[發明專利]微生物燃料電池裝置和電池及用法以及水處理系統

無效

• 申請號: 200610104081.5
• 申請日: 2006-08-01
• 公開（公告）號: CN101118973A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 董俊卿
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;C02F3/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 王鳳桐;程榮逵

技術領域

本發明是關于一種燃料電池裝置和具有該裝置的電池，以及該電池的使用方法和包括該電池的污水處理系統，尤其是關于一種微生物燃料電池裝置和具有該裝置的微生物燃料電池，以及該電池的使用方法和包括該電池的污水處理系統。

背景技術

水源污染是危害最大最廣的污染，出于保護環境的目的，污染物尤其是污水必須達到國家污染物排放標準，因此必須對污水進行處理。污水處理的方法包括物理處理法、化學處理法、物理化學處理法、生物處理法及它們的組合。目前，富含有機物的高化學需氧量(COD)值污水主要通過污水處理廠利用生物處理法集中處理。污水處理中最常用的生物處理法主要包括兩種：一種是利用好氧微生物在污水池中進行曝氣處理，但是曝氣屬高能耗過程，使污水處理的成本很高，不利于該方法的推廣；另一種是利用厭氧微生物將污水池中的有機物氧化分解為二氧化碳以及甲烷等小分子物質，但是厭氧處理過程不能將全部有機物都徹底氧化成二氧化碳，因此該過程產生的小分子氣體如甲烷、一氧化碳等，一旦得不到適當處理會對周圍空氣產生二次污染。因此需要更好的處理有機廢水的方法，既不需高能耗的曝氣過程，同時又能將有機物徹底氧化。

Chaudhuri和Lovley在Electricity?generation?by?direct?oxidation?of?glucosein?mediator-less?microbial?fuel?cells.Nature?Biotechnology?2003，21：1229-1232中提出可以采用具有特殊代謝特性的異化還原菌，構建微生物燃料電池。該類異化還原菌廣泛存在于海底沉積物、河流底層、溝渠的淤泥中，能以多種有機物作為代謝底物，例如可以將呼吸作用中的電子供體(如葡萄糖、醋酸鹽、苯甲酸鈉等)完全氧化；同時是以固體的金屬氧化物(如鐵、錳、鈷的氧化物)作為電子受體。在其代謝過程中固體金屬氧化物被還原，有機底物被氧化成二氧化碳。用上述異化菌構建的微生物燃料電池可以利用污水中的有機物為燃料，將其徹底氧化為二氧化碳，同時產生電能。

CN1164509C公開了一種生物燃料電池，如圖4所示，該電池包括位于生物燃料電池內部的分別含導電介質的陽極腔室3和陰極腔室4；安置在陽極腔室3中的陽極13；安置在陰極腔室4中的陰極16；以及介于陽極腔室3和陰極腔室4之間的隔膜17(即離子交換膜)；其中陽極腔室3含有有機廢水和活性污泥并在生物燃料電池的操作過程中維持厭氧條件。該生物燃料電池能夠使用廢水和活性污泥中的電化學活性微生物氧化廢水中的有機物，氧化所產生的電子流出細胞外，直接轉移到電極上，從而在產生電流的同時處理廢水。但是該電池陰極腔室4內的溶液需要持續通入達到飽和的氧氣才能工作，而氧氣在水中的溶解度低，并會造成陰極腔室4的濃差極化，所以既耗費能量又不能有效利用氧氣的有效電勢，同時還會增大電池的內阻，最終導致質子遷移效率低；另外，該生物燃料電池只能對污水進行批式間歇處理，即一批污水處理完畢，需先通過閥門2排出陽極腔室溶液，再注入下一批污水，不能連續大規模地處理污水；同時因為該電池需大面積的價格昂貴的質子交換膜，因此成本很高。

CN?2745229Y中公開了一種微生物燃料電池，該電池主要由陽極腔體、陰極腔體以及它們之間的隔板構成，利用啤酒酵母菌代謝有機底物葡萄糖，以鐵氰化鉀和延胡索酸亞鐵作為電子受體，以石墨棒作為陽極和陰極，從而利用微生物消耗葡萄糖放出的能量產生電能。但是該電池隔板上同樣也需要大的質子交換膜，成本較高；同時該電池所選的啤酒酵母菌的電化學活性低，不容易失去其細胞膜外表面的電子，使得該電池的電動勢偏低，必須利用鐵氰化鉀和延胡索酸亞鐵等物質來替代氧氣，提高陰極室的氧化還原電位，才會有明顯的電流，質子遷移效率低；而鐵氰化鉀有很強的毒性，不適合應用于實際的微生物燃料電池中。而且由于啤酒酵母對培養條件的要求很嚴格，因此該實用新型不能用于有機廢水處理。

綜上所述，現有的微生物燃料電池存在質子遷移效率低的缺陷，不能用于大規模連續處理污水而且成本高，因此，需要一種能克服現有技術前述缺陷的微生物燃料電池，質子遷移效率高，既能大規模連續無二次污染地處理污水，同時又能低成本高效產生電能。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術微生物燃料電池存在質子遷移效率低的缺點，提供一種能使微生物燃料電池的質子遷移效率提高的微生物燃料電池裝置。

本發明的第二個目的是提供包括該微生物燃料電池裝置的微生物燃料電池。

本發明的第三個目的是提供上述微生物燃料電池的使用方法。