[實用新型]一種光催化-微生物燃料電池污水處理復合裝置

有效

• 申請號: 201820541214.3
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN208471684U
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 任桂平;丁竑瑞;孫元;魯安懷;李艷;王長秋
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;H01M8/16;C02F1/30
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

本實用新型公開了一種光催化?微生物燃料電池污水處理復合裝置，在微生物燃料電池系統的陽極室中設置雙陽極電極，一個是半導體光催化陽極，一個是微生物燃料電池陽極，它們以并列形式同時通過外負載電路連接陰極室的陰極。本實用新型通過光催化陽極成功轉化光能，有效利用太陽光，并與陽極電活性微生物和諧共存，強化了陽極室對有機污染物的處理能力，半導體礦物光電子與微生物胞外電子同時傳遞到陰極室，進一步提升了陰極室對含重金屬離子廢水的處理能力，協同提高了有機無機廢水處理效率。并且該污水處理復合裝置穩定性高，易維護，易改造，擁有廣闊的應用空間。

技術領域

本實用新型涉及有機無機水質污染物處理技術領域，具體涉及一種復合半導體光催化陽極和微生物燃料電池的雙陽極協同系統的低能耗廢水高效處理裝置。

背景技術

環境問題是21世紀人類面臨和亟待解決的重大問題之一，水質改善及其對安全保障的需求，始終都是水處理科學與技術的根本追求。伴隨現代工業化快速發展，有機廢水與重金屬廢水對自然環境造成了巨大破壞作用。近年來作為一門新興的能源技術，微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell，MFC)以其獨特的通過生物電化學途徑實現化學能和電能之間轉換的特點引起包括污水處理及生物產電等諸多領域的廣泛關注。雖然各領域學者對其反應器構型、陰陽極材料、電解質、微生物種群等各方面開展了廣泛研究，其依舊存在輸出電壓較低等問題，限制了其實際應用能力。除MFC技術外，另一項技術也在環境治理方面得以廣泛應用。光催化以其室溫條件下可直接利用光能作為光源來驅動反應等獨特性能，成為一種理想的環境污染治理技術和潔凈能源生產技術。在此基礎上光催化以及光電催化在偶氮染料、芳香化合物等有機污染物等環保領域取得迅猛發展。借助各種半導體材料的光催化方法能將多種有機污染物徹底礦化去除，提供了被認為是一種極具前途的環境污染深度凈化技術。

雖然兩種新技術在各自領域都進行了相關研究，取得了長足進步。然而目前以紫外-TiO₂為代表的光催化及光電催化在殺菌過程中得以廣泛應用，使得其與微生物燃料電池兩個看似相矛盾的領域少有交集出現。雖然金紅石等半導體礦物材料以及合成材料在微生物陰極已有研究，但半導體光催化陽極-微生物燃料電池聯用研究極為少見，構建和諧的光催化陽極微生物燃料電池裝置極具吸引力。如何進行多技術聯用，構建新型微生物燃料電池高效處理有機/重金屬廢水，是微生物燃料電池主要發展方向之一，其具有極大發展潛力。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種易制備、成本低廉、結構簡單、可重復利用的光催化-微生物燃料電池污水處理復合裝置，其能夠高效轉化光能，可實現有機廢水與含重金屬離子無機廢水同時處理，且該裝置的陽極材料、微生物種群、裝置構型等皆可進一步優化改進，實現高效廉價污水處理的新型微生物燃料電池處理裝置。

本實用新型提供的光催化-微生物燃料電池污水處理復合裝置，包括微生物燃料電池系統，該微生物燃料電池系統具有陽極室和陰極室，其特征在于，所述陽極室中具有雙陽極電極，一個是半導體光催化陽極，一個是微生物燃料電池陽極，它們以并列形式同時通過外負載電路連接陰極室的陰極。

進一步的，上述污水處理復合裝置中，所述陽極室的側壁上部設進水口，下部設有出水口。在進水口和出水口之間設置有定量輸送系統，將待處理的污水輸送到陽極室。所述定量輸送系統包括集液瓶、蠕動泵和管道等。

所述污水處理復合裝置的陰極直接與大氣相連通，含重金屬離子的污水可以直接加入陰極室，待重金屬離子還原后，含無機重金屬離子廢水得以有效處理，可替換為新污水持續處理。所述陽極室和陰極室之間由質子膜隔開。

所述污水處理復合裝置還包括光源系統，所述光源系統可以是模擬日光光源的系統，或者是太陽光匯聚模塊。模擬日光光源的系統例如發出可見光的LED光源，相比于紫外燈、氙燈等光源產生系統，LED光源節省了能耗，優化了反應條件。而太陽光匯聚模塊可直接實現太陽光的利用。