[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

技術領域

本發明屬于能源與水處理領域，具體涉及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。

背景技術

近年來，隨著化肥、洗滌劑、農藥和各種其它化學物質的廣泛使用，城市污水中的有機物、氮、磷含量不斷增加，用于處理污水的電能消耗巨大。目前，水污染控制領域的熱點之一是將微生物產電原理應用到污水處理過程中，利用微生物燃料電池(Microbial?Fuel?Cells，MFCs)在凈化污水的同時收獲電能，能在一定程度上緩解能源問題。

與現有的其它利用有機物產能的技術相比，微生物燃料電池具有操作上和功能上的優勢：首先，它將底物直接轉化為電能，保證了具有高的能量轉化效率；其次，不同于現有的所有生物能處理，微生物燃料電池在常溫環境條件下能夠有效運作；第三，微生物燃料電池不需要進行廢氣處理，因為它所產生的廢氣的主要組分是二氧化碳，一般條件下不具有可再利用的能量；第四，微生物燃料電池不需要輸入較大能量，因為若是單室微生物燃料電池僅需通風就可以被動的補充陰極氣體；第五，在缺乏電力基礎設施的局部地區，微生物燃料電池具有廣泛應用的潛力，同時也擴大了用來滿足我們對能源需求的燃料的多樣性。

但是，微生物燃料電池的產電功率較低，只能輸出低壓電流。目前關于微生物燃料電池的原理展開了大量研究，但對其產生電能的應用研究仍處在探索階段。另外，微生物燃料電池對氮的去除效率一般，對磷的去除效率很低，除磷脫氮效果還需進一步加強。

發明內容

發明目的：針對現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種成本低廉、綠色環保的利用產電菌、反硝化菌等微生物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。

技術方案：為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：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，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、設于E-MFC反應池頂端一側的E-MFC出水口、鋪設于E-MFC反應池底部的不導電的基質、置于不導電的基質中的E-MFC陽極電極、位于E-MFC反應池頂部的E-MFC陰極電極、種植于E-MFC陰極電極表面的植物，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、設于BER反應池頂端一側的E-MFC出水口、位于BER反應池中的BER陽極電極和BER陰極電極，所述E-MFC出水口與BER進水口相連通，所述E-MFC陽極電極通過第一導線與BER陰極電極相連，所述E-MFC陰極電極通過第二導線與BER陽極電極相連。

進一步地，所述E-MFC陰極電極為帶孔不銹鋼板，帶孔不銹鋼板底部用不銹鋼條固定，不銹鋼絲與不銹鋼條相互垂直接合，不銹鋼絲與不銹鋼條均通過焊接固定在帶孔不銹鋼板上。

進一步地，所述E-MFC陰極電極的底部設有靠近植物根系的毛氈，懸掛在不銹鋼絲上，為大量微生物提供附著生長的載體。

進一步地，所述E-MFC陽極電極為石墨板。

進一步地，所述不導電的基質為礫石和頁巖中的一種或兩種。

進一步地，所述植物在夏秋季節為空心菜，冬春季節為水芹菜。

進一步地，所述BER陰極電極為石墨氈。

進一步地，所述BER反應池比E-MFC反應池的液面低10-15cm。

將活性污泥接種至BER反應池中，通電掛膜，在富集反硝化菌的同時進行馴化。

本發明的E-MFC子系統利用產電微生物降解有機物產生電能，并為BER子系統提供易降解的底物，包括硝態氮和磷酸鹽；BER子系統則利用E-MFC產生的電能對污水進一步反硝化脫氮，并去除磷酸鹽。