一種人工濕地與微生物燃料電池結合的污水處理系統的制作方法
【技術領域】
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[0001]本發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合的污水處理系統。
【背景技術】
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[0002]目前國內外傳統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、出水水質好等優點，但同時普遍存在著運行費高、能耗大、易出現污泥膨脹、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泥量低，但同樣受到能耗問題制約。另外我們水體富營養化的現象越發嚴重，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展中國家，從可持續發展角度來看，這并不是符合我國國情的優選廢水處理方法。因此，尋求一種零碳排自運行可持續的廢水處理方法并提高污水處理N、P的去除率，實現環境效益、經濟效益和社會效益的共贏是有重要意義的。
【發明內容】
[0003]本發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合的污水處理系統，該系統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，原位產生電能并驅動小型水栗的方法，是一項無需能量輸入、無碳排放、高效、綠色、可持續的具有光明前景的技術。
[0004]本發明的技術方案:
[0005]—種人工濕地與微生物燃料電池結合的污水處理系統，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器殼體、有機玻璃板、輥壓陰極和碳刷陽極，反應器殼體為敞口矩形有機玻璃箱體，箱體內垂直均布八塊有機玻璃板并構成八個模塊，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置；反應器殼體底部設有出水口，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流水栗，升壓電路板由電磁繼電器和電容器構成，微生物燃料電池通過外部電路與連續流水栗連接。
[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目不銹鋼網一起輥壓成厚度為0.6mm的電極片；稱取導電碳黑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，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流水栗連接的方式為微生物燃料電池以串聯方式驅動水栗，方法是用導線將八個反應器串聯連接，陰陽極依次連接，頭一個反應器的碳刷陽極和最后一個反應器的輥壓陰極分別與連續流水栗相連。
[0009]所述微生物燃料電池通過外部電路與連續流水栗連接的方式為微生物燃料電池以并聯方式驅動水栗，方法是將用導線將八個反應器并聯連接，八個陰極和陽極通過導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流水栗連接的方式為微生物燃料電池與電容器連接驅動水栗，方法是將八臺規格為3.3F/2.5V的電容器兩兩并聯分別與八臺并聯的微生物燃料電池和連續流水栗相連，每臺電容器連接一臺電磁繼電器。
[0011]本發明的優點是:該污水處理系原位產生電能并驅動小型水栗的方法，是一項無需能量輸入、無碳排放、高效、綠色、可持續的具有光明前景的技術。
【附圖說明】
[0012]圖1為微生物燃料電池俯視結構示意圖。
[0013]圖2為微生物燃料電池主視結構示意圖。
[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位置并說明簡單結論)
[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電壓輸出值。(插入實施例中的相應位置并說明簡單結論)
[0019]圖8為微生物燃料電池串聯運行水栗連接示意圖。
[0020]圖9為微生物燃料電池并聯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動水栗水栗連接示意圖。
[0022]圖中:1.反應器殼體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合的污水處理系統，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器殼體1、有機玻璃板
2、輥壓陰極3和碳刷陽極4，反應器殼體I為敞口矩形有機玻璃箱體，箱體內垂直均布八塊有機玻璃板2并構成八個模塊，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間隔設置；反應器殼體I底部設有出水口 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和連續流水栗11，升壓電路板10由電磁繼電器12和電容器13構成，微生物燃料電池通過外部電路與連續流水栗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目不銹鋼網一起輥壓成厚度為
0.6mm的電極片；稱取導電碳黑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，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流水栗連接的方式為微生物燃料電池以串聯方式驅動水栗，方法是用導線將八個反應器串聯連接，陰陽極依次連接，頭一個反應器的碳刷陽極和最后一個反應器的輥壓陰極分別與連續流水栗相連，，如圖8所示。
[0029]所述微生物燃料電池通過外部電路與連續流水栗連接的方式為微生物燃料電池以并聯方式驅動水栗，方法是將用導線將八個反應器并聯連接，八個陰極和陽極通過導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流水栗連接的方式為微生物燃料電池與電容器連接驅動水栗，方法是將八臺規格為3.3F/2.5V的電容器兩兩并聯分別與八臺并聯的微生物燃料電池和連續流水栗相連，每臺電容器連接一臺電磁繼電器，如圖10所示。
[0031]該污