[發(fā)明專利]一種尿液微生物燃料電池用于發(fā)電照明的裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811252931.5
• 申請(qǐng)日: 2018-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN109301299A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪龍眠;周穎;張毅敏;彭福全;朱月明;孔明;許雪婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H01M8/16
• 分類號(hào): H01M8/16;F21S9/00
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務(wù)所 32346
• 代理人: 金龍

本發(fā)明公開了一種尿液微生物燃料電池用于發(fā)電照明的裝置及方法，屬于微生物燃料電池領(lǐng)域。包括小便池、進(jìn)液池、微生物燃料電池堆、能量采集器、磷酸鐵鋰柱形蓄電池等，從小便池處收集未稀釋的尿液；然后輸送到一個(gè)進(jìn)液池，尿液被自動(dòng)連續(xù)補(bǔ)給到微生物燃料電池堆系統(tǒng)中；能量采集器收集能量；電壓儲(chǔ)存于磷酸鐵鋰柱形蓄電池中；利用變壓器將電池的高電壓降低為低電壓，用來運(yùn)行小便池的內(nèi)部照明，以便在白天以外的時(shí)間使用。本發(fā)明以尿液為基質(zhì)的微生物燃料電池，尿液含有可降解有機(jī)物質(zhì)，具有高的導(dǎo)電性和緩沖能力，實(shí)現(xiàn)廢水處理的同時(shí)開拓了尿液資源的再利用，此發(fā)電裝置可用于分散地區(qū)并達(dá)到自動(dòng)化照明的效果，從而進(jìn)一步節(jié)約水電資源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微生物燃料電池領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種尿液微生物燃料電池用于發(fā)電照明的裝置及方法。

背景技術(shù)

微生物燃料電池(MFCs)是能量轉(zhuǎn)換器，它將有機(jī)物質(zhì)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽梢詰?yīng)用于污水處理，實(shí)現(xiàn)廢水處理的同時(shí)直接獲得電能。近年來，隨著該領(lǐng)域研究的不斷深入，逐漸形成自分層無膜微生物燃料電池(SSM-MFCs)，而氧氣因其可用性和高氧化還原性作為陰極最常見的電子受體，將陰極放置在頂部，陽極被放在底層。這樣的微生物燃料電池系統(tǒng)減少了成本和復(fù)雜性，降低了功率密度損失。在實(shí)際應(yīng)用中，將多個(gè)單元堆疊起來，可以達(dá)到有效的功率水平，更具有規(guī)模化的能力。

在市政污水中，人類尿液占總體積比例很低，但卻貢獻(xiàn)了大部分的COD和氮磷等污染物。目前，尿液主要作為了肥料的使用或鳥糞石等產(chǎn)品的生產(chǎn)，很少關(guān)注于尿液的資源回收，因此從實(shí)施的角度出發(fā)，重點(diǎn)研究尿液回收產(chǎn)生的能量。以尿液作為燃料，它含有可降解的多種物質(zhì)，具有高的導(dǎo)電性和緩沖能力。而且未混合的尿液沒有與糞便產(chǎn)生交叉污染，不會(huì)對(duì)電極表面的微生物菌落造成較大的沖擊。對(duì)尿液直接進(jìn)行處理，能夠緩解城市污水處理廠的COD與N、P營養(yǎng)超負(fù)荷的難題，縮短水力停留時(shí)間，減少能量需求。以尿液作為燃料驅(qū)動(dòng)微生物燃料電池，在去除有機(jī)物、氮素等污染物的同時(shí)發(fā)電照明，使尿液得到可持續(xù)性管理與能源化利用。

中國發(fā)明專利，申請(qǐng)公布號(hào)：CN 105780882 A，申請(qǐng)公布號(hào)：20160720，本發(fā)明公開了一種一體式節(jié)能減排的男廁小便池，其包括男士小便池，在它的上方設(shè)置洗手盆，洗手盆的出水口與小便池的沖水口相聯(lián)通，將收集的尿液進(jìn)行氧化還原反應(yīng)分解為二氧化碳、氮?dú)庖约八粌H解決了氨氣對(duì)管道的腐蝕，還對(duì)氧化還原反應(yīng)中產(chǎn)生的電能進(jìn)行收集，并供給系統(tǒng)中其他電氣模塊使用，達(dá)到自給供電的效果，從而節(jié)約了電資源。該發(fā)明所述的一體式節(jié)能減排的裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，避免將洗手池與小便池分離開使用，節(jié)約了資源。其不足之處在于：支路和電路開關(guān)模塊較多，管理和維修復(fù)雜，且裝置需要連通水電路，不適合在分散、無水的地區(qū)使用。

中國實(shí)用新型專利，授權(quán)公告號(hào)：CN 203160380 U，授權(quán)公告日：20130828，公開了一種公廁發(fā)電裝置，包括小便池，在小便池上端通過管道連接清洗液儲(chǔ)水箱，下端通過管道連接電解池，電解池中的發(fā)電極板通過導(dǎo)線連接在蓄電池上。該實(shí)用新型專利將尿液收集起來作為原電池反應(yīng)的電解質(zhì)溶液，變廢為寶，符合綠色環(huán)保的主題。其不足之處在于：電極板維護(hù)復(fù)雜，系統(tǒng)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

1.要解決的技術(shù)問題

針對(duì)現(xiàn)有分離的微生物燃料電池系統(tǒng)，雖然可以有效地處理尿液中的銨，同時(shí)通過消耗有機(jī)物產(chǎn)生電能，但也導(dǎo)致厭氧氨氧化的發(fā)生，使得硝酸鹽積累的問題。本發(fā)明提供一種尿液微生物燃料電池用于發(fā)電照明的裝置及方法，將微生物燃料電池技術(shù)擴(kuò)大到室外實(shí)際應(yīng)用中，利用多個(gè)小型微生物燃料電池的串并聯(lián)和自分層柱狀模型，在保證除銨的基礎(chǔ)上，增加總功率的輸出，可將電能儲(chǔ)存用于實(shí)際照明。

2.技術(shù)方案

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。