抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910504865.4 (22)申请日 2019.06.12 (66)本国优先权数据 201910221771.6 2019.03.22 CN (71)申请人 中国环境科学研究院 地址 100020 北京市朝阳区洼里乡大羊坊8 号 (72)发明人 刘晓晖卢少勇刘莹王宇 赵斌国晓春张婷婷卢洪斌 (74)专利代理机构 苏州翔远专利代理事务所 (普通合伙) 32251 代理人 王华 (51)Int.Cl. C02F 3/32(2006.01) (54)发明名称 一种抽屉式微生物电。

2、池耦合人工湿地系统 (57)摘要 一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统， 包括装置本体和填料抽屉， 填料抽屉由布满小孔 的塑料板焊接而成； 装置本体通过多块有机玻璃 板焊接而成长方体形状， 其四个侧面三个面密 封， 一个面敞开， 装置本体底部设置有底封板， 同 时其底部和顶部均有进出水口， 在底封板处设置 有快速排水阀； 装置本体内部从上而下每隔一段 相同的距离都设置有一个布满小孔的隔板， 填料 抽屉放置在隔板上； 装置本体的顶部设置有一个 布满小孔的可拆卸式塑料筐； 本方案很好的解决 了填料的更换问题， 可在不扰动其他填料的同 时， 更换某一层的填料， 一方面便于填料的取样、 更换和冲洗再利。

3、用， 另一方面实现一套装置研究 不同填料对湿地运行的影响， 保证了湿地的长效 运行。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 110228851 A 2019.09.13 CN 110228851 A 1.一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统， 其特征在于： 包括装置本体和若干个填 料抽屉， 所述若干个填料抽屉都是由布满小孔的塑料板焊接而成； 所述装置本体通过多块 有机玻璃板焊接而成长方体形状， 其四个侧面三个面密封， 一个面敞开， 所述装置本体底部 设置有底封板， 顶部敞开， 同时其底部和顶部均有进出水口， 在所述底封板处设置有快速排 水阀； 所述装置本体内部从上而下每隔一段相同的距离都。

4、设置有一个布满小孔的隔板， 所 述填料抽屉放置在所述隔板上； 所述装置本体的顶部设置有一个布满小孔的可拆卸式塑料 筐。 2.根据权利要求1所述的一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统， 其特征在于： 所述 装置本体敞开的那一个面上设置有透明玻璃板， 所述透明玻璃板和所述装置本体通过螺丝 连接， 同时所述透明玻璃板板边绕一圈设置有密封橡胶圈。 3.根据权利要求1所述的一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统， 其特征在于： 所述 装置本体密封的三个侧面上都设置有太阳能电池板。 4.根据权利要求1所述的一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统， 其特征在于： 所述 装置本体上从上而下依次设置有多个取水口。 。

5、5.根据权利要求1所述的一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统， 其特征在于： 所述 填料抽屉一侧设置有拉环。 6.根据权利要求1所述的一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统， 其特征在于： 所述 装置本体底部设置有滚轮。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110228851 A 2 一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统 技术领域 0001 本发明属于微生物研究设备技术领域， 具体涉及一种抽屉式微生物电池耦合人工 湿地系统。 背景技术 0002 能源是人类社会赖以生存和发展的物质资源， 当今， 几乎所有的工业化国家都面 临着能源利用和环境的可持续发展之间的问题。 我国的能源短缺形势日趋严重， 在努。

6、力降 低能耗的同时必须寻找可持续的替代能源。 污水中含有大量的有机物， 而传统污水处理工 艺大多是 “以能消能” 、“污染转嫁” 的过程。 微生物燃料电池是一种利用微生物降解有机物 并将有机物质中的化学能转变成电能的新型生物电化学系统。 人工湿地由于建造和运行费 用便宜， 正得到广泛应用， 湿地基质中的微生物在降解污水中的有机物同时能够产生电子， 使之具备产电潜力。 因此， 将微生物燃料电池耦合人工湿地系统已经受到了越来越多得关 注。 0003 然而传统的微生物电池耦合人工湿地系统存在一些缺陷， 如湿地系统中的填料层 不方便取样、 更换、 冲洗以及再利用， 也无法通过一套装置研究不同填料对湿地。

7、运行的影 响； 同时， 耦合的微生物燃料电池， 阴阳极之间的距离会影响微生物燃料电池的电阻， 然而 传统的湿地系统， 不便于一套装置实现随时阴阳极之间距离的变化得到最优的产电效果， 需要多套装置才能实现， 增加了成本。 0004 因此， 有必要设计一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统来解决上述技术问 题。 发明内容 0005 为克服上述现有技术中的不足， 本发明目的在于提供一种抽屉式微生物电池耦合 人工湿地系统。 0006 为实现上述目的及其他相关目的， 本发明提供的技术方案是： 一种抽屉式微生物 电池耦合人工湿地系统， 包括装置本体和若干个填料抽屉， 所述若干个填料抽屉都是由布 满小孔的塑料。

8、板焊接而成； 所述装置本体通过多块有机玻璃板焊接而成长方体形状， 其四 个侧面三个面密封， 一个面敞开， 所述装置本体底部设置有底封板， 顶部敞开， 同时其底部 和顶部均有进出水口， 在所述底封板处设置有快速排水阀； 所述装置本体内部从上而下每 隔一段相同的距离都设置有一个布满小孔的隔板， 所述填料抽屉放置在所述隔板上； 所述 装置本体的顶部设置有一个布满小孔的可拆卸式塑料筐。 0007 优选的， 所述装置本体敞开的那一个面上设置有透明玻璃板， 所述透明玻璃板和 所述装置本体通过螺丝连接， 同时所述透明玻璃板板边绕一圈设置有密封橡胶圈。 0008 优选的， 所述装置本体密封的三个侧面上都设置有。

9、太阳能电池板。 0009 优选的， 所述装置本体上从上而下依次设置有多个取水口。 0010 优选的， 所述填料抽屉一侧设置有拉环。 说明书 1/4 页 3 CN 110228851 A 3 0011 优选的， 所述装置本体底部设置有滚轮。 0012 针对上述方案的结构特征， 解释如下： 本方案设计的抽屉式微生物电池耦合人工 湿地系统， 装置本体高度是70cm， 长和宽为30cm， 通过多块有机玻璃板焊接而成， ； 牢固可 靠， 而在其内部从下往上每隔10cm设置一个布满直径为2mm小孔的隔板， 隔板的作用主要是 撑托填料抽屉， 而填料抽屉高度为8cm、 长宽为28cm， 每个填料抽屉内的填充物。

10、都不相同， 填 料抽屉上的小孔直径也为2mm； 这样可以很好地解决填料的更换问题， 可在不扰动其他填料 的同时， 更换某一层的填料， 一方面便于填料的取样、 更换和冲洗再利用， 另一方面实现一 套装置研究不同填料对湿地运行的影响， 保证了湿地的长效运行； 同时耦合的微生物燃料 电池， 阴阳极之间距离的变化得到最优的产电效果， 可节约成本， 减少装置数量； 在装置本 体顶部设置的布满小孔的可拆卸式塑料筐内放置植物， 可防止植物根系的快速向下生长破 坏阳极的厌氧环境， 另一方面也可将植物和填料分开， 便于量化人工湿地填料、 植物和微生 物的作用也便于植物采样时的完整性， 以及根际区和非根际区的划分。

11、。 0013 在装置本体敞开的那一个面上设置有透明玻璃板， 用透明玻璃板作为封水板， 防 止水渗漏， 同时玻璃板通过螺丝固定在装置本体上， 并设置密封橡胶圈增加密封程度。 0014 在装置本体密封的三个侧面安装太阳能电板， 便于能量的收集和电能的存储， 在 进水负荷较高时， 可以电解耦合进一步强化人工湿地系统的去污能力。 0015 取水口便于取出试样水做研究。 0016 在填料抽屉一侧设置有拉环， 便于填料抽屉取出和放置。 0017 在装置本体底部设置有滚轮， 便于装置本体整体移动。 0018 综上所述， 本发明的有益效果为： 本方案设计的一种抽屉式微生物电池耦合人工 湿地系统通过巧妙的结构设。

12、计， 很好地解决了填料的更换问题， 可在不扰动其他填料的同 时， 更换某一层的填料， 一方面便于填料的取样、 更换和冲洗再利用， 另一方面实现一套装 置研究不同填料对湿地运行的影响， 保证了湿地的长效运行， 同时耦合的微生物燃料电池， 阴阳极之间的距离会影响微生物燃料电池的电阻， 传统的湿地系统， 不便于一套装置实现 随时阴阳极之间距离的变化得到最优的产电效果， 而装置可节约成本， 减少装置数量， 具有 很高的实用性能。 附图说明 0019 图1为装置整体结构示意图。 0020 图2为装置整体结构侧视图。 0021 图3为装置工作原理示意图。 0022 以上附图中， 装置本体1、 填料抽屉2、。

13、 隔板3、 塑料筐4、 取水口5、 太阳能电池板6、 滚 轮7、 快速排水阀8、 透明玻璃板9、 螺丝10、 拉环11、 阴极层12、 阳极层13、 电阻14、 沸石层。 具体实施方式 0023 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式， 熟悉此技术的人士可由本说明 书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。 0024 请参阅图1图2。 须知， 本说明书所附图式所绘示的结构、 比例、 大小等， 均仅用以 配合说明书所揭示的内容， 以供熟悉此技术的人士了解与阅读， 并非用以限定本发明可实 说明书 2/4 页 4 CN 110228851 A 4 施的限定条件， 故不具技术上的实质意义， 。

14、任何结构的修饰、 比例关系的改变或大小的调 整， 在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下， 均应仍落在本发明所揭示的技 术内容得能涵盖的范围内。 同时， 本说明书中所引用的如 “上” 、“下” 、“左” 、“右” 、“中间” 及 “一” 等的用语， 亦仅为便于叙述的明了， 而非用以限定本发明可实施的范围， 其相对关系的 改变或调整， 在无实质变更技术内容下， 当亦视为本发明可实施的范畴。 0025 实施例： 如图1 图3所示， 一种抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统， 包括装置本 体1和若干个填料抽屉2， 若干个填料抽屉2都是由布满小孔的塑料板焊接而成； 装置本体1 通过多块有机玻璃板焊。

15、接而成长方体形状， 其四个侧面三个面密封， 一个面敞开， 装置本体 1底部设置有底封板， 顶部敞开， 同时其底部和顶部均有进出水口， 在底封板处设置有快速 排水阀8； 装置本体1内部从上而下每隔一段相同的距离都设置有一个布满小孔的隔板3， 填 料抽屉2放置在隔板3上； 装置本体1的顶部设置有一个布满小孔的可拆卸式塑料筐4。 0026 本方案设计的抽屉式微生物电池耦合人工湿地系统， 装置本体1高度是70cm， 长和 宽为30cm， 通过多块有机玻璃板焊接而成， ； 牢固可靠， 而在其内部从下往上每隔10cm设置 一个布满直径为2mm小孔的隔板3， 隔板3的作用主要是撑托填料抽屉2， 而填料抽屉2。

16、高度为 8cm、 长宽为28cm， 每个填料抽屉2内的填充物都不相同， 填料抽屉2上的小孔直径也为2mm； 这样可以很好地解决填料的更换问题， 可在不扰动其他填料的同时， 更换某一层的填料， 一 方面便于填料的取样、 更换和冲洗再利用， 另一方面实现一套装置研究不同填料对湿地运 行的影响， 保证了湿地的长效运行； 同时耦合的微生物燃料电池， 阴阳极之间距离的变化得 到最优的产电效果， 可节约成本， 减少装置数量； 在装置本体1顶部设置的布满小孔的可拆 卸式塑料筐4内放置植物， 可防止植物根系的快速向下生长破坏阳极的厌氧环境， 另一方面 也可将植物和填料分开， 便于量化人工湿地填料、 植物和微生。

17、物的作用也便于植物采样时 的完整性， 以及根际区和非根际区的划分。 0027 如图3所示， 装置内部由填料抽屉2内的填料填充， 从下往上依次为粒径为6-8mm的 沸石层、 阳极层13 （中空高度为5cm纯度99.99%钛网， 网尺寸为3mm8mm， 直径为25cm， 内部 填充粒径为3-5mm活性炭颗粒 （厌氧活性污泥挂膜） ） 、 粒径3-5mm沸石、 粒径3-5mm沸石、 阴极 层14 （99.99%钛网， 网尺寸为3mm8mm， 直径为25cm， 内部填充粒径为3-5mm活性炭颗粒 （厌 氧活性污泥挂膜） ） +顶部种植风车草 （7株） 。 CW-MFC的两极使用浓缩污泥挂膜， 接种的污。

18、泥 取自桑德污水处理厂浓缩池。 一部分进行为期2周的曝气饥饿处理， 并导入活性炭培养后将 活性炭作为CW-MFC反应器阴极； 另一部分进行为期2周的厌氧消化并培养活性炭后作为CW- MFC反应器阳极。 微生物燃料电池的电极由钛导线 （d=1mm） 接出， 并由铜导线连接电阻 （1000 ） 形成闭合回路， 使用环氧树脂将暴露于溶液中的金属部分密封， 防止导线被腐蚀。 0028 优选的实施方式如下： 装置本体1敞开的那一个面上设置有透明玻璃板9， 透明玻璃板9和装置本体1通过螺丝 10连接， 同时透明玻璃板9板边绕一圈设置有密封橡胶圈； 用透明玻璃板9作为封水板， 防止 水渗漏， 同时玻璃板通过。

19、螺丝10固定在装置本体1上， 并设置密封橡胶圈增加密封程度。 0029 装置本体1密封的三个侧面上都设置有太阳能电池板6； 安装太阳能电板便于能量 的收集和电能的存储， 在进水负荷较高时， 可以电解耦合进一步强化人工湿地系统的去污 能力。 0030 所述装置本体上从上而下依次设置有多个取水口5； 取水口5便于取出试样水做研 说明书 3/4 页 5 CN 110228851 A 5 究。 0031 填料抽屉2一侧设置有拉环11； 便于填料抽屉2取出和放置。 0032 在装置本体1底部设置有滚轮7， 便于装置本体1整体移动。 0033 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效， 而非用于限制本发明。 任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下， 对上述实施例进行修饰或改变。 因 此， 举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变， 仍应由本发明的权利要求所涵盖。 说明书 4/4 页 6 CN 110228851 A 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 110228851 A 7 图3 说明书附图 2/2 页 8 CN 110228851 A 8 。