【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水污染控制与水处理，具体涉及一种基于生物质活性炭的人工湿地-微生物燃料电池系统。
技术介绍
1、人工湿地(constructed wetland，cw)系统因为投资低，对有机污染物、悬浮物和病原体的去除效果好，广泛应用于农村生活污水、地表水污染控制、农田面源污染处理中。微生物燃料电池(microbial fuel cell,mfc)利用产电微生物作为生物催化剂，将有机物中的化学能转化为电能，将其引入人工湿地中，有助于提高人工湿地的有机物去除率和脱氮效率。
2、已有的人工湿地-微生物燃料电池耦合系统有些阳极电极和阴极电极采用几毫米左右的炭毡材料，整个系统中大填料占据大部分，炭毡材料与填料间具有较大空间距离，使得mfc电极所占cw-mfc池体体积的比例较小，mfc产电微生物的影响范围十分有限。此外现有系统中也有设置电极单层高度较厚，导致mfc电极的电子传输效率较低，不利于产电性能和阴极脱氮效率的提高。
3、总之，现有研究中，cw-mfc系统中的mfc电极数量十分有限且布置分散，与系统中湿地填料的体积量相比，mfc电极所占cw-mfc池体有效体积的比例较小，而产电微生物只附着生长在mfc阳极电极表面，通过直接将电子转移到阳极而产电，因此，虽然mfc可以促进cw-mfc阳极区域有机物的厌氧降解，但是其作用范围十分有限，仅局限在数量十分有限的mfc阳极电极表面附近。
4、活性炭比表面积大、孔隙结构发达且富含微孔，作为吸附材料被广泛应用于水处理或者大气治理领域。同时，活性炭导电性能良好，并且
技术实现思路
1、本专利技术的目的，是提供一种运行成本较低、处理效率较高的污水处理系统及方法，具体为一种基于生物质活性炭的人工湿地-微生物燃料电池系统。
2、本专利技术通过如下技术方案予以实现：
3、一种基于生物质活性炭的人工湿地-微生物燃料电池系统，包括人工湿地和微生物燃料电池，所述人工湿地(1)为上行流垂直潜流人工湿地，人工湿地(1)内部装有填料(6)，填料(6)上面种植有挺水植物(7)，人工湿地(1)底部设置有进水管(2)，人工湿地(1)顶部设置有横向集水管(8)；所述微生物燃料电池(10)为生物阴极型单室微生物燃料电池，包括阳极(11)与阴极(12)，阳极位于填料(6)内部、阴极位于填料(6)的上表面；
4、所述阳极(11)为不锈钢网状柱体包裹活性炭形成的活性炭阳极，不锈钢网状柱体规格为高5-10cm、直径15-20cm、不锈钢网的孔径为5mm，厚度2-3mm，单个活性炭阳极的尺寸为高5-10cm、直径15-20cm；所述活性炭的平均粒径为4-8mm；
5、所述填料(6)包括底部的承托层、中间的主填料层、上部的河沙或土壤，在主填料层所在立体空间中分布若干数量的活性炭阳极，相邻活性炭阳极在空间上的间距为2-10cm；在除活性炭阳极以外的主填料层中填充火山岩、沸石、陶粒或高炉矿渣中的至少一种颗粒；立体空间中分布的若干数量的活性炭阳极此时也作为主填料层的填料，使得活性炭既作为mfc电极，又作为cw填料存在；
6、空间上距离相近的1-5个活性炭阳极通过钛丝相连构成一个整体阳极；
7、所述阴极(12)为石墨板或碳毡，多个阴极电极均匀地置于填料(6)的表层，距离相近的1-5个阴极电极通过钛丝相连构成一个整体阴极；距离相近的1个整体阳极与1个整体阴极通过钛丝相连并串有外接电阻(14)，形成闭合回路；
8、所述整体阴极和整体阳极的总数量相同，每个整体阴极或整体阳极中的阴极电极或活性炭阳极的数量可以相同或不同。
9、所述承托层为粒径2-3cm的石灰石，填装高度为5-10cm；所述火山岩、沸石、陶粒或高炉矿渣的粒径为1-3cm，主填料层填装高度为30-40cm；主填料层的上面的河沙或土壤的填装高度为5-10cm。
10、空间上距离相近的活性炭阳极为：以某一个活性炭阳极为中心，在其上下左右前后空间上距离在2-10cm之内的所有活性炭阳极。
11、所述进水管呈“丰”或“王”字型，包括主干管(3)和主干管两侧进水支管(4)，进水支管(4)管壁两侧设置有布水孔(5)；集水管管壁两侧设置有集水孔(9)。
12、所述布水孔(5)和集水孔(9)的孔口直径为5-10mm，孔口间距为20-30mm。
13、上述的基于生物质活性炭的人工湿地-微生物燃料电池系统的运行方法，所述运行方法的过程是：污水自底部进水管(2)进入基于生物质活性炭的人工湿地-微生物燃料电池系统，经由布水孔(5)均匀布水，污水自下而上流动经由人工湿地(1)和微生物燃料电池(10)协同处理后，再经由集水孔(9)进入集水管(8)进而排出系统；污水在人工湿地-微生物燃料电池系统中的水力停留时间为1.0-2.0d。
14、本专利技术与现有技术相比较，具有如下优点：
15、与已有其它微生物燃料电池型人工湿地相比，本专利技术采用生物质活性炭同时作为cw填料和mfc电极，构建活性炭电极填料一体化cw-mfc系统，将电极填料的电化学性能、吸附性能和表面生物膜降解三者之间有机结合，同时采用多电极阳极与阴极，可有效扩大mfc促进有机物降解的作用范围，提高电子产生量，从而进一步提高阴极脱氮效率，总之，本专利技术中cw-mfc系统可有效保证mfc对人工湿地脱氮除碳性能的促进作用。
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1.一种基于生物质活性炭的人工湿地-微生物燃料电池系统，包括人工湿地和微生物燃料电池，所述人工湿地(1)为上行流垂直潜流人工湿地，人工湿地(1)内部装有填料(6)，填料(6)上面种植有挺水植物(7)，人工湿地(1)底部设置有进水管(2)，人工湿地(1)顶部设置有横向集水管(8)；所述微生物燃料电池(10)为生物阴极型单室微生物燃料电池，包括阳极(11)与阴极(12)，阳极位于填料(6)内部、阴极位于填料(6)的上表面；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述承托层为粒径2-3cm的石灰石，填装高度为5-10cm；所述火山岩、沸石、陶粒或高炉矿渣的粒径为1-3cm，主填料层填装高度为30-40cm；主填料层的上面的河沙或土壤的填装高度为5-10cm。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：空间上距离相近的活性炭阳极为：以某一个活性炭阳极为中心，在其上下左右前后空间上距离在2-10cm之内的所有活性炭阳极。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述活性炭阳极的不锈钢网状柱体中还设置有石墨板；所述不锈钢网状柱体规格为高5
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述进水管呈“丰”或“王”字型，包括主干管(3)和主干管两侧进水支管(4)，进水支管(4)管壁两侧设置有布水孔(5)；集水管管壁两侧设置有集水孔(9)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述布水孔(5)和集水孔(9)的孔口直径为5-10mm，孔口间距为20-30mm。
7.权利要求5所述的基于生物质活性炭的人工湿地-微生物燃料电池系统的运行方法，其特征在于，所述运行方法的过程是：污水自底部进水管(2)进入基于生物质活性炭的人工湿地-微生物燃料电池系统，经由布水孔(5)均匀布水，污水自下而上流动经由人工湿地(1)和微生物燃料电池(10)协同处理后，再经由集水孔(9)进入集水管(8)进而排出系统；污水在人工湿地-微生物燃料电池系统中的水力停留时间为1.0-2.0d。
...【技术特征摘要】
1.一种基于生物质活性炭的人工湿地-微生物燃料电池系统，包括人工湿地和微生物燃料电池，所述人工湿地(1)为上行流垂直潜流人工湿地，人工湿地(1)内部装有填料(6)，填料(6)上面种植有挺水植物(7)，人工湿地(1)底部设置有进水管(2)，人工湿地(1)顶部设置有横向集水管(8)；所述微生物燃料电池(10)为生物阴极型单室微生物燃料电池，包括阳极(11)与阴极(12)，阳极位于填料(6)内部、阴极位于填料(6)的上表面；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述承托层为粒径2-3cm的石灰石，填装高度为5-10cm；所述火山岩、沸石、陶粒或高炉矿渣的粒径为1-3cm，主填料层填装高度为30-40cm；主填料层的上面的河沙或土壤的填装高度为5-10cm。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：空间上距离相近的活性炭阳极为：以某一个活性炭阳极为中心，在其上下左右前后空间上距离在2-10cm之内的所有活性炭阳极。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述活性炭阳极的不锈钢网状柱体中还...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓欧，刘清云，张长平，薛明，夏唯宜，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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