[發明專利]一種利用礦井水的原位微生物燃料電池及儲能裝置

在審

• 申請號: 201811365297.6
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109293011A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 夏大平;王心義;馬戰平;張懷文;黃松;趙國俊;劉小滿;姬紅英;黃平華;張良
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;H01M8/16
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

一種利用礦井水的原位微生物燃料電池及儲能裝置，包括懸浮物過濾系統、微生物培養系統、聯合反應系統、儲能蓄電系統、電池升壓系統和智能控制系統，懸浮物過濾系統通過管道與微生物培養系統連接；懸浮物過濾系統與微生物培養系統相連，微生物培養系統與雙室燃料電池和單室燃料電池相連，雙室燃料電池與氫氧固態燃料電池相連，三組燃料電池聯合反應系統與儲能蓄電裝置相連，儲能蓄電裝置與電池升壓系統相連，整個裝置的操作運行以及參數調整、廢物處理在智能控制系統下進行。本發明具有操作簡單，運行方便及高基質、高能量轉化率，能夠最大程度的利用礦井水中的微生物及有機質資源，改善水質，降低污染，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于微生物燃料電池技術領域，具體涉及一種利用礦井水的原位微生物燃料電池及儲能裝置。

背景技術

我國的煤礦資源豐富且地質構造條件復雜，是世界上煤礦水害最嚴重的國家之一。水礦災害不僅容易造成井下作業人員重大傷亡，而且經濟損失大，社會影響面廣。酸性礦井水是在開采煤礦過程中因硫鐵礦氧化而產生的一種酸性廢水，一旦進入水體中將嚴重污染生態環境。現存處理酸性礦井水方法眾多，常規法以化學法為主，興新技術以生物法為主。堿性礦井水也是煤礦礦井水常見的一種形式，堿性較高，一般先用廢酸與其發生中和反應，然后再進行后續處理。礦井水中且含有豐富的微生物及各種離子包括超標的如SO2- 4、NO- 2和有機物，利用礦井水中的硫酸鹽還原菌和反硝化細菌進行代謝能夠降低礦井水中的超標離子濃度。對礦井水資源及其內含的復雜污染性物質進行綠色利用成為人們日益關注的重點。

面對全球環境和能源的挑戰，人們對新能源技術的發展充滿期待。生物燃料電池是燃料電池中特殊的一類，能利用微生物催化劑將化學能轉變為電能，被認為是新能源技術中最有前途的技術之一。按照催化劑形式的不同，生物燃料電池可分為微生物燃料電池和酶燃料電池，前者利用整體微生物中的酶，后者直接對酶利用，且大多數燃料電池只在陽極使用生物催化劑。理論上，各種微生物都有可能作為生物燃料電池的催化劑，如常使用的大腸桿菌、Proteus vulgaris等。傳統微生物電池以葡萄糖或蔗糖為燃料，利用介體從細胞代謝過程中接受電子，并傳遞到陽極。與酶電池相比，微生物燃料電池利用率低，副反應較多，因此選擇適當的菌體—介體組合，對微生物燃料電池的設計至關重要。厭氧微生物作為催化劑在分解有機物的同時，將儲存的化學能轉化為電子和質子，質子經過質子交換膜到達陰極室，電子通過外電路回到陰極形成完整回路，其優點是結構簡單，原料來源廣泛、發電效率高、操作條件溫和、對環境污染少，生物相容性好，屬于可再生綠色電池。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種能夠利用礦井水中的微生物及有機物實現低成本運行，無需添加電子中介體，并且三組電池能夠串聯供電，實現資源的最優利用和電能的最大輸出的利用礦井水的原位微生物燃料電池及儲能裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種利用礦井水的原位微生物燃料電池及儲能裝置，包括懸浮物過濾系統、微生物培養系統、聯合反應系統、儲能蓄電系統、電池升壓系統和智能控制系統，懸浮物過濾系統通過管道與微生物培養系統連接，微生物培養系統通過管道與聯合反應系統連接，聯合反應系統通過電線與儲能蓄電系統連接，儲能蓄電系統通過電線與電池升壓系統連接；所述的智能控制系統分別與懸浮物過濾系統、微生物培養系統、聯合反應系統、儲能蓄電系統和電池升壓系統電連接。

懸浮物過濾系統包括進水管和懸浮物過濾網，微生物培養系統包括恒溫培養箱，恒溫培養箱上設有進水口和出水口，進水管與恒溫培養箱的進水口連接，進水管上設有進水閥門，懸浮物過濾網設置在恒溫培養箱的進水口處，恒溫培養箱的出水口通過出水管與聯合反應系統連接，出水管上設有出水閥門，恒溫培養箱上還設有溫度顯示計和pH調節口；智能控制系統通過控制線路分別與恒溫培養箱、出水閥門和進水閥門連接。

聯合反應系統由單室微生物燃料電池、雙室微生物燃料電池和氫氧固態燃料電池組成；