[發(fā)明專利]一種提高以污泥為燃料的微生物燃料電池產(chǎn)電效果的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110021962.1
• 申請(qǐng)日: 2011-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102104164A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳銀廣;馮雷雨;嚴(yán)媛媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/04
• 分類號(hào): H01M8/04;H01M8/16
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及提高以污泥為燃料的微生物燃料電池產(chǎn)電效果的方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)的快速工業(yè)化和城市化進(jìn)程，污水的排放量越來(lái)越大。據(jù)報(bào)道，截至2010年9月底，全國(guó)建成污水處理廠2630座，日污水處理能力到達(dá)1.22億立方米。眾多的污水處理廠在解決我國(guó)的水污染問(wèn)題上起到了重要作用。然而，在污水生物處理過(guò)程中伴隨產(chǎn)生著大量的污泥。據(jù)估計(jì)，截止到2010年底，中國(guó)的污泥產(chǎn)量將達(dá)到400萬(wàn)噸(干重)。污泥通常含有大量的有機(jī)污染物、病原菌以及重金屬等有毒有害物質(zhì)，在進(jìn)入環(huán)境之前如不對(duì)其進(jìn)行合理和有效地處理處置將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。傳統(tǒng)的污泥處理處置方法主要包括填埋、焚燒及土地利用等。但是，隨著環(huán)境法規(guī)的日益嚴(yán)厲，污泥的資源化利用越來(lái)越受到人們的重視。目前，污泥資源化利用的途徑主要有產(chǎn)甲烷、產(chǎn)氫及產(chǎn)電等，其中基于微生物燃料電池的污泥產(chǎn)電技術(shù)是研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

眾所周知，微生物燃料電池(MFCs)是一種利用產(chǎn)電微生物通過(guò)生物質(zhì)產(chǎn)生生物電能的新方法，小分子溶解性易生物降解有機(jī)化合物(比如乙酸、葡萄糖、氨基酸等)是產(chǎn)電微生物(主要包括泥細(xì)菌、希瓦氏菌、紅螺菌等)優(yōu)先利用的燃料(碳源)。由于污泥主要由顆粒性的蛋白質(zhì)和碳水化合物組成，其不能夠被產(chǎn)電微生物直接利用，從而造成以污泥為燃料的微生物燃料電池的產(chǎn)電效果不佳。為了提高以污泥為燃料的微生物燃料電池的產(chǎn)電效果，有研究者在產(chǎn)電之前通過(guò)對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，在一定程度上改善了污泥產(chǎn)電效果(文獻(xiàn)Bioresource?Technology，201，10，272-277)。然而，由于預(yù)處理方法并沒(méi)有將污泥有效地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)電微生物優(yōu)先利用的碳源，產(chǎn)電效果仍然較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)以污泥為燃料的微生物燃料電池產(chǎn)電效果不佳的現(xiàn)狀，提出一種提高以污泥為燃料的微生物燃料電池產(chǎn)電效果的方法，既滿足污泥處理處置的需要，又能夠更加高效地產(chǎn)生電能。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是：

一種提高以污泥為燃料的微生物燃料電池產(chǎn)電效果的方法，具體步驟如下：

(1)將污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥、初沉污泥或者兩者的混合物在堿性條件下發(fā)酵，得到污泥發(fā)酵混合物；

(2)將發(fā)酵混合物進(jìn)行離心分離，得到富含短鏈脂肪酸的污泥發(fā)酵上清液；

(3)將步驟(2)得到的發(fā)酵上清液加入到微生物燃料電池中，作為產(chǎn)電微生物的碳源進(jìn)行產(chǎn)電。

本發(fā)明中，步驟(1)中的堿性條件為pH9-11；

本發(fā)明中，步驟(1)中的發(fā)酵時(shí)間為6-8天；

本發(fā)明中，步驟(2)的離心速率為6000轉(zhuǎn)/分，離心時(shí)間為10分鐘；

本發(fā)明中，步驟(3)所用微生物燃料電池包括兩種結(jié)構(gòu)：空氣陰極單室MFCs和空氣陰極雙室MFCs。

本發(fā)明中，向微生物燃料電池中加入20～60mL的污泥發(fā)酵上清液，使進(jìn)入微生物燃料電池的COD濃度為1000～3000mg/L。

本發(fā)明以污泥在堿性條件下發(fā)酵得到的發(fā)酵上清液為燃料提高以污泥為燃料的微生物燃料電池產(chǎn)電效果的基本原理是：在微生物燃料電池將污泥中的顆粒性有機(jī)物用作產(chǎn)電燃料之前，將這些有機(jī)物盡可能地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)電微生物優(yōu)先利用的碳源，比如乙酸等短鏈脂肪酸以及葡萄糖、氨基酸等小分子有機(jī)物，隨后這些物質(zhì)被產(chǎn)電微生物用作產(chǎn)電，與未將污泥充分轉(zhuǎn)化為乙酸等優(yōu)先碳源的情況相比，微生物燃料電池的產(chǎn)電效果得到顯著改善。由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

(1)本發(fā)明顯著提高了以污泥為燃料的微生物燃料電池的產(chǎn)電效果，產(chǎn)生了電壓更高、功率密度更大的電能，是解決能源危機(jī)的一種可選擇模式。

(2)本發(fā)明不但提高了污泥的產(chǎn)電效果，實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用，而且減少了污泥的體積，進(jìn)而減輕了其對(duì)環(huán)境的污染，具有較強(qiáng)的社會(huì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為以污泥堿性發(fā)酵上清液為燃料的微生物燃料電池產(chǎn)電流程圖；

圖2為本發(fā)明所用空氣陰極單室微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所用空氣陰極雙室微生物燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明中所使用的微生物燃料電池包括兩種結(jié)構(gòu)：空氣陰極單室MFCs和空氣陰極雙室MFCs。