[發明專利]一種微生物燃料電池耦合電極生物膜除磷脫氮系統及應用

有效

• 申請號: 201410226404.2
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN103979688A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 宋海亮;黃詩蓓;李先寧;吳磊;楊小麗
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;C02F101/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種強化除磷脫氮的生態型微生物燃料電池耦合電極生物膜系統，其特征在于，該系統由E-MFC子系統和BER子系統組成，所述E-MFC子系統包括E-MFC反應池、設于E-MFC反應池底端一側的E-MFC進水口(1)、設于E-MFC反應池頂端一側的E-MFC出水口(2)、鋪設于E-MFC反應池底部的不導電的基質(5)、置于不導電的基質(5)中的E-MFC陽極電極(9)、位于E-MFC反應池頂部的E-MFC陰極電極(7)、種植于E-MFC陰極電極(7)表面的植物(8)，所述BER子系統包括BER反應池、設于BER反應池底端一側的BER進水口(3)、設于BER反應池頂端一側的E-MFC出水口(4)、位于BER反應池中的BER陽極電極(11)和BER陰極電極(12)，所述E-MFC出水口(2)與BER進水口(3)相連通，所述E-MFC陽極電極(9)通過第一導線(10)與BER陰極電極(12)相連，所述E-MFC陰極電極(7)通過第二導線(15)與BER陽極電極(11)相連。

2.根據權利要求1所述的一種強化除磷脫氮的生態型微生物燃料電池耦合電極生物膜系統，其特征在于，所述E-MFC陰極電極(7)為帶孔不銹鋼板，帶孔不銹鋼板底部用不銹鋼條(13)固定，不銹鋼絲(14)與不銹鋼條(13)相互垂直接合，不銹鋼絲(14)與不銹鋼條(13)的接合處以及不銹鋼條(13)均通過焊接固定在帶孔不銹鋼板上。

3.根據權利要求2所述的一種強化除磷脫氮的生態型微生物燃料電池耦合電極生物膜系統，其特征在于，所述E-MFC陰極電極(7)的底部設有靠近植物(8)根系的毛氈(6)，毛氈(6)懸掛在不銹鋼絲(14)上，為大量微生物提供附著生長的載體。

4.根據權利要求1所述的一種強化除磷脫氮的生態型微生物燃料電池耦合電極生物膜系統，其特征在于，所述E-MFC陽極電極(9)為石墨板。

5.根據權利要求1所述的一種強化除磷脫氮的生態型微生物燃料電池耦合電極生物膜系統，其特征在于，所述不導電的基質(5)為礫石和頁巖中的一種或兩種。

6.根據權利要求1所述的一種強化除磷脫氮的生態型微生物燃料電池耦合電極生物膜系統，其特征在于，所述植物(8)在夏秋季節為空心菜，冬春季節為水芹菜。

7.根據權利要求1所述的一種強化除磷脫氮的生態型微生物燃料電池耦合電極生物膜系統，其特征在于，所述BER陰極電極(12)為石墨氈。

8.根據權利要求1所述的一種強化除磷脫氮的生態型微生物燃料電池耦合電極生物膜系統，其特征在于，所述BER反應池比E-MFC反應池的液面低10-15cm。

9.權利要求1～8任一項所述的系統進行強化污水除磷脫氮的方法，其特征在于，污水從E-MFC進水口(1)進入E-MFC反應池中，E-MFC反應池中的微生物將污水中的有機氮轉化為硝態氮，有機磷轉化為磷酸鹽，氧化有機物的過程中產生電子和質子，電子通過E-MFC陽極電極(9)傳到BER子系統的BER陰極電極(12)，再由BER子系統的BER陰極電極(12)傳到BER陽極電極(11)，經外電路傳到E-MFC子系統的E-MFC陰極電極(7)，形成回路，產生電流，質子則經過水的傳遞到E-MFC陰極電極(7)，無需質子交換膜；在E-MFC輸出的低壓直流電作用下，BER的陰極上發生微電解產生氫氣，氫氣從生物膜內部往外部擴散，在酶的催化作用下，陰極表面的自養反硝化菌高效利用還原態氫作為電子供體，異養反硝化菌則利用水中的有機物作為電子供體，發生反硝化反應使硝態氮還原，同時去除一部分COD，陽極電極的Fe生成Fe²⁺，隨后被氧氣氧化成Fe³⁺，污水中的PO₄^3-和HPO₄^2-與Fe²⁺、Fe³⁺反應生成溶解度非常小的磷鐵化合物，Fe在陽極被電解后形成的氫氧化鐵具有良好的絮凝作用，通過分離沉淀有效去除磷。

10.權利要求1～8任一項所述的一種強化除磷脫氮的生態型微生物燃料電池耦合電極生物膜系統在強化污水處理方面的應用。