【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于污水處理，具體涉及一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置。
技術(shù)介紹
1、人工濕地(cw)作為一種人為地將砂、石、土等功能基質(zhì)按照特定的比例組合，并有選擇性地將濕地植物植入其中的水處理生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地是在濕地基質(zhì)、植物、微生物等共同作用下，利用基質(zhì)吸附、植物吸收和微生物降解等自然過程去除廢水中的污染物。人工濕地相對(duì)于傳統(tǒng)的水處理手段有著運(yùn)行成本低、持久耐用、對(duì)外加能源需求少和簡(jiǎn)易操作等優(yōu)勢(shì)，非常適合中、小城鎮(zhèn)的污水處理。
2、微生物燃料電池(mfc)是微生物和生物電流技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物，能夠利用微生物作為催化劑凈化廢水的同時(shí)又能收獲電能，是目前廣泛受到人們關(guān)注的生物電化學(xué)清潔能源技術(shù)。微生物燃料電池產(chǎn)電是目前研究最多的微生物電化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，微生物利用陽極作為電子受體來氧化有機(jī)化合物，電子通過外接電路到達(dá)陰極將氧還原，完成產(chǎn)電的過程。
3、人工濕地與微生物燃料電池耦合而成的人工濕地-微生物燃料電池(cw-mfc)系統(tǒng)是基于一種生物電化學(xué)技術(shù)的新型污水處理工藝。人工濕地上部為好氧環(huán)境，下部為厭氧環(huán)境，內(nèi)部不同高度具有顯著的氧化還原電位梯度，人工濕地可為微生物燃料電池提供所需的氧化還原梯度，并且人工濕地中植物根部分泌物可為微生物燃料電池提供化學(xué)能。微生物燃料電池的引入形成閉合回路，電流可增強(qiáng)微生物的活性從而具有更高效的污染物去除效率。
4、cw-mfc系統(tǒng)中陽極層既是微生物附著的載體，也是發(fā)生厭氧反應(yīng)，降解污染物的主要場(chǎng)所之一。現(xiàn)有的陽極層一般采用不銹鋼網(wǎng)構(gòu)成的陽極籠
5、因此，開發(fā)高性能的陽極層電極材料，是提高cw-mfc系統(tǒng)的能量回收效率及污染物去除效率的主要策略之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，在陽極層采用由多根鈦管組成的新型三維電極，并且鈦管中填充有卷曲的石墨氈芯體；該三維電極具備較大的比表面積、良好的電導(dǎo)率和高生物相容性，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的生物負(fù)載容量，有效提升人工濕地-微生物燃料電池系統(tǒng)的能量回收效率和污染物去除效率。
2、本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，該裝置包括殼體，殼體內(nèi)部從下到上依次設(shè)置有底層、陽極層、中間層及陰極層。其中，底層填充有粗礫石，中間層填充有細(xì)礫石。
4、進(jìn)一步地，殼體為頂部開口的圓柱狀容器，殼體的高度和直徑的比例為13：4。
5、進(jìn)一步地，粗礫石的直徑為20-75mm，細(xì)礫石的直徑為1-2mm。
6、進(jìn)一步地，陽極層由水平設(shè)置的多根鈦管和用于并聯(lián)鈦管的鈦網(wǎng)組成。鈦管的兩端設(shè)有開口，鈦管上陣列開設(shè)有通孔，鈦管內(nèi)部填充有卷曲成型的石墨氈芯體。
7、進(jìn)一步地，陰極層由石墨氈和穿入石墨氈中的鈦絲組成，石墨氈通過網(wǎng)兜包裹，陰極層的鈦絲電信連接有數(shù)據(jù)記錄器。
8、進(jìn)一步地，陰極層的上部種植有濕地植物。
9、進(jìn)一步地，殼體位于底層、陽極層、中間層和陰極層部位均設(shè)置有帶有閥門的側(cè)出水管，測(cè)出水管可用于取樣；殼體頂部設(shè)置有進(jìn)水管，進(jìn)水管穿過陰極層并伸入中間層，進(jìn)水管位于中間層的部位陣列開設(shè)有分水孔。
10、進(jìn)一步地，人工濕地微生物燃料電池耦合裝置的廢水停留時(shí)間為1-3天。
11、本專利技術(shù)的有益效果：
12、本專利技術(shù)基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝便利及適合批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，金屬鈦生物相容性好，對(duì)環(huán)境更加友好。該人工濕地微生物燃料電池耦合裝置通過預(yù)培養(yǎng)啟動(dòng)后，可以穩(wěn)定去除污水中的污染物，并且可以穩(wěn)定的輸出電流。
13、陽極層的三維電極由水平設(shè)置的多根鈦管和用于并聯(lián)鈦管的鈦網(wǎng)組成，鈦管上的通孔有利于該耦合裝置內(nèi)部的水力傳輸；鈦管內(nèi)部填充有卷曲成型的石墨氈芯體，既可作為導(dǎo)電材料強(qiáng)化過程，也可作為支撐材料，相較于不銹鋼網(wǎng)構(gòu)成的陽極籠結(jié)構(gòu)，具有承壓強(qiáng)度高、不易形變的特點(diǎn)，有利于保證該耦合裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。金屬鈦的電阻(4.2×10-8ω·m)低于不銹鋼網(wǎng)的電阻(1.45×10-6ω·m)，有利于電子傳輸，提升該耦合裝置的整體效能。
14、本專利技術(shù)石墨氈與鈦管等構(gòu)成的陽極層具備較大的比表面積和生物相容性，有助于提供更多的微生物附著位點(diǎn)，并且卷曲堆疊的石墨氈芯體有助于減少微生物的堆疊厚度，從而進(jìn)一步提高電子轉(zhuǎn)移效率，能夠有效提升人工濕地微生物燃料電池耦合裝置的能量回收效率和污染物去除效率。鈦管的兩端設(shè)有開口，便于更換填充的石墨氈芯體，避免鈦管內(nèi)部隨著微生物的生長(zhǎng)而出現(xiàn)堵塞和失效問題，有利于該裝置的維護(hù)。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在于，包括殼體(1)，所述殼體(1)內(nèi)部從下到上依次設(shè)置有底層(2)、陽極層(3)、中間層(4)及陰極層(5)；所述底層(2)填充有粗礫石，中間層(4)填充有細(xì)礫石；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在于，所述殼體(1)為頂部開口的圓柱狀容器，殼體(1)的高度和直徑的比例為13：4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在于，所述粗礫石的直徑為20-75mm，細(xì)礫石的直徑為1-2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在于，陰極層(5)由石墨氈和穿入石墨氈中的鈦絲組成，石墨氈通過網(wǎng)兜包裹。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在于，所述鈦絲電信連接有用于記錄電壓的數(shù)據(jù)記錄器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在于，所述陰極層(5)的上部種植有濕地植物。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在于，包括殼體(1)，所述殼體(1)內(nèi)部從下到上依次設(shè)置有底層(2)、陽極層(3)、中間層(4)及陰極層(5)；所述底層(2)填充有粗礫石，中間層(4)填充有細(xì)礫石；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在于，所述殼體(1)為頂部開口的圓柱狀容器，殼體(1)的高度和直徑的比例為13：4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在于，所述粗礫石的直徑為20-75mm，細(xì)礫石的直徑為1-2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新型三維電極的人工濕地微生物燃料電池耦合裝置，其特征在于，陰極層(5...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：嵇斌，欒婷婷，李華瑞，張淏哲，王中華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：煙臺(tái)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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