[發(fā)明專利]一種非厭氧式陽極連續(xù)型處理污水的微生物燃料電池運行方法

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• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109534485A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 李秀平;劉意;謝智荊;黃鳳林;丁仕強
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: C02F3/00
• 分類號: C02F3/00;C02F3/28;H01M8/16
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 祝詩洋

本發(fā)明公開了一種非厭氧陽極連續(xù)式處理污水的微生物燃料電池運行方法。含有污染物的污水由進水口進入燃料電池本體，當污水流過電極的陽極附近，附著在生物膜器件的掛膜陶粒上的產(chǎn)電微生物會消耗污水中的有機物作為代謝的原料，從而去除有機污染物，經(jīng)過處理后的水經(jīng)出水口流出電池。本發(fā)明將電池的陽極改造成生物膜集成式，解決了傳統(tǒng)微生物燃料電池為了保持厭氧菌的活性必須保證陽極處于厭氧環(huán)境從而難以連續(xù)化處理污水的問題。本發(fā)明提出了非厭氧陽極微生物燃料電池的概念，提供一種可連續(xù)式、高效并能同時產(chǎn)生電能的污水處理方法。

技術領域

本發(fā)明涉及微生物燃料電池技術領域，確切地說是一種非厭氧式陽極連續(xù)型處理污水的微生物燃料電池運行方法。

背景技術

隨著人口的不斷增長,人們生活水平高的不斷提高,人類對能源的需求量呈逐年遞增的趨勢,能源日益短缺和能源需求之間的矛盾也越來越明顯。而在利用能源方面,存在著利用率低、開采效率低,燃燒后易產(chǎn)生環(huán)境污染等問題。

隨著全球環(huán)境污染問題的日益突出，微生物燃料電池(MFC)技術因在廢水處理過程中能實現(xiàn)能量回收而備受關注。MFC利用微生物在陽極厭氧條件下的代謝作用將廢水中的化學能直接轉化成電能，幾乎不存在其他形式的能量(如熱能等)的損耗，理論能量轉化效率高，是一種新興的高效的廢水資源化技術，具有十分廣闊的市場前景，也是近幾年研究的熱點。與傳統(tǒng)能源相比,MFC有很多優(yōu)點:不會造成環(huán)境污染、產(chǎn)電條件溫和、電池燃料來源廣泛、噪音低等。微生物燃料電池簡單易操作，與其它產(chǎn)電裝置相比成本較低。目前微生物燃料電池的主要發(fā)展瓶頸是其產(chǎn)電效率較低，還主要處于實驗室研發(fā)階段，不能與排污管路有機結合。這是因為目前所設計的微生物燃料電池裝置陽極需要保持厭氧的環(huán)境，厭氧環(huán)境才能讓產(chǎn)電菌存活來保證其分解污染物和產(chǎn)生電能，因此現(xiàn)有微生物燃料電池很難設計成連續(xù)型的，因為連續(xù)流動的污水會帶有氧從而很難維持陽極的厭氧環(huán)境，所以現(xiàn)有的微生物燃料電池基本上都是間歇型的，從而限制了其產(chǎn)業(yè)化、污水處理和產(chǎn)電的速率。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，提高微生物燃料電池的運行效率，本發(fā)明提供一種可連續(xù)式處理污水的微生物燃料電池的運行方法。

該運行方法具體為：含有污染物的污水由進水口進入燃料電池本體，通過控流裝置調節(jié)污水的流量，當污水流過電極的陽極附近，附著在生物膜器件的掛膜陶粒上的產(chǎn)電微生物會消耗污水中的有機物作為代謝的原料，從而去除有機污染物，在代謝的同時，會產(chǎn)生電子傳遞給陽極板，電子通過外電路到達空氣陰極，在空氣陰極電子受體氧氣被還原，完成整個產(chǎn)電過程，經(jīng)過處理后的水經(jīng)出水口流出電池；

所述本體的兩端分別設有進水口和出水口，所述控流裝置設在進水口處用于調節(jié)污水流量，在本體的內(nèi)部設有生物膜器件，所述生物膜器件包括填料柱和掛膜陶粒，填料柱為金屬網(wǎng)狀的圓柱體結構，將掛膜陶粒包裹在內(nèi)部；在生物膜器件的下端連有陽極板延伸至本體外壁，用于連通電路傳導質子；在本體側壁設有空氣陰極，通過分隔膜和換膜裝置將其與陽極分隔開，所述換膜裝置由導液槽和膜支架組成，膜支架固定在本體外壁，導液槽位于膜支架下方，所述陽極板與空氣陰極通過導線連接形成回路，負載與導線連接。

該燃料電池中還設有溢流管，溢流管設在導液槽外壁上。

進一步的，在本體的兩端還設有法蘭。

進一步的，所述的控流裝置可選用控速閥門來調節(jié)污水流量，亦可用來防止水流速過大造成的生物膜器件的破壞。

所述生物膜器件的工作原理是：當污水與掛膜陶粒流動接觸，微生物在掛膜陶粒表面生長，經(jīng)過一段時間后，掛膜陶粒表面附著一層膜狀污泥，即生物膜。當生物膜增厚到一定程度后，在氧不能透入的生物膜里層為厭氧狀態(tài)。在生物膜生長過程中，由于水的沖刷，重量下沉等原因，使生物膜不斷脫落，繁殖更新，并能保證生物膜里層的厭氧狀態(tài)保證厭氧菌存活并工作。

進一步的，空氣陰極采用導電材料制得，所述導電材料可以為碳紙、碳布、碳氈、石墨氈或石墨板。