一種人工濕地與微生物燃料電池結(jié)合的污水處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及處理污水的方法，特別是一種人工濕地與微生物燃料電池結(jié)合的污水處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
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[0002]目前國內(nèi)外傳統(tǒng)處理生活廢水的方法為生化法，因為生活污水B0D5/CODcr?0.5，可生化性強，其中應(yīng)用較廣的兩種方法是活性污泥法與生物膜法。活性污泥法具有處理能力高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點，但同時普遍存在著運行費高、能耗大、易出現(xiàn)污泥膨脹、污泥上浮等問題；生物膜法雖然處理效率高，耐沖擊負荷性能好，與活性污泥法相比產(chǎn)泥量低，但同樣受到能耗問題制約。另外我們水體富營養(yǎng)化的現(xiàn)象越發(fā)嚴重，提高污水N、P的去除率顯得極為重要。而我國是一個資源嚴重不足的發(fā)展中國家，從可持續(xù)發(fā)展角度來看，這并不是符合我國國情的優(yōu)選廢水處理方法。因此，尋求一種零碳排自運行可持續(xù)的廢水處理方法并提高污水處理N、P的去除率，實現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益的共贏是有重要意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種人工濕地與微生物燃料電池結(jié)合的污水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用微生物燃料電池以及人工濕地法處理生活廢水，同時提高N、P去除率，原位產(chǎn)生電能并驅(qū)動小型水栗的方法，是一項無需能量輸入、無碳排放、高效、綠色、可持續(xù)的具有光明前景的技術(shù)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0005]—種人工濕地與微生物燃料電池結(jié)合的污水處理系統(tǒng)，由微生物燃料電池、人工濕地植物和外部電路組成，微生物燃料電池包括反應(yīng)器殼體、有機玻璃板、輥壓陰極和碳刷陽極，反應(yīng)器殼體為敞口矩形有機玻璃箱體，箱體內(nèi)垂直均布八塊有機玻璃板并構(gòu)成八個模塊，每個模塊由有機玻璃板、輥壓陰極和四個碳刷陽極組成，其中每塊有機玻璃板的尺寸為長10cm、寬21.5cm、高26cm，輥壓陰極為活性炭輥壓空氣陰極，輥壓陰極由空氣擴散層和催化層組成且中間用不銹鋼網(wǎng)作為載體，輥壓陰極用AB膠粘貼于有機玻璃板表面且兩兩相對，兩塊輥壓陰極的間距均為3cm，兩塊有機玻璃板的非輥壓陰極面的間距為1cm，碳刷陽極為碳纖維刷陽極棒，四個碳刷陽極垂直插入且均布于有機玻璃板中心部位的孔中，碳刷陽極的直徑為3cm、長度為23cm，由碳纖維和直徑1mm、長35cm的鈦芯組成；有機玻璃箱體的兩塊側(cè)板和八塊有機玻璃板之間形成九個矩形口，其中兩塊輥壓陰極之間的四個矩形口為連通空氣口，其余五個矩形口為水和植物黑麥草插入口并形成人工濕地，連通空氣口和黑麥草插入口間隔設(shè)置；反應(yīng)器殼體底部設(shè)有出水口，出水口連接膠皮管并用膠塞封住防止漏水，使用時打開膠塞；外部電路包括升壓電路板和連續(xù)流水栗，升壓電路板由電磁繼電器和電容器構(gòu)成，微生物燃料電池通過外部電路與連續(xù)流水栗連接。
[0006]所述活性炭輥壓空氣陰極的制備方法是:將活性炭粉6g加入200mL燒杯中，加A 45mL無水乙醇，攪拌且超聲1min ;加入0.667mL PTFE乳液，再攪拌且超聲lOmin，然后于80°C水浴攪拌約3h，取出膠團揉捏，即為催化層，再與60目不銹鋼網(wǎng)一起輥壓成厚度為0.6mm的電極片；稱取導(dǎo)電碳黑6g加入200mL燒杯中，加入45mL無水乙醇，30°C水浴攪拌且超聲lOmin，滴入6.2mLPTFE乳液，攪拌且超聲lOmin，然后于80°C水浴攪拌約40min，取出膠團揉捏，在輥壓機上輥壓成厚度為0.4mm膜片，然后于340°C下燒制25min待用，即為擴散層，輥壓成0.4mm厚的薄膜后壓在電極片的另一側(cè)，制得輥壓陰極。
[0007]所述碳纖維刷陽極的制備方法是:將長23cm、直徑5cm的碳纖維刷置于丙酮中浸泡10-12小時，取出后用蒸餾水沖洗3遍，然后從有機玻璃板中心部位的孔中插入。
[0008]所述微生物燃料電池通過外部電路與連續(xù)流水栗連接的方式為微生物燃料電池以串聯(lián)方式驅(qū)動水栗，方法是用導(dǎo)線將八個反應(yīng)器串聯(lián)連接，陰陽極依次連接，頭一個反應(yīng)器的碳刷陽極和最后一個反應(yīng)器的輥壓陰極分別與連續(xù)流水栗相連。
[0009]所述微生物燃料電池通過外部電路與連續(xù)流水栗連接的方式為微生物燃料電池以并聯(lián)方式驅(qū)動水栗，方法是將用導(dǎo)線將八個反應(yīng)器并聯(lián)連接，八個陰極和陽極通過導(dǎo)線分別相連后再與水栗連接。
[0010]所述微生物燃料電池通過外部電路與連續(xù)流水栗連接的方式為微生物燃料電池與電容器連接驅(qū)動水栗，方法是將八臺規(guī)格為3.3F/2.5V的電容器兩兩并聯(lián)分別與八臺并聯(lián)的微生物燃料電池和連續(xù)流水栗相連，每臺電容器連接一臺電磁繼電器。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:該污水處理系原位產(chǎn)生電能并驅(qū)動小型水栗的方法，是一項無需能量輸入、無碳排放、高效、綠色、可持續(xù)的具有光明前景的技術(shù)。
【附圖說明】
[0012]圖1為微生物燃料電池俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為微生物燃料電池主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為輥壓陰極制作步驟示意圖。
[0015]圖4為外部電路連接方式示意圖。(插入實施例中的相應(yīng)位置并說明簡單結(jié)論)
[0016]圖5為單個典型周期運行曲線。
[0017]圖6為功率密度曲線。
[0018]圖7微生物燃料電池一周期內(nèi)電壓輸出值。(插入實施例中的相應(yīng)位置并說明簡單結(jié)論)
[0019]圖8為微生物燃料電池串聯(lián)運行水栗連接示意圖。
[0020]圖9為微生物燃料電池并聯(lián)運行水栗連接示意圖。
[0021]圖10為微生物燃料電池與電容器連接驅(qū)動水栗水栗連接示意圖。
[0022]圖中:1.反應(yīng)器殼體2.有機玻璃板3.輥壓陰極4.碳刷陽極5.空氣擴散層
6.催化層7.連通空氣口 8.黑麥草插入口 9.出水口 10.升壓電路板11.連續(xù)流水栗12.電磁繼電器13.電容器。
【具體實施方式】
[0023]實施例:
[0024]—種人工濕地與微生物燃料電池結(jié)合的污水處理系統(tǒng)，如圖1-2所示，由微生物燃料電池、人工濕地植物和外部電路組成，微生物燃料電池包括反應(yīng)器殼體1、有機玻璃板
2、輥壓陰極3和碳刷陽極4，反應(yīng)器殼體I為敞口矩形有機玻璃箱體，箱體內(nèi)垂直均布八塊有機玻璃板2并構(gòu)成八個模塊，每個模塊由有機玻璃板2、輥壓陰極3和四個碳刷陽極4組成，其中每塊有機玻璃板的尺寸為長10cm、寬21.5cm、高26cm，輥壓陰極3為活性炭輥壓空氣陰極，輥壓陰極3由空氣擴散層5和催化層6組成且中間用不銹鋼網(wǎng)作為載體，輥壓陰極3用AB膠粘貼于有機玻璃板2表面且兩兩相對，兩塊輥壓陰極3的間距均為3cm，兩塊有機玻璃板的非輥壓陰極面的間距為1cm，碳刷陽極4為碳纖維刷陽極棒，四個碳刷陽極4垂直插入且均布于有機玻璃板中心部位的孔中，碳刷陽極4的直徑為3cm、長度為23cm，由碳纖維和直徑1_、長35cm的鈦芯組成；有機玻璃箱體的兩塊側(cè)板和八塊有機玻璃板2之間形成九個矩形口，其中兩塊輥壓陰極之間的四個矩形口為連通空氣口 7，其余五個矩形口為水和植物黑麥草插入口 8并形成人工濕地，連通空氣口 7和黑麥草插入口 8間隔設(shè)置；反應(yīng)器殼體I底部設(shè)有出水口 9，出水口 9連接膠皮管并用膠塞封住防止漏水，使用時打開膠塞；外部電路包括升壓電路板10和連續(xù)流水栗11，升壓電路板10由電磁繼電器12和電容器13構(gòu)成，微生物燃料電池通過外部電路與連續(xù)流水栗11連接。
[0025]所述活性炭輥壓空氣陰極的制備方法是:將活性炭粉6g加入200mL燒杯中，加入45mL無水乙醇，攪拌且超聲1min ;加入0.667mL PTFE乳液，再攪拌且超聲lOmin，然后于80°C水浴攪拌約3h，取出膠團揉捏，即為催化層，再與60目不銹鋼網(wǎng)一起輥壓成厚度為
0.6mm的電極片；稱取導(dǎo)電碳黑6g加入200mL燒杯中，加入45mL無水乙醇，30°C水浴攪拌且超聲lOmin，滴入6.2mLPTFE乳液，攪拌且超聲lOmin，然后于80°C水浴攪拌約40min，取出膠團揉捏，在輥壓機上輥壓成厚度為0.4mm膜片，然后于340°C下燒制25min待用，即為擴散層，輥壓成0.4mm厚的薄膜后壓在電極片的另一側(cè)，制得輥壓陰極。
[0026]所述碳纖維刷陽極的制備方法:將長23cm、直徑5cm的碳纖維刷置于丙酮中浸泡10-12小時，取出后用蒸餾水沖洗3遍，然后從有機玻璃板中心部位的孔中插入，如圖3所不O
[0027]在進行外部電路連接時，先將同組4個碳刷連接在一起，再進行下一步的連接，如圖4所示。
[0028]所述微生物燃料電池通過外部電路與連續(xù)流水栗連接的方式為微生物燃料電池以串聯(lián)方式驅(qū)動水栗，方法是用導(dǎo)線將八個反應(yīng)器串聯(lián)連接，陰陽極依次連接，頭一個反應(yīng)器的碳刷陽極和最后一個反應(yīng)器的輥壓陰極分別與連續(xù)流水栗相連，，如圖8所示。
[0029]所述微生物燃料電池通過外部電路與連續(xù)流水栗連接的方式為微生物燃料電池以并聯(lián)方式驅(qū)動水栗，方法是將用導(dǎo)線將八個反應(yīng)器并聯(lián)連接，八個陰極和陽極通過導(dǎo)線分別相連后再與水栗連接，如圖9所示。
[0030]所述微生物燃料電池通過外部電路與連續(xù)流水栗連接的方式為微生物燃料電池與電容器連接驅(qū)動水栗，方法是將八臺規(guī)格為3.3F/2.5V的電容器兩兩并聯(lián)分別與八臺并聯(lián)的微生物燃料電池和連續(xù)流水栗相連，每臺電容器連接一臺電磁繼電器，如圖10所示。
[0031]該污