【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生态修复，特别涉及一种基于微生物燃料电池耦合固定化生物膜载体的浮动湿地同时发电和污水处理方法。
技术介绍
1、随着人口的增长和经济的发展，污水处理的问题越来越受到人们的关注，传统的污水处理方式需要占用大量的土地资源和能源，而且造成的环境影响也不容忽视。为了解决这些问题，人们开始研究和开发新的污水处理技术，其中包括利用湿地生态系统进行污水处理的方法，人工湿地是一种模拟天然湿地的人工构造物，通过引入湿地植物和微生物来降解和吸收污水中的有机污染物和氮、磷等营养物质，人工湿地具有处理效果好、管理简单、造价低廉等优点，已经得到越来越广泛的应用。
2、尽管人工湿地系统用于处理城市排放和农业污染已经越来越受到人们的重视和应用。但是，在长期运行过程中，由于污泥、杂草等原因，人工湿地往往会出现管道堵塞、水流慢、处理效果降低等诸多问题，严重影响了其正常运行和处理效率。浮动湿地(ftw)是由人工湿地(cws)衍变而来的，是由浮力载体制成的人工浮岛，支持大型植物的生长，大型植物在浮动结构上水培生长，而不是扎根于沉积物中，从而根部延伸到水中吸收溶解的污染物。其中自然涌现的大型植物被放置在浮力支撑中，使其根部永久与处理水接触。与传统的人工湿地相比，这些系统具有一些优势，例如对基材(如沙子和砾石)没有要求，这降低了建筑成本并消除了堵塞风险，以及根部和水之间更大和永久的接触面积。除了一般情况的污水处理，ftw系统还可用于多种应用，例如处理工业废水和油污染水的生物降解。
3、微生物燃料电池(mfc)是一种有前途的生态友好型污
4、目前基于微生物燃料电池耦合固定化生物膜载体的浮动湿地同时发电和污水处理，在净化污染物的同时实现能量回收利用，并将该能量用于本体系的曝气装置，构成一个循环体系，从而实现水质提升，国内外尚未见报道。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于微生物燃料电池耦合固定化生物膜载体的浮动湿地同时发电和污水处理方法。
2、本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
3、一种基于微生物燃料电池耦合固定化生物膜载体的浮动湿地同时发电和污水处理装置(mfc-ftw)，包括阴极电极、阳极电极，其中阴极电极上固定了挺水水生植物，电极之间通过导线或外接电路连接。
4、所述的阴极电极包括挺水水生植物、漂板、混合基质和阴极导电材料；漂板上有开孔，混合基质固定在漂板的开孔内，挺水水生植物种植在混合基质中，阴极导电材料固定在挺水水生植物根部。
5、所述的挺水水生植物包括菖蒲或美人蕉中的至少一种。
6、所述的混合基质包括活性炭、沸石和纤维。
7、所述的混合基质是通过纤维网固定在开孔中的。
8、所述的阴极导电材料为碳棒；优选为包有不锈钢网的碳棒。
9、所述的阳极电极包括阳极导电材料；优选为碳毡。
10、所述的阴极电极和阳极电极之间的距离为25～35cm。
11、所述的装置，当污水加入装置后，阴极电极浮起，污水作为电解质，阴极电极和阳极电极之间产生电势差，装置开始发电，同时促进阴极电极上的挺水水生植物和污水中的微生物生长，实现同时发电和对污水进行处理的作用。
12、一种基于微生物燃料电池耦合固定化生物膜载体的浮动湿地同时发电和污水处理方法，包括如下步骤：
13、(1)培养挺水水生植物得到幼苗，移栽到漂板上的基质中，之后在植物根部固定电极，作为阴极电极；
14、(2)在漂板对应的反应池底部设置阳极电极，并使用导线连接阴极电极，之后在反应池中加入污水，并将阴极电极置于光照条件下，实现对污水的处理同时发电。
15、所述的挺水水生植物包括菖蒲或美人蕉中的至少一种。
16、所述的幼苗为株高40～60cm的幼苗。
17、上述装置和处理方法在处理污水中的应用。
18、所述的污水为生活污水；优选为含抗生素的生活污水。
19、所述的抗生素为磺胺甲恶唑和四环素中的至少一种。
20、本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
21、(1)本专利技术旨在利用ftw结合mfc处理污水，对污水中营养物质和有机污染物进行净化的同时将产生的电能应用于本装置水质提升，利用mfc的电流作用刺激降解菌的生长，以促进降解污水或浅层地表水中的污染物，同时刺激产电菌产生电流，再用电流结合太阳能板产电用于本装置微曝气。选择挺水水生植物，利用挺水水生植物根系泌氧作用增加植物根部阴极的溶解氧，从而提高微生物燃料电池的阴极电势，提高产电性能。增强挺水水生植物的根际效应及根系分泌简单化合物作用，促进根际微生物的活化，促进难降解性有机污染物降解中间产物的降解作用。利用挺水水生植物根系以及微生物群落对污染物的吸收和代谢作用，减少水体中的营养物质以及水体中的污染物浓度，从而提高污染物降解的速率，挺水水生植物白天进行光合作用产生少量氧气，可提高表层水体溶解氧浓度。
22、(2)本装置可直接从水体中去除营养物，并可通过收获挺水水生植物形式将其移出水体，净化过程包括对水体中营养物质的净化和对有机污染物的净化，不会造成二次污染；可有效改变水质状况，在特定场景下排放前减少处理抗生素等含有有害化合物、成分复杂、高浓度的污水，从而最大限度地减少环境污染。还可以为水生动植物群落的营造良好的水体环境，通过生态技术使水生生态系统自然恢复。
23、(3)相比原位物理化学净化方法而言，具有成本低、易管理的优势，同时产生的能量联合太阳能板产电用于微曝气，可适于进行规模化、模式化和机械化作业。本专利技术构建了浮动湿地耦合微生物燃料电池提高有机物去除效能的装置，不仅适用范围广，还可以多途径去除有机物，一定程度上提高了有机物尤其是难降解性有机物的去除效能，在原位修复污水的同时可以将产生的电能和太阳能板结合用于微曝气，更好的提高水净化效果，充分体现环境效益与生物能源再利用的优势。
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1.一种基于微生物燃料电池耦合固定化生物膜载体的浮动湿地同时发电和污水处理装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
6.一种基于微生物燃料电池耦合固定化生物膜载体的浮动湿地同时发电和污水处理方法，其特征在于包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于：
8.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于：
9.权利要求1～5任一所述的装置在处理污水中的应用。
10.权利要求6～8任一所述的处理方法在处理污水中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种基于微生物燃料电池耦合固定化生物膜载体的浮动湿地同时发电和污水处理装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
6.一种基于微生...
【专利技术属性】
技术研发人员：林学明，尚梦如，李永涛，秦凤杰，张振，田卓迅，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：
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