CN214310265U - 基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，包括监测单元、电压采集单元以及数据分析单元；监测单元包括微生物燃料电池和外电阻，微生物燃料电池包括阳极腔室和阴极腔室，阳极腔室内具有阳极石墨毡和污水入口，阴极腔室内具有阴极石墨毡、污水出口和用于产生电子受体的曝气装置；外电阻通过导线连接在阳极石墨毡与阴极石墨毡之间；阳极石墨毡上附着有微生物，以产生质子和电子；质子进入阴极腔室内，电子通过导线进入阴极腔室内，以在阳极石墨毡、阴极石墨毡、外电阻之间形成闭合回路，电压采集单元采集外电阻上的电压，数据分析单元对该电压信号进行分析处理，从而得到反应湿地堵塞情况的堵塞系数，该监测装置稳定性好，灵敏度高。

Description

基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置

技术领域

本公开涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置。

背景技术

人工湿地(constructed wetland，简称CW)是从生态学原理出发，模仿自然生态系统，人为将土壤、沙、石等材料按照一定比例组成基质，并栽种经过选择的耐污植物，培育多种微生物，组成类似于自然湿地的新型污水净化系统，是一项适合我国国情的污水资源化技术。

人工湿地主要是通过生化作用对污染物质进行去除，而生物处理的效果依赖于污染物质和植物根系以及微生物群的接触和持续时间，因此，湿地内部的污水流动状况决定了湿地对受污染水体的净化效果。

然而，堵塞是直接影响污水流动的主要因素，堵塞会引起水流场分布不均，有效体积降低，严重时还会出现表面漫流现象，造成蚊蝇滋生，最终会导致人工湿地系统瘫痪。及时发现堵塞并进行有效处理，一方面有助于提高污染物的去除效果，另一方面可延长湿地的使用寿命，对人工湿地的运行、维护具有重要作用。因此，对湿地的堵塞情况进行检测较为重要。

实用新型内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置。

本公开提供了一种基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，包括监测单元、电压采集单元以及数据分析单元；

所述监测单元包括微生物燃料电池和外电阻，所述微生物燃料电池包括阳极腔室以及阴极腔室，所述阳极腔室内设置有阳极石墨毡和污水入口，所述阴极腔室内设置有阴极石墨毡、污水出口和用于产生电子受体的曝气装置；所述外电阻设置在所述微生物燃料电池的外部，且通过导线连接在所述阳极石墨毡与所述阴极石墨毡之间；

所述阳极石墨毡上附着有微生物，以使由所述污水入口进入的污水与所述微生物接触，以产生质子和电子；所述质子进入至所述阴极腔室内，所述电子通过所述导线进入至所述阴极腔室内，所述质子、所述电子与所述电子受体发生氧化还原反应，以使所述阳极石墨毡、所述阴极石墨毡以及所述外电阻之间形成闭合回路；

所述电压采集单元用于采集所述外电阻上的电压，所述数据分析单元与所述电压采集单元电连接，所述数据分析单元用于对所述电压采集单元采集到的电压信号进行分析处理，以得到用于反应湿地堵塞情况的堵塞系数。

可选择地，所述阳极石墨毡靠近所述污水入口处设置。

可选择地，所述污水入口设置在所述阳极腔室的顶部，所述阳极石墨毡位于所述污水入口的正下方；所述污水入口包括多个均匀分布的开孔，孔径为1-3mm。

可选择地，所述阳极石墨毡和所述阴极石墨毡之间设置有导向板，所述导向板将所述微生物燃料电池分为所述阳极腔室和所述阴极腔室，所述导向板上开设有用于连通所述阳极腔室和所述阴极腔室的过水间隙。

可选择地，所述导向板朝向所述污水入口的方向倾斜设置，所述曝气装置固定在所述阴极腔室内；至少部分所述过水间隙设置在所述导向板的端部。

可选择地，所述阳极石墨毡倾斜设置。

可选择地，所述曝气装置包括通气管和曝气管，所述通气管的出气口与所述曝气管连通，所述通气管的进气口与位于所述微生物燃料电池外部的供气机构的送气端连通，所述曝气管布置在所述阴极石墨毡的正下方，所述曝气管上设置有多个曝气盘。

可选择地，所述阳极石墨毡与所述阳极腔室可拆卸连接，所述阴极石墨毡与所述阴极腔室可拆卸连接。

可选择地，所述阳极石墨毡和所述阴极石墨毡均为圆柱形石墨毡，所述圆柱形石墨毡的直径为30-40mm，轴向高度为2-4mm。

可选择地，所述污水出口不小于所述污水入口。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，通过设置监测单元、电压采集单元以及数据分析单元；监测单元包括微生物燃料电池和外电阻，其中，微生物燃料电池包括阳极腔室以及阴极腔室，阳极腔室内具有阳极石墨毡和污水入口，阴极腔室内具有阴极石墨毡、污水出口和用于产生电子受体的曝气装置；外电阻设置在微生物燃料电池的外部，且通过导线连接在阳极石墨毡与阴极石墨毡之间；阳极石墨毡上附着有微生物，微生物中具有能向细胞外传递电子的产电菌，污水由污水入口进入阳极腔室并与微生物接触，产电菌在新陈代谢的过程中会产生质子和电子，产生的质子进入至阴极腔室内，产生的电子通过导线和外电阻也被传递至阴极腔室。在阴极腔室内，质子、电子和电子受体发生还原反应，从而在阳极石墨毡、阴极石墨毡以及外电阻之间形成闭合回路，从而使得回路中产生电流，即，外电阻两端产生电压。通过电压采集单元实时监测外电阻上的电压信号，数据分析单元对电压采集单元采集到的电压信号进行分析处理，从而得到用于反应湿地堵塞情况的堵塞系数，即获知湿地的堵塞情况。另外，本公开提供的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，无需外加电源，经济环保，稳定性好，灵敏度高，适应性广，操作简单，容易实现。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置的结构示意图。

其中，10-监测单元；11-微生物燃料电池；111-阳极腔室；112-阴极腔室；12-外电阻；13-污水入口；14-污水出口；20-电压采集单元；30-数据分析单元；40-曝气装置；41-曝气管；42-曝气盘；51-阳极石墨毡；52-阴极石墨毡；60-微生物；70-导向板；71-过水间隙；80-导线。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参考图1中所示，本公开提供一种基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置(以下简称湿地堵塞检测装置)，包括监测单元10、电压采集单元20以及数据分析单元30；监测单元10包括微生物燃料电池11和外电阻12，微生物燃料电池11包括阳极腔室111以及阴极腔室112，阳极腔室111内设置有阳极石墨毡51和污水入口13，阴极腔室112内设置有阴极石墨毡52、污水出口14和用于产生电子受体的曝气装置40；外电阻12设置在微生物燃料电池11的外部，且通过导线80连接在阳极石墨毡51与阴极石墨毡52之间。

具体使用时，将本公开提供的湿地堵塞检测装置插入湿地系统中使用，污水由污水入口13均匀的进入到阳极腔室111和阴极腔室112中，污水由污水入口13进入时，能够与微生物60充分接触，从而使微生物60在新陈代谢的过程中产生了质子和电子，反应完之后污水由设置在阴极腔室112内的污水出口14排出。湿地系统可以是人工湿地系统，当然，也可以是自然湿地系统。

其中，微生物燃料电池(microbial fuel cell，简称MFC)是通过微生物的代谢过程直接将有机物中的化学能转化为电能的装置。具体原理如下：厌氧微生物中有一些能向细胞外直接传递电子的产电菌。在厌氧条件下，MFC的阳极电极材料上随着培养时间的延长附着具有产电能力的微生物，许多厌氧微生物可以将电子传递给可溶性外源化合物，如硫酸盐或硝酸盐，而这类产电菌还可以直接将电子转移给化合物或间接电子受体，这种能力使得MFC的产电功能得以实现。

另外，外电阻12可以以任意的数值设置，能够满足使用要求即可。通常情况下，MFC检测湿地堵塞情况的灵敏度和外电阻12的阻值大小相关。具体使用时，外电阻12的取值在500Ω至1000Ω之间，本领域普通技术人员可以理解的是，外电阻12越小，灵敏度越高，响应时间更短。具体使用时，待外电阻12的电压稳定后，通过观察增加污水负荷所引起的外电阻12电压变化，得出两者呈负相关关系，数据分析单元30对外电阻12的电压变化和本公开提供的湿地堵塞检测装置中污水负荷进行分析，进而可以得出电压和湿地系统的堵塞系数的线性关系，即，电压越小表示湿地系统堵塞状况越严重。

在本实施例中，阳极腔室111内具有阳极石墨毡51以及微生物60，阴极腔室112内具有阴极石墨毡52以及曝气装置40产生的电子受体，具体使用时，污水通过污水入口13进入至微生物燃料电池11内，一方面为微生物60提供生长需要的营养物质，使微生物挂膜；另一方面，污水可以同时填充在阳极腔室111和阴极腔室112内，即，污水可以同时与阳极石墨毡51和阴极石墨毡52充分接触，缩短反应时间，提高灵敏度。

另外，阳极石墨毡51和阴极石墨毡52是微生物燃料电池11的重要组件，具有转移电子的作用，同时，阳极石墨毡51还为微生物的生长、繁殖提供附着场所。

此外，刚出厂的阳极石墨毡51和阴极石墨毡52含有较多的杂质，降低了导电能力，同时，阳极石墨毡51和阴极石墨毡52表面附着纤维状粉末结构，在MFC内部及预培养阶段均容易脱落，堵塞管路或干扰微生物。为了提高阳极石墨毡51和阴极石墨毡52的导电能力，提高微生物的可附着能力，同时补充微生物生长需要的氮元素，本实施例提供的阳极石墨毡51和阴极石墨毡52在使用前需要进行预处理。

示例性的，关于阳极石墨毡51和阴极石墨毡52的预处理方法如下：

第一步，用丙酮清洗阳极石墨毡和阴极石墨毡的样品(浸泡过夜)；

第二步，超纯水中漂洗5次；

第三步，将样品浸泡并在去离子水中煮沸3小时，每0.5小时更换一次去离子水；

第四步，将样品放置在马弗炉中于450℃下加热30分钟；

第五步，将样品在浓硝酸中浸泡5小时，然后用去离子水洗涤直至pH(hydrogenion concentration，氢离子浓度指数)大致为7.0；

第六步，将样品于120℃下干燥2小时，并将产物放入干燥器中以备使用。

在此需要说明的是，上述用语“大致”意在表明，将样品用去离子水清洗后的pH不需要绝对是7.0，在允许的范围内，由于工艺公差和操作误差，pH可以相对于7.0稍微有一定公差带，此种情况下，也认为pH为7.0。

在本实施例中，阳极石墨毡51上附着有微生物60，以使由污水入口13进入的污水与微生物60接触，污水与微生物60接触冲刷能够促进微生物60生物降解，从而使微生物60在新陈代谢的过程中产生了质子和电子。质子进入至阴极腔室112内，电子通过导线80和外电阻12进入至阴极腔室112内，同时，阴极腔室112内的曝气装置40曝气，曝气盘42产生丰富、均匀的微气泡，从而提高了污水中氧的传质速率，在阴极腔室112内形成丰富的电子受体。质子、电子与电子受体在阴极腔室112内发生氧化还原反应，以使阳极石墨毡51、阴极石墨毡52以及外电阻12之间形成闭合回路，从而使得回路中产生电流，即，外电阻12两端产生电压。

其中，电子受体为曝气装置40曝出的空气，环保无污染。

另外，在曝气装置40的运行过程中，会产生一定的振动，从而曝气盘42周围的污水可以形成环流，对污水进行了充分搅动，进而使污水中的杂质颗粒可以随污水流动，在一定程度上避免了在微生物燃料电池11的底部形成积泥，提高了本公开提供的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置的监测灵敏度，降低了维护成本。

在本实施例中，电压采集单元20用于采集外电阻12上的电压，数据分析单元30与电压采集单元20电连接，数据分析单元30用于对电压采集单元20采集到的电压信号进行分析处理，以得到用于反应湿地堵塞情况的堵塞系数。

其中，数据分析单元30可以选用任意合适的数据采集设备，例如BTS-5V50mA；8通道，可设置采集时间、外电阻12的阻值等参数。具体使用时，在监测单元10的外部接入电连接的电压采集单元20和数据分析单元30，其中，电压采集单元20和数据分析单元30通过导线80串联在一起，电压采集单元20通过导线80与监测单元10的外电阻12并联在一起。日常培养、微生物燃料电池11性能测定设置电压采集时间间隔为1min/次，进行湿地堵塞检测时设置电压采集时间间隔为1s/次，电压采集单元20在预设时间内例如24h不间断测定电压。

可以理解的是，电压是微生物燃料电池11进行湿地堵塞检测的重要参数，在微生物燃料电池11电池系统内，阴极腔室112为电池的正极(+)，阳极腔室111为电池的负极(-)，外电阻的一端通过导线80连接在电池的正极(+)，外电阻的另一端通过导线80连接在电池的负极(-)，即，外电阻的一端通过导线80连接在阴极石墨毡52上，外电阻的另一端通过导线80连接在阳极石墨毡51上，从而微生物60释放的电子能够从阳极腔室通过导线80和外电阻传递至阴极腔室。

具体实现时，湿地系统堵塞越严重，污水的流速越小，所以，单位时间内从污水入口13进入至阳极腔室111的污水量越少，也就是说，微生物60单位时间内获得的营养供给物质越少，因此，微生物单位时间内产生的质子和电子越少，即，单位时间内回路中产生的电流越小，基于此，外电阻12两端的电压也越小。

同样的，污水负荷量越小，湿地系统轻微堵塞，污水的流速越大，所以，单位时间内从污水入口13进入至阳极腔室111的污水量越大，也就是说，微生物60单位时间内获得的营养供给物质越多，因此，微生物单位时间内产生的质子和电子越多，即，单位时间内回路中产生的电流越大，基于此，外电阻12两端的电压也越大。

综上所述，电压和湿地系统的堵塞状况呈负相关关系。

另外，为了更加直观便捷的监测，数据分析单元30具有显示屏和/或语音播报功能，电压是通过电压采集单元20在线监测的结果，将数据分析单元30与电压采集单元20电连接，通过控制界面设置外电阻阻值及数据采集的时间，本公开提供的湿地堵塞检测装置即可自动实时在线监测，获得微生物燃料电池11在恒定阻值条件下的电压数据，从而可以通过显示屏和/或语音播报体现给操作者，结构简单，容易实现，提高了用户使用体验。

具体实现时，是预先将即获得电压与堵塞系数的映射关系，该映射关系存储在数据分析单元30中，当数据分析单元30接收到电压采集单元20采集到的电压信号时，对该电压信号进行分析处理，以得到该电压信号对应的堵塞系数，比如，数据分析单元30电连接有显示屏，以将数据分析单元30分析得到的堵塞系数显示在显示屏上，本领域技术人员根据显示出的堵塞系数即可得知所检测的湿地系统的堵塞情况。

由于堵塞系数越大，表示湿地系统堵塞情况越严重；堵塞系数越小，表示湿地系统堵塞情况轻微。需要说明的是，本公开提供的湿地堵塞检测装置具体是对湿地堵塞情况的定性分析，并非是定量分析。因此，直接通过堵塞系数的具体大小即可判断出堵塞情况。即，堵塞系数较大，湿地系统堵塞越严重。堵塞系数越小，湿地系统堵塞轻微。

本公开提供的湿地堵塞检测装置，通过设置监测单元10、电压采集单元20以及数据分析单元30；监测单元10包括微生物燃料电池11和外电阻12，其中，微生物燃料电池11包括阳极腔室111和阴极腔室112，阳极腔室111内具有阳极石墨毡51和污水入口13，阴极腔室112内具有阴极石墨毡52、污水出口14和用于产生电子受体的曝气装置40；外电阻12设置在微生物燃料电池11的外部，且通过导线80连接在阳极石墨毡51与阴极石墨毡52之间；阳极石墨毡51上附着有微生物60，微生物60中有具有能向细胞外传递电子的产电菌，污水由污水入口13进入阳极室并与微生物60接触，产电菌在新陈代谢的过程中会产生质子和电子，产生的质子进入至阴极腔室112内，产生的电子通过导线80和外电阻12也被传递至阴极腔室112。在阴极腔室112内，质子、电子和电子受体发生还原反应，从而在阳极石墨毡51、阴极石墨毡52以及外电阻12之间形成闭合回路，从而使得回路中产生电流，即，外电阻12两端产生电压。通过电压采集单元20可以实时监测外电阻12上的电压信号，数据分析单元30与电压采集单元20电连接，从而电压采集单元20采集到的电压信号可以通过导线80传递给数据分析单元30，数据分析单元30接收电压信号并对电压信号进行分析处理，从而得到用于反应湿地堵塞情况的堵塞系数，即获知湿地系统的堵塞情况。本公开提供的湿地堵塞检测装置，充分利用微生物燃料电池11的产电性能，通过对外电阻12的电压变化进行测量和分析处理，电压和人工湿地堵塞状况呈负相关关系，即，电压和堵塞系数呈负相关关系，因此，可以及时对人工湿地的堵塞情况进行定性分析，可以有效避免因湿地堵塞而导致的污染物去除效果差的问题，提高了湿地的使用效率，延长使用寿命。另外，本公开提供的湿地堵塞检测装置，无需外加电源，经济环保，稳定性好，灵敏度高，适应性广，操作简单，容易实现。

具体使用时，导线80可以选用任意合适的材质制成的导线，能够满足使用要求即可。示例性的，导线80为钛线，钛线相比其他导线，钛线具有内阻小的优势，能更加灵敏地反应人工湿地的堵塞情况。

进一步地，为了使通过污水入口13进入阳极腔室111的污水能够尽快的给微生物60提供营养物质，由于微生物60附着在阳极石墨毡51上，将阳极石墨毡51靠近污水入口13处设置，也就是说，将微生物60设置在靠近污水入口13处，如此设计，污水从污水入口13进入到阳极腔室111时，同时可与微生物60接触从而给微生物60提供生长需要营养物质，促进微生物60在短时间内可释放质子和电子，从而进一步的提高了本公开提供的湿地堵塞检测装置的灵敏度和稳定性。

污水入口13可以设置在阳极腔室111的任意合适的位置，当本公开提供的湿地堵塞检测装置插入湿地系统之后，湿地系统中的污水能够通过污水入口13进入至阳极腔室111即可。示例性的，污水入口13可以开设在阳极腔室111的顶部、下部或侧壁上。

参考图1中所示，优选的，污水入口13设置在阳极腔室111的顶部，阳极石墨毡51位于污水入口13的正下方。如此设计，湿地系统中的污水从污水入口13中流入至阳极腔室111时，在重力作用下可以直接均匀地喷洒在阳极石墨毡51上，污水中的有机物及溶解氧向微生物60形成的生物膜内部扩散，膜内微生物60对有机物进行分解代谢和机体合成代谢，从而使污水中的有机物得以降解，从而使得附着在阳极石墨毡51上的微生物60可以快速并充分地与污水接触并进行降解反应，缩短了响应时间，提高了灵敏度。

其中，污水入口13可以以任意合适的方式设置，示例性的，污水入口13可以是一个圆形孔、矩形孔或菱形孔等。

优选的，污水入口13包括多个均匀分布的开孔，开孔的孔径为1-3mm,优选的，开孔的孔径为2mm。开孔可以是圆形开孔、矩形开孔或菱形开孔等，如此设计，污水通过开设在阳极腔室111顶部的多个开孔分流进入到阳极腔室111内，犹如花洒喷水，污水可以更加均匀、缓慢的喷洒在阳极石墨毡51上，从而附着在阳极石墨毡51上的微生物60可以更加充分的与污水接触并进行降解反应，缩短了响应时间，提高了灵敏度。

参考图1中所示，阳极石墨毡51和阴极石墨毡52之间设置有导向板70，导向板70将微生物燃料电池11分为阳极腔室111和阴极腔室112，微生物60位于阳极腔室内，曝气装置40位于阴极腔室112内，也就是说，微生物60和曝气装置40分别位于导向板70的两侧，且导向板70上开设有用于连通的过水间隙71。

具体使用时，曝气装置40在阴极腔室112内进行微氧曝气，微生物60在阳极腔室111内的阳极石墨毡51上附着并形成生物膜，由于曝气装置40和微生物60分设在导向板70的两侧，从而导向板70可以避免阴极腔室112内的曝气装置40曝出的气体吹向阳极腔室111，即曝气装置40曝出的气体不会向微生物60吹气，以保证阳极腔室111内的厌氧环境，为微生物60提供良好的厌氧条件，从而为本公开提供的湿地堵塞检测装置的稳定运行提供良好的环境。另外，由于导向板70上设置有过水间隙71，通过过水间隙71将阳极腔室111和阴极腔室112连通。因此，在阳极腔室111内经过生物处理的污水以及质子通过过水间隙71能够顺畅的流动至阴极腔室112内进行进一步处理。

其中，导向板70可以以任意合适的方式布置在微生物燃料电池11内，例如沿竖向围合布置在微生物燃料电池11的顶壁和底壁之间，或沿横向围合布置在微生物燃料电池11的侧壁之间，或以任意合适的角度倾斜设置在微生物燃料电池11的内壁上。

另外，导向板70可以是钢板，PVC硬板、铝制隔板等，导向板70防水性好，耐腐蚀、抗冲击力强。导向板70的厚度可以根据微生物燃料电池11的体积以及对载水的体力要求而任意设定。导向板70可以直接焊接在微生物燃料电池11内，当然，导向板70也可以与微生物燃料电池11的内壁可拆卸连接，并与微生物燃料电池11相对固定。

在本实施例中，通过过水间隙71将第一阳极室和第二阳极室连通，因此，进入阳极腔室111的污水首先在布置有阳极石墨毡51的第一阳极室进行有机物氧化反应，使微生物60释放质子和电子，提高了质子和电子的体积占比，增大水力停留时间，电子通过导线80和外电阻传递至阴极腔室112，传导速率快；污水在第一阳极室经过降解反应后再通过过水间隙71进入至第二阳极室，此时，质子进入至阴极腔室112，污水通过污水出口14排出。

进一步的，参考图1中所示，导向板70朝向污水入口13的方向倾斜设置，也就是说，在由污水入口13至远离污水入口13的方向上，阳极腔室111的内径逐渐减小，从而可以增大水力停留时间，进一步提高本公开提供的湿地堵塞检测装置的稳定性和灵敏度。

其中，至少部分过水间隙71设置在导向板70的端部，即，过水间隙71可以开设在导向板70上的任意合适位置，只要保证阳极腔室111和阴极腔室112可以通过过水间隙71连通即可。

作为一种可选的实时方式，过水间隙71可以设置在导向板70的外沿和微生物燃料电池11的内壁之间，也就是说，导向板70的至少一个端部与微生物燃料电池11的内壁间隙设置，该间隙处形成为上述过水间隙。

作为另一种可选的实时方式，部分过水间隙71开设在导向板70的外沿，具体的可以是导向板70的上部、下部，以及沿导向板70上部至导向板70下部方向的两侧；另一部分过水间隙71开设在导向板70的中部。

作为另一种可选的实施方式，沿导向板70的周向上，导向板70的外沿均与微生物燃料电池11的内壁密封贴合，过水间隙71完全开设在导向板70上。

此外，过水间隙71可以是圆形孔、弧形孔，矩形开孔等。

参考图1中所示，为了增大污水与微生物60的接触面积，阳极石墨毡51倾斜设置，如此设计，污水在重力作用下降落时，可以增大污水与微生物的接触面积，从而更加均匀的喷洒在微生物60上。

其中，阳极石墨毡51朝向污水入口13的方向倾斜设置，阳极石墨毡51的倾斜角度为30°至60°。

另外，阴极石墨毡52可以布置在阴极腔室112内的任意合适位置，只要阴极石墨毡52与阴极腔室112相对固定即可。示例性的，参考图1中所示，阴极石墨毡52可以横向布置在阴极腔室112内，当然也可以竖向布置在阴极腔室112内，另外，阴极石墨毡52还可以倾斜设置在阴极腔室112内。优选的，阴极石墨毡52与阳极石墨毡51同向倾斜设置，美观性好。

在本实施例中，参考图1中所示，曝气装置40包括通气管(未图示)和曝气管41，通气管的出气口与曝气管41连通，通气管的进气口与位于微生物燃料电池11外部的供气机构(未图示)的送气端连通，曝气管41布置在阴极石墨毡52的正下方，电子、质子、电子受体发生还原反应后便于从阴极石墨毡52中形成闭合回路。曝气管41上设置有多个曝气盘42。

其中，曝气盘42可以为任意合适的曝气盘，优选的，曝气盘42为微孔曝气盘。

另外，曝气管41可以布置在阴极腔室112内的任意合适位置，能够使曝气盘42在阴极腔室112内曝气以产生电子受体空气即可。优选的，曝气管41设置在阴极腔室112的底部，曝气均匀。

此外，曝气管41可以为环形曝气管等。

在本实施例中，供气机构具体可以包括鼓风机，鼓风机的送气端与通气管的进气口连通，从而通过鼓风机向阴极腔室112内供气，以产生电子受体。鼓风机由于叶轮在其机体内运转无摩擦，不需要润滑，从而使排出的气体不含油，因此不会堵塞曝气管41，也不会污染阴极腔室112内的水质。因此，通过鼓风机向通气管内供气，容易实现，连接方便。另外，供气机构还可以是空气压缩机。

具体使用时，为了重复利用，降低成本，阳极石墨毡51与阳极腔室111可拆卸连接，阴极石墨毡52与阴极腔室112可拆卸连接。

其中，阳极石墨毡51通过不锈钢网固定在阳极腔室111中，阴极石墨毡52通过不锈钢网固定在阴极腔室112中，选用不锈钢网可以加强阳极腔室111的电子转移速度，同时，不锈钢网的焊接性能良好，耐腐蚀性优良，机械强度好。

在此需要说明的是，不锈钢网可以以任意合适的方式配置在阳极腔室111和阴极腔室112中，只要能够分别稳定支撑阳极石墨毡51和阴极石墨毡52即可，根据实际工况任意设置，在此不做过多限制。

进一步地，阳极石墨毡51和阴极石墨毡52均为圆柱形石墨毡，圆柱形石墨毡方便微生物60附着，容易挂膜，圆柱形石墨毡的直径为30-40mm，轴向高度为2-4mm。

其中，石墨毡可以是沥青基石墨毡、聚丙烯腈基石墨毡和胶粘基石墨毡。优选的是聚丙烯腈基石墨毡，强度好，抗氧化能力强，体积密度大，保温性能好，另外，还具有弹性，可根据使用要求任意折叠、剪裁、缝合等优点。

在本实施例中，污水出口14可以以任意合适的方式设置，为了方便反应后的污水和氧化产物及时排出而不堵塞阳极腔室111，以有效的反应湿地系统的堵塞情况，污水出口14的横截面面积不小于污水入口13的横截面面积，即单位时间内，阳极腔室111中从污水出口14流出的污水流量不小于从污水入口13进入至阳极腔室111的污水流量。

优选的，参考图1中所示，将污水出口14设置在阳极腔室111的顶部。

另外，在阴极腔室112中还可以设置排气孔，如此设计，本公开提供的湿地堵塞检测装置中产生的废气，例如二氧化碳等可以通过排气孔排出。

此外，排气孔可以以任意合适的方式设置，只要能够将本公开提供的湿地堵塞检测装置中产生的废气排泄输出即可，在此不做过多限制。

示例性的，污水出口14也可以形成为上述的排气孔，也就是说，污水出口14既可以排泄阴极腔室112中的污水，污水出口14还可以使废气排出。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，其特征在于，包括监测单元(10)、电压采集单元(20)以及数据分析单元(30)；

所述监测单元(10)包括微生物燃料电池(11)和外电阻(12)，所述微生物燃料电池(11)包括阳极腔室(111)以及阴极腔室(112)，所述阳极腔室(111)内设置有阳极石墨毡(51)和污水入口(13)，所述阴极腔室(112)内设置有阴极石墨毡(52)、污水出口(14)和用于产生电子受体的曝气装置(40)；所述外电阻(12)设置在所述微生物燃料电池(11)的外部，且通过导线(80)连接在所述阳极石墨毡(51)与所述阴极石墨毡(52)之间；

所述阳极石墨毡(51)上附着有微生物(60)，以使由所述污水入口(13)进入的污水与所述微生物(60)接触，以产生质子和电子；所述质子进入至所述阴极腔室(112)内，所述电子通过所述导线(80)进入至所述阴极腔室(112)内，所述质子、所述电子与所述电子受体发生氧化还原反应，以使所述阳极石墨毡(51)、所述阴极石墨毡(52)以及所述外电阻(12)之间形成闭合回路；

所述电压采集单元(20)用于采集所述外电阻(12)上的电压，所述数据分析单元(30)与所述电压采集单元(20)电连接，所述数据分析单元(30)用于对所述电压采集单元(20)采集到的电压信号进行分析处理，以得到用于反应湿地堵塞情况的堵塞系数。

2.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，其特征在于，所述阳极石墨毡(51)靠近所述污水入口(13)处设置。

3.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，其特征在于，所述污水入口(13)设置在所述阳极腔室(111)的顶部，所述阳极石墨毡(51)位于所述污水入口(13)的正下方；

所述污水入口(13)包括多个均匀分布的开孔，孔径为1-3mm。

4.根据权利要求1所述的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，其特征在于，所述阳极石墨毡(51)和所述阴极石墨毡(52)之间设置有导向板(70)，所述导向板(70)将所述微生物燃料电池(11)分为所述阳极腔室(111)和所述阴极腔室(112)，所述导向板(70)上开设有用于连通所述阳极腔室(111)和所述阴极腔室(112)的过水间隙(71)。

5.根据权利要求4所述的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，其特征在于，所述导向板(70)朝向所述污水入口(13)的方向倾斜设置，所述曝气装置(40)固定在所述阴极腔室(112)内；

至少部分所述过水间隙(71)设置在所述导向板(70)的端部。

6.根据权利要求1至5任一项所述的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，其特征在于，所述阳极石墨毡(51)倾斜设置。

7.根据权利要求1至5任一项所述的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，其特征在于，所述曝气装置(40)包括通气管和曝气管(41)，所述通气管的出气口与所述曝气管(41)连通，所述通气管的进气口与位于所述微生物燃料电池(11)外部的供气机构的送气端连通，所述曝气管(41)布置在所述阴极石墨毡(52)的正下方，所述曝气管(41)上设置有多个曝气盘(42)。

8.根据权利要求1至5任一项所述的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，其特征在于，所述阳极石墨毡(51)与所述阳极腔室(111)可拆卸连接，所述阴极石墨毡(52)与所述阴极腔室(112)可拆卸连接。

9.根据权利要求1至5任一项所述的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，其特征在于，所述阳极石墨毡(51)和所述阴极石墨毡(52)均为圆柱形石墨毡，所述圆柱形石墨毡的直径为30-40mm，轴向高度为2-4mm。

10.根据权利要求1至5任一项所述的基于微生物燃料电池的湿地堵塞检测装置，其特征在于，所述污水出口(14)不小于所述污水入口(13)。

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