[發(fā)明專利]一種筒狀生物陰極微生物脫鹽燃料電池脫鹽的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611233745.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN106784951B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張慧超;安眾一
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 煙臺(tái)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/16
• 分類號(hào): H01M8/16;C02F3/00;C02F3/30;C02F3/34
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.一種筒狀生物陰極微生物脫鹽燃料電池脫鹽的裝置，其特征在于：所述裝置包括外電阻（1）、外電路（2）、陽極液出水口（3）、陰極及陰極生物膜（4）、陰極液（5）、陽離子交換膜（6）、脫鹽室（7）、陰極液進(jìn)水口（8）、陰極液出水口（8a）、陰極室頂蓋（9）、陰離子交換膜（10）、陽極及陽極生物膜（11）、陽極液（12）、筒狀反應(yīng)器外殼（13）、陽極液進(jìn)水口（14）、曝氣頭（15）、支架（16）、脫鹽室進(jìn)水口（17）、脫鹽室出水口（18）；

所述的反應(yīng)器為套筒狀結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器底端為封閉端，頂端為敞口端，反應(yīng)器由筒狀反應(yīng)器外殼（13）、陽離子交換膜（6）制成的內(nèi)套以及陰離子交換膜（10）制成的外套組成，所述內(nèi)套、外套及筒狀反應(yīng)器外殼（13）由內(nèi)至外依次套裝，且內(nèi)套及外套均與筒狀反應(yīng)器外殼（13）的底面固接，筒狀反應(yīng)器外殼（13）通過支架（16）支撐，內(nèi)套與外套之間的空間為脫鹽室（7），所述脫鹽室（7）內(nèi)加入NaCl溶液，NaCl溶液的濃度為5~35 g/L；所述脫鹽室下部設(shè)有脫鹽室進(jìn)水口（17），脫鹽室上部設(shè)有脫鹽室出水口（18）；外套與筒狀反應(yīng)器外殼（13）之間的空間為陽極室，內(nèi)套的空間為陰極室，所述陰極室頂部裝有陰極室頂蓋（9），所述陰極及陰極生物膜（4）設(shè)置在陰極室內(nèi)，陰極室內(nèi)充滿陰極液（5），筒狀反應(yīng)器外殼（13）底部設(shè)有與陰極室相通的陰極液進(jìn)水口（8），所述陰極室頂蓋（9）上設(shè)有與陰極室相通的陰極液出水口（8a），所述曝氣頭（15）安裝在筒狀反應(yīng)器外殼（13）底部并與陰極室相通，所述陽極及陽極生物膜（11）設(shè)置在陽極室內(nèi)，陽極室內(nèi)充滿陽極液（12），筒狀反應(yīng)器外殼（13）側(cè)壁的上端和下端依次設(shè)有與陽極室相通的陽極液出水口（3）和陽極液進(jìn)水口（14），陰極和陽極分別采用鈦絲與外電路（2）相連接，外電路（2）采用導(dǎo)線相連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種筒狀生物陰極微生物脫鹽燃料電池脫鹽的裝置，其特征在于：所述外電 阻（1）啟動(dòng)時(shí)的電阻值為500~2000Ω，運(yùn)行階段的電阻值為10~200Ω。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種筒狀生物陰極微生物脫鹽燃料電池脫鹽的裝置，其特征在于：所述陰極液（5）的成分及配比為NaHCO₃ 2 g/L，KH₂PO₄ 4.4 g/L，K₂HPO₄?3H₂O 3.4 g/L，NH₄Cl 1 g/L，MgCl₂?6H₂O 0.1 g/L，CaCl₂?2H₂O 0.1 g/L，酵母提取物 0.1 g/L及微量金屬溶液10 mL；所述微量元素金屬溶液的成分及配比為：NiCl₂·6H₂O 0.024 g/L；Na₂WO₄·2H₂O 0.025 g/L；Na₂MoO₄ 0.025 g/L；FeSO₄·7H₂O 0.1 g/L；CaCl₂·2H₂O 0.1 g/L；CoCl₂·6H₂O 0.1 g/L；CuSO₄·5H₂O 0.01 g/L；KAl(SO₄)₂·12H₂O 0.01 g/L；硼酸 0.01 g/L；氯化鋅 0.13 g/L；硫酸錳 0.5 g/L；氨三乙酸 2.0 g/L；硫酸鎂 3.0 g/L；

所述陽極液的成分及配比為：乙酸鈉1.64 g/L、KH₂PO₄4.4g/L、K₂HPO₄?3H₂O3.4 g/L、NH₄Cl1g/L、MgCl₂?6H₂O 0.1g/L、CaCl₂?2H₂O0.1 g/L、酵母提取物 0.1g/L及微量金屬溶液10mL；所述微量金屬溶液的成分及配比與陰極液（5）的微量元素金屬溶液相同。

4.一種利用權(quán)利要求1、2或3所述的裝置實(shí)現(xiàn)筒狀生物陰極微生物脫鹽燃料電池脫鹽的方法，其特征在于：所述方法具體步驟如下：

步驟一：陽極微生物的厭氧馴化：取市政污水廠的二沉池活性污泥2L，該活性污泥的MLSS為5000mg/L，加入到5L的密閉玻璃瓶中，加入陽極液（12）2L，使用磁力攪拌器攪拌，進(jìn)行厭氧馴化；每隔11h，沉淀0.5h，換掉上清2L，重新加入新的陽極液（12）2L，共需要馴化72h；

步驟二：反應(yīng)器的啟動(dòng)：在啟動(dòng)反應(yīng)器時(shí)，陽極采用步驟一中馴化完成的活性污泥，活性污泥的加入量為陽極室體積的10%，陽極室內(nèi)用陽極液（12）充滿；陰極采用好氧活性污泥或者生活污水，所述的好氧活性污泥加入量為陰極室體積的10%，所述的生活污水加入量為陰極室體積的50%，陰極室內(nèi)其余空間用陰極液（5）充滿；反應(yīng)器啟動(dòng)過程中，脫鹽室（7）內(nèi)為 35 g/L的鹽溶液；外電阻（1）為2000 Ω，當(dāng)外電阻（1）兩端電壓達(dá)到400 mV以上，即啟動(dòng)成功；

步驟三：反應(yīng)器的脫鹽運(yùn)行：反應(yīng)器啟動(dòng)成功后，脫鹽室（7）內(nèi)完成鹽水濃度從5g/L~35g/L的脫鹽運(yùn)行，外電阻（1）采用1~200Ω；采用續(xù)批式換水時(shí)，陽極液（12）、陰極液（5）每隔48h，更換一批；當(dāng)脫鹽室（7）內(nèi)鹽水的電導(dǎo)率下降為2 mS/cm以下時(shí)，更換脫鹽室（7）內(nèi)的鹽溶液，代表一個(gè)脫鹽周期完成；

步驟四：連續(xù)流運(yùn)行情況：反應(yīng)器采用連續(xù)流運(yùn)行方式，陽極室利用蠕動(dòng)泵，采用下端進(jìn)水，出水口采用自然溢流的方式出水；陰極室進(jìn)水、出水均采用蠕動(dòng)泵，兩個(gè)蠕動(dòng)泵保持同樣轉(zhuǎn)速；脫鹽室內(nèi)鹽溶液仍采取續(xù)批式運(yùn)行，電導(dǎo)率下降為2 mS/cm以下時(shí)，更換脫鹽室內(nèi)的鹽溶液，代表一個(gè)脫鹽周期完成。