一种生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202021265217.2
(22)申请日 2020.07.01
(73)专利权人 浙江科技学院
地址 310023 浙江省杭州市西湖区留和路
318号
(72)发明人 濮佳莉　高立伟　高健　申林培　
刘舒晨　陈帆　金谢喜　施赟　
王群　沈晓凤　
(74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公
司 33200
代理人 陈升华
(51)Int.Cl.
C02F 3/32(2006.01)
C02F 3/00(2006.01)
H01M 8/16(2006.01)
(54)实用新型名称
一种生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地
装置
(57)摘要
本实用新型公开了一种用于修复微污染水
体的生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，
包括湿地微生物燃料电池装置和高吸附性的生
物质基海绵炭材料浮床,以及固定装置。

高吸附
性的生物质基海绵炭材料浮床是由生物质炭材
料构成的海绵状炭材料；固定装置是由绳与脚桩
将漂浮湿地与水底固定。

本实用新型具有无需占
用土地；适应不同水利条件的稳固要求；可应用
于各类水体；可有效降低水体氮、磷、有机物等污
染物质含量；促进湿地植物生长，恢复水生生物
种群；无有害副产物、无二次污染；快速构建水生
态景观，提升环境效应；不需要额外增加电耗；后
期维护管理费用低；实现废弃物资源化利用；可
种植经济作物，
提升经济价值等特点。

权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 213085589 U 2021.04.30
C N 213085589
U
1.一种生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，其特征在于，包括：
用于湿地里固定的固定装置；
与所述固定装置连接的生物质基海绵炭浮床，所述的生物质基海绵炭浮床包括生物质基海绵炭以及包覆所述生物质基海绵炭的固定网；
设置在所述生物质基海绵炭浮床上的微生物燃料电池装置；
以及种植在所述生物质基海绵炭浮床上的水生植物。

2.根据权利要求1所述的生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，其特征在于，所述的固定装置包括固定桩和绳，所述的绳的一端与所述固定桩连接，所述的绳的另一端与所述生物质基海绵炭浮床的固定网连接。

3.根据权利要求1所述的生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，其特征在于，所述的生物质基海绵炭的比表面积为600～1000m 2 g ‑1。

4.根据权利要求1所述的生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，其特征在于，所述的生物质基海绵炭为竹炭海绵。

5.根据权利要求1所述的生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，其特征在于，所述的固定网为尼龙网。

6.根据权利要求1所述的生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，其特征在于，所述的微生物燃料电池装置包括阴极、阳极以及与所述阴极、阳极通过铜丝导出相连的电阻。

7.根据权利要求6所述的生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，其特征在于，所述的电阻为LED灯。

8.根据权利要求6所述的生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，其特征在于，所述的微生物燃料电池装置设有阳极室以及阴极室，所述的阴极、阳极的电极直径为5～20mm。

权　利　要　求　书1/1页CN 213085589 U
一种生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及微生物燃料电池应用领域，具体涉及一种生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置。

背景技术
[0002]中国各行业产能急剧增加导致污水排放量急剧增长，同时农业生产活动中过量施用的化肥、农药会随灌溉水体、雨水汇入河流水体，使大量氮磷排入天然水体，引起水体富营养化。

漂浮湿地是较为有效的富营养化水体修复技术，在河流景观河道的修复中应用广泛。

随着生态漂浮湿地技术研究和应用的不断深入，有关生态漂浮湿地的缺陷性和不足之处也逐渐显示。

传统生态漂浮湿地仅以大型水生植物为主体，水生植物对氮磷吸收作用有限，漂浮湿地植物根系的比表面积有限，其根系和茎叶表面生物膜内微生物数量也严重不足，导致其水体净化效果低下。

[0003]生态修复涉及的植物材料采用的普通常见的水生植物如水花生、芦苇、睡莲、荷花、金鱼藻等一般难于越冬,冬春季节基本无生物量,植物体残留的污染物又经过腐烂过程进入水体,造成水体的二次污染。

[0004]再者,以水生植物作为净化材料必须考虑一下这个关键问题,一般情况下,植物不同生长阶段所需氮磷营等养物质为水体含量的数倍到几十倍,一般水体氮磷不足于维持植物生长需求,植物生长易产生营养不良等状况。

在考虑植物生长的剔除水体污染物的同时必须考虑需要植物体维持足够的生物量基础才能发挥其水质净化的功能。

另外植物对污染物有一定的耐污极限, 重污染水体限制植物正常生长。

实用新型内容
[0005]为了解决上述现有技术方案中的不足，本实用新型提供了一种用于修复微污染水体的生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置。

[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的；
[0007]一种生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，包括：
[0008]用于湿地里固定的固定装置；
[0009]与所述固定装置连接的生物质基海绵炭浮床，所述的生物质基海绵炭浮床包括生物质基海绵炭以及包覆所述生物质基海绵炭的固定网；
[0010]设置在所述生物质基海绵炭浮床上的微生物燃料电池装置；
[0011]以及种植在所述生物质基海绵炭浮床上的水生植物。

[0012]本实用新型中，包括微生物燃料电池装置(即湿地微生物燃料电池装置)、生物质基海绵炭浮床(即高吸附性的生物质基海绵炭材料浮床)、水生植物以及固定装置，所湿地微生物燃料电池装置放置于漂浮湿地内，将微生物燃料电池的阴极、阳极分别埋入漂浮湿地的上部(好氧区)和底部(厌氧区)，阴阳极通过铜丝导出相连，并外接电阻；高吸附性的生物质基海绵炭材料浮床是由生物质炭材料构成的海绵状炭材料；固定装置是由绳与脚桩将
漂浮湿地与水底固定。

该漂浮湿地的面积可为0.5～50m2。

[0013]生物质海绵炭浮床，以生物炭为基质，是系统的栽培载体以及漂浮载体，种植水生植物，生物质基海绵炭的比表面积为600～1000m2 g‑1。

生物质基海绵炭具有多孔结构，能够吸附水体中的氮、磷、有机物等污染物，可与植物根系可形成网状结构。

所述的生物质基海绵炭可为竹炭海绵。

所述的生物质基海绵炭浮床自身具备浮力，能够让漂浮湿地系统漂浮在水面上，且其称重能力大于两个成年人的总重量。

所述的固定网为尼龙网。

[0014]微生物燃料电池装置(即湿地微生物燃料电池装置)，漂浮湿地微生物燃料电池的电极由生物炭制备而成，微生物燃料电池的阴极、阳极分别埋入漂浮湿地湿地的上部(好氧区)和底部(厌氧区)，阴阳极通过铜丝导出相连，并外接电阻，所述电阻为具有景观效果装饰性的LED灯。

微生物燃料电池装置(即湿地微生物燃料电池装置)包括阴极、阳极以及与所述阴极、阳极通过铜丝导出相连的电阻，所述的电阻为LED灯。

[0015]所述的湿地微生物燃料电池设有阳极室以及阴极室，电极材料由生物质炭和粘合剂挤压成型后，直接烧结而成，烧结温度在700‑800℃，电极直径为5～20mm。

电极表面附着有电化学活性的微生物。

[0016]固定装置，根据实际需要按一定的结构形状和大小对漂浮湿地系统进行布局，用脚桩在水底固定；所述的固定装置包括固定桩和绳，所述的固定桩固定在湿地的水底，所述的绳的一端与所述固定桩连接，所述的绳的另一端与所述生物质基海绵炭浮床的固定网连接。

[0017]水生植物可种植于海绵炭材料浮床上，所述的水生植物为狐尾藻、再力花、美人蕉、菖蒲、水葱、芦苇中的一种或多种组合。

[0018]与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为：
[0019]本实用新型通过生物质基海绵炭自身的浮力解决整个系统的浮力问题，不再需要传统的浮板。

采用的生物质基海绵炭及微生物燃料电池的阴极材料均由农业废弃生物质、林业废弃生物质等原料制备的生物质炭进一步加工改性获得。

同时，漂浮湿地中的废弃植物也可作为原料制备生物质炭，避免湿地植物腐烂堆积造成二次污染，实现了废弃生物质的资源化利用。

系统对氮磷和污染物的吸附能力进一步提高，有利于促进植物生长，微生物繁殖，耦合生物法，物理法和化学法进一步强化水体净化效果。

主要针对于微污染水体的治理修复。

微生物燃料电池产生的电能还可应用于漂浮湿地系统自身，例如给LED灯具、WiFi 热点和其它低电压应用供电，美化湿地系统，不需要额外增加电耗，实现了水质净化与景观美化功能的和谐统一。

[0020]本实用新型具有无需占用土地；适应不同水利条件的稳固要求；可应用于各类水体；可有效降低水体氮、磷、有机物等污染物质含量；促进湿地植物生长，恢复水生生物种群；无有害副产物、无二次污染；快速构建水生态景观，提升环境效应；不需要额外增加电耗；后期维护管理费用低；实现废弃物资源化利用；可种植经济作物，提升经济价值等特点。

附图说明
[0021]参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。

本领域技术人员容易理解的是:这些附图仅仅用于举例说明本实用新型的技术方案，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。

图中：
[0022]图1为本实用新型生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置的结构示意图；[0023]图2为本实用新型中电极的结构示意图。

具体实施方式
[0024]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

[0025]实施例：
[0026]图1示意性地给出了本实用新型实施例的生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置，如图1所示，生物质炭基微生物燃料电池漂浮湿地装置包括：生物质基海绵炭浮床1、微生物燃料电池2、水生植物4、固定装置。

[0027]生物质基海绵炭浮床1固定于通过尼龙网连接而拼接一起，形成长5m、宽5m的网状结构体，生物质基海绵炭浮床1的尺寸为：长50～100cm,宽 20‑40cm,高20‑50cm。

生物质基海绵炭浮床1包括生物质基海绵炭3以及包覆生物质基海绵炭3的尼龙网。

[0028]每个生物质基海绵炭浮床1内装有微生物燃料电池2；生物质基海绵炭浮床1上种有水生植物4，如狐尾藻、再力花、美人蕉、菖蒲、水葱、芦苇中的一种或多种组合；
[0029]微生物燃料电池2包括阴极和阳极，微生物燃料电池2的阴极、阳极分别埋入漂浮湿地湿地的上部(好氧区)和底部(厌氧区)，阴阳极通过铜丝导出相连，并外接电阻，电阻为具有景观效果装饰性的LED灯；
[0030]生物质海绵炭材料3为多孔结构，具有吸附性能，能够吸附水体中的氮、磷、有机物等污染物，能够为降解吸附污染物的微生物提供栖息场所；
[0031]将生物质基海绵炭浮床1底部用尼龙网1包覆，防止生物质基海绵炭浮床1遇到水流冲击时解体；
[0032]固定装置包括固定桩5和绳，绳的一端与固定桩5连接，绳的另一端与生物质基海绵炭浮床1的尼龙网连接，固定桩5固定在水底，将生物质基海绵炭浮床1通过绳连接固定在固定桩5上。

[0033]如图2所示，微生物燃料电极6由多孔生物质炭材料构成，电极表面附着有电化学活性的微生物7。

湿地微生物燃料电池设有阳极室以及阴极室，微生物燃料电极6由生物质炭和粘合剂挤压成型后，直接烧结而成，烧结温度在700‑800℃，电极直径为5～20mm。

微生物燃料电极6表面附着有电化学活性的微生物7。

[0034]以上所述的具体实施方式对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的最优选实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

图1
图2。