[發明專利]一種用于同步產電脫鹽的污水處理工藝及裝置

有效

• 申請號: 200910078036.0
• 申請日: 2009-02-10
• 公開（公告）號: CN101481178A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 黃霞;曹效鑫;梁鵬;肖康;周穎君;羅甘·布魯斯
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;C02F1/46
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于水資源處理技術領域，特別涉及一種用于同步產電脫鹽的污水處理工藝及裝置。

背景技術

水是人類賴以生存的重要自然資源。全球水環境的惡化和嚴重的能源危機，迫切要求高效低耗的污水資源化技術，以緩解水資源的短缺和對能源的需求。地球上水的總儲量中97％是咸水(包括海水和苦咸水)，向大海和鹽水湖索取淡水，緩解日趨嚴重的世界性水危機，不僅已在全球科技界形成共識，也已成為各臨海國家的政府主張與開發新水源的對策。目前海水淡化已遍及全世界125個國家和地區，淡化水大約養活世界5％的人口，其中蒸餾法、電滲析、超濾-反滲透等是目前主要的淡化工藝，這些工藝處理效率很高，但是隨之而來的就是高額的電耗。

微生物燃料電池(Microbial?fuel?cell，簡稱MFC)是近年來發展起來的污水處理新技術，由陽極、分隔膜和陰極三部分組成，它的基本原理是以產電微生物的作用下，在陽極氧化去除污染物，將其化學能轉化為電能，在處理污水的同時產電。從2002年到現在，MFC輸出功率提高了近萬倍，初步顯示出光明、誘人的應用前景。常規的MFC研究思路是利用外電路的電流，但是在內電路，存在相同大小的內電流；借鑒電滲析的原理，我們將內部的單一陽離子交換膜替換為陽離子和陰離子兩套膜，形成中間腔室，在中間腔室加入鹽水，則可以利用MFC的內電流在處理污水、產電的同時脫鹽，實現三效合一。

發明內容

本發明以微生物燃料電池技術為基礎，目的在于利用MFC同時實現處理污水，產電以及脫鹽過程。本發明提供了一種用于同步產電脫鹽的污水處理工藝，其特征在于，包括以下步驟：

(a)安裝設備；

(b)污水進入陽極室A，在產電微生物的作用下氧化去除污水中的污染物，產電微生物將呼吸鏈的電子傳遞到陽極4，外電路電流方向為從陰極5流向陽極4；

(c)內電路電流方向為從陽極4流向陰極5，含鹽水連續流入中間脫鹽室B，由于陰膜2和陽膜3的選擇性，陰離子和陽離子在電驅動力作用下，分別穿過陰膜2和陽膜3到達陽極室A和陰極室C，實現脫鹽過程；

(d)外電路的電子到達陰極5與電子受體結合，發生還原反應，完成產電過程。

所述污水為可生化處理的有機廢水。

所述產電微生物的種類包括geobacter和shewanella。

所述含鹽水包括：海水或苦咸水，含鹽量為5-35g/L。

所述電子受體包括化學催化還原的氧氣、鐵氰化鉀以及微生物催化還原的氧氣、硝酸鹽、二氧化碳。

本發明還提供了一種用于同步產電脫鹽的污水處理裝置，其特征在于，陰膜2和陽膜3將微生物燃料電池1分為陽極室A、中間脫鹽室B和陰極室C；在陽極室A內設置陽極4，在陰極室C內設置陰極5，并在陽極4上布置產電微生物膜6。

所述陰膜2和陽膜3為透過率不小于90％的無毒的工業用電滲析離子交換膜，厚度為0.2～0.5mm，爆破強度不小于0.3MPa。

所述陽極4上的產電微生物膜6的厚度為20～80μm。

所述陽極室A內陽極4及填充材料包括：石墨顆粒或碳氈，粒徑范圍為1-5mm。

所述陰極室C內陰極5及填充材料包括：石墨顆粒或碳氈，粒徑范圍為1-5mm。

本發明的有益效果為：利用微生物燃料電池(MFC)的內電流在處理污水、產電的同時脫鹽，實現三效合一；本發明所述工藝簡單，易操作，能耗低且效率高；所述裝置結構簡單，便于工業生產及使用。

附圖說明

圖1為本發明所述脫鹽微生物燃料電池的原理示意圖。

圖中標號：

1-微生物燃料電池；2-陰膜；3-陽膜；4-陽極；5-陰極；6-產電微生物膜。

具體實施方式

本發明提供了一種用于同步產電脫鹽的污水處理工藝及裝置，下面結合附圖說明和具體實施方式對本發明做進一步說明。

圖1為本發明所述脫鹽微生物燃料電池的原理示意圖。陰膜2和陽膜3將微生物燃料電池1分為陽極室A、中間脫鹽室B和陰極室C，其中，陰膜2和陽膜3采用透過率為95％的無毒的工業用電滲析離子交換膜，厚度為0.3mm，爆破強度為0.5MPa；在陽極室A內設置陽極4，在陰極室C內設置陰極5，并在陽極4上布置厚度為40μm的產電微生物膜6，產電微生物使用geobacter，其中，陽極4、陰極5以及陽極室A和陰極室B內的填充材料均為碳氈，粒徑范圍為1-5mm，陽極室A和陰極室B內的填充材料可以增大產電微生物的附著面積和陰極面積，提高電流。