物燃料电池，依次通过布水层、砂砾陶粒混合层、阳极、砂砾陶粒混合层、阴极、植物底部，经过阳极微生物、砂砾陶粒混合层、根系的物理、化学、生物作用，对污染物进行进一步的去除，降低水体污染的程度。本专利技术还公开了一种污水处理系统，利用上述厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置实现污水的处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、相对于传统的活性污泥法来说，本方案提出的厌氧流化床+人工湿地型微生物燃料电池的新型污水处理系统，两项装置串联可实现对污水的深度处理，提高水质处理效果；厌氧流化床能培养活性附着有生物膜的载体，用于人工湿地型微生物燃料阳极，可加快微生物燃料电池的启动。2、本专利技术装置在厌氧流化床当中产生，微生物厌氧呼吸降解COD,同时产生CH4，当中新加储气罐，对CH4进行收集，能够回收能源沼气，活性附着有生物膜的载体具有一定的经济效益。本专利技术无需曝气且能回收电能，污水进入人工湿地型微生物燃料电池，阳极的微生物进行厌氧反应，厌氧呼吸产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置，包括：相串联的厌氧流化床及人工湿地型微生物燃料电池；所述厌氧流化床培养活性附着有生物膜的载体作为人工湿地型微生物燃料电池的阳极；污水进入厌氧流化床内与附着有生物膜的载体充分反应，反应后的污水进入人工湿地型微生物燃料电池，依次通过电池的布水层、砂砾陶粒混合层、阳极、砂砾陶粒混合层、阴极、植物底部，经过阳极微生物、砂砾陶粒混合层、根系的生物、化学、物理作用，对污染物进行进一步的去除，通过人工湿地型微生物燃料电池的上部排出。

【技术特征摘要】
1.厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置，包括：相串联的厌氧流化床及人工湿地型微生物燃料电池；所述厌氧流化床培养活性附着有生物膜的载体作为人工湿地型微生物燃料电池的阳极；污水进入厌氧流化床内与附着有生物膜的载体充分反应，反应后的污水进入人工湿地型微生物燃料电池，依次通过电池的布水层、砂砾陶粒混合层、阳极、砂砾陶粒混合层、阴极、植物底部，经过阳极微生物、砂砾陶粒混合层、根系的生物、化学、物理作用，对污染物进行进一步的去除，通过人工湿地型微生物燃料电池的上部排出。2.如权利要求1所述的厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置，其特征是，所述厌氧流化床的进口连接有污水进水泵，所述厌氧流化床内的中部和下部填充有活性炭载体，三相分离器设在活性炭载体的上方，集气系统收集端连接三相分离器的气体输出端，集气系统的排气端连通到厌氧流化床的上顶部外的储气罐。3.如权利要求2所述的厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置，其特征是，所述厌氧流化床还设置有排泥系统。4.如权利要求3所述的厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置，其特征是，所述厌氧流化床内的中部和下部填充有活性炭载体，活性炭载体粒径为0.5-1mm。5.如权利要求4所述的厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置，其特征是，所述厌氧流化床的出水口与调节池顶部的进水口相连，调节池下出口与人工湿地型微生物燃料电池下方进水口相连，其流速通过进水泵控制。6.如权利要求5所述的厌氧流化床串联人工湿地型微生物燃料电池装置，其特征是，所述污水通过污水泵泵入厌氧流化床内，活性炭载体成为附着有生物膜的载体与污水充分反应，水、污泥、气体通过三相分离器时，污泥沉淀到厌氧流化床底部，通过排泥系统排出，气体通过排气系统进而进入排气罐被收集，水排入到调节池，调节池中的水通过泵泵入到人工湿地型微生物燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔强，朱雅洁，徐飞，周璐璐，袁青，苗明升，郑天昊，肖邦亿，刘美明，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37