[發明專利]連續高效廢水處理微生物燃料電池

無效

• 申請號: 200910216176.X
• 申請日: 2009-11-10
• 公開（公告）號: CN101710624A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 楊平;黃健盛;郭勇
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M8/06
• 分類號: H01M8/06;H01M8/16;C02F3/34
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

技術領域

本發明涉及利用生物催化把化學能轉化為電能的廢水處理技術，特別是涉及一種高效廢水處理微生物燃料電池。

技術背景

微生物燃料電池是利用微生物降解有機物質產生電能的一種裝置。目前大多數微生物燃料電池都是利用陽極降解有機物質時產生的電子沿陽極經外電路遷移到陰極；而陽極降解有機物質時產生的質子經質子交換膜遷移到陰極；在陰極，電子和質子與空氣中的氧反應生成水。

專利號為ZL?200510011855.5，發明名稱為“一種以有機廢水為燃料的單室式微生物電池”的中國發明專利，使用淀粉廢水和葡萄糖自配水作燃料所得到的外電路最高電壓和最高功率分別為660mV、271mW/m²和474mV、140mW/m²；專利申請號為200510086618.5，發明名稱為“生物反應器-直接微生物燃料電池及其用途”的中國專利申請，使用葡萄糖、果糖、木糖、蔗糖、麥芽糖等多種含糖生物質和有機廢水作燃料得到的峰值電壓在0.10V～0.25V之間；專利申請號為200510079759.4，發明名稱為“一種無介體微生物燃料電池”的中國專利申請，使用生活廢水、酸軟骨素廢水、糕點廠廢水、蔗糖廠廢水以及玉米秸稈作燃料得到的功率分別為120mW/m²、265mW/m²、290mW/m²、112mW/m²和324mW/m²。隨著對微生物燃料電池研究的不斷深入，微生物燃料電池技術在諸多方面得到了改善。但如上所述，現有技術的微生物燃料電池，其主要側重于產電可行性方面的研究，而對廢水的連續高效處理沒有涉及，因此難于應用到廢水處理生產實踐。據發明人所知，公開文獻還沒有報道過能放大應用于連續高效處理廢水并回收微生物降解能以持續發電的微生物燃料電池。

發明內容

針對現有微生物燃料電池的技術現狀，本發明的目的是提供一種在對廢水進行連續高效處理的同時以持續發電的方式回收有機基質蘊含的化學能的微生物燃料電池，以解決現有技術的微生物燃料電池難于應用到廢水處理生產實踐中去的問題，提高微生物燃料電池的實際應用能力。

本發明提供的連續高效廢水處理微生物燃料電池，主要由陽極室，位于陽極室內的陽極、顆粒載體，質子交換膜，外電阻，陰極室和位于陰極室內的陰極、曝氣頭組成，所述陽極室為密閉容器，室內上部為由分離器形成的氣液固三相分離區，三相分離區下方為流化反應區，出水口和出氣口設置在氣液固三相分離區室壁上，廢水進水口設計在下部室壁上，陽極室聯接陰極室的室壁上設計有讓質子透過質子交換膜進入到陰極室的連通孔，質子交換膜設置在從陽極室向陰極室遷移的路徑上，陰極室為上部敞口容器，位于陰極室內的曝氣頭與位于陰極室壁上的空氣進氣口連接，陽極和陰極通過導線與外電阻連接構成回路。

在上述技術方案中，所述陽極室一般設計為圓形柱體容器，且氣液固三相分離區的容器直徑大于下方流化反應區的容器直徑。形成氣液固三相分離區的分離器，可設計成由上、下分離筒組成，上分離筒為直筒，下分離筒為由直筒、直徑由下至上逐漸變小的錐筒和直筒構成，下分離筒的上部直筒伸入到上分離筒內，形成使經流化反應處理后的水從上至下流經通道。構成分離器的上分離筒，也可設計成由下至上直徑逐漸變小的錐筒和直筒構成，下分離筒的錐筒伸入到上分離筒的錐筒內，形成使經流化反應處理后的水從上至下，從內至外的流經通道。所述陰極室為上部敞口的矩形柱體容器。陽極室和陰極室的容器殼體可采用有機玻璃制作。

在上述技術方案中，在氣液固三相分離區室壁上還設計有回流水出口，回流水出口位于排水出水口下方，回流水出口通過回流管與廢水進水管連通。

在上述技術方案中，所述的顆粒載體為多孔聚合物載體，優選干粒徑0.32～0.54mm，濕粒徑0.56～0.96mm，骨架密度不高于1320kg/m³，濕堆積密度不高于1010kg/m³，孔容不小于0.301mL/g，濕比表面積不低于5357m²/m³的多孔聚合物載體。

在上述技術方案中，所述陽極為碳紙電極、石墨電極和碳氈電極中的一種；所述質子交換膜，其厚度不小于183μm；所述陰極為碳紙電極、釕鈦電極、二氧化錫電極、10％載鉑碳紙電極、二氧化鉛電極、石墨電極和不銹鋼電極中的一種。