[實(shí)用新型]一種微生物燃料電池與光電催化技術(shù)的耦合裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821676595.2
• 申請(qǐng)日: 2018-10-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN209052544U
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王中有
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇全給凈化科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C02F9/14
• 分類(lèi)號(hào): C02F9/14;H01M8/16
• 代理公司: 南京源古知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32300
• 代理人: 鄭宜梅

本實(shí)用新型具體涉及一種微生物燃料電池與光電催化技術(shù)的耦合裝置，包括微生物燃料電池與光電催化裝置；微生物燃料電池包括通過(guò)微生物質(zhì)子交換膜分隔開(kāi)的陽(yáng)極室和陰極室；污水由陽(yáng)極室進(jìn)由陰極室出；陽(yáng)極室中液體內(nèi)部放置包含希瓦氏菌的混合菌群；陽(yáng)極電極與陰極電極通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)相連并且與充電控制器相連；充電控制器與蓄電池電連接；水泵將經(jīng)過(guò)微生物燃料電池的污水通過(guò)水管輸入光電催化裝置中；光電催化裝置包括鍍膜催化反應(yīng)器；鍍膜催化反應(yīng)器與蓄電池電連；光電催化裝置還包括紫外光燈；紫外光燈與蓄電池電連，且能夠照射到鍍膜催化反應(yīng)器。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，在進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品加工污水和家庭生活污水處理時(shí)，操作簡(jiǎn)便、清潔環(huán)保、科學(xué)有效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污水處理、微生物燃料電池技術(shù)與光電催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微生物燃料電池與光電催化技術(shù)的耦合裝置。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)迅速發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品加工污水的種類(lèi)和數(shù)量迅猛增加，對(duì)水環(huán)境的污染也日趨廣泛和嚴(yán)重，這嚴(yán)重的威脅到人類(lèi)的健康和安全。農(nóng)產(chǎn)品加工污水為高濃度有機(jī)廢水，組成較為復(fù)雜，主要由設(shè)備清洗廢水、消毒清洗廢水、地面清洗水、果汁冷凝水、設(shè)備冷卻水、空調(diào)冷卻水地面清洗水及其他排放廢水等部分組成。

與此同時(shí)，隨著世界人口越來(lái)越多，人類(lèi)的活動(dòng)越來(lái)越頻繁，家庭生活污水也越來(lái)越多且里面含有的有機(jī)化學(xué)成分也越來(lái)越豐富。因此，對(duì)于家庭生活污水處理也受到更廣泛的重視。

采用傳統(tǒng)的水處理方法 (如物理法、化學(xué)法、生物法) 在一定程度上能改善廢水水質(zhì)情況，但都有各自的不足或缺點(diǎn)。其中，物理法利用吸附、沉淀或阻隔等方式將雜質(zhì)排除在外。如經(jīng)典的活性炭吸附可有效凈化水體，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)炭吸附能力將不斷減弱，需定期進(jìn)行清洗和更換，而且它并不能將有機(jī)污染物降解氧化，由此可能導(dǎo)致相轉(zhuǎn)移，使問(wèn)題進(jìn)一步惡化。尤其是面對(duì)高濃度的工業(yè)廢水中含有有機(jī)污染物時(shí)更顯得力不從心。化學(xué)法包括氧化處理、中和處理、混凝處理等，擁有快速有效地去除污染物的能力，然而在實(shí)際操作中可能出現(xiàn)回收困難、很容易產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題。相比之下，生物法以其經(jīng)濟(jì)性和綠色環(huán)保性成為目前最受歡迎的水處理技術(shù)之一，但當(dāng)廢水中存在難降解有機(jī)物或含生物毒性污染物時(shí)，單一地采用生物法處理該廢水難以得到理想的降解效果。而且生物處理效果提升難以掌握且不確定性很高。

微生物燃料電池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。其基本工作原理是：在陽(yáng)極室厭氧環(huán)境下，有機(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和陽(yáng)極之間進(jìn)行有效傳遞，并通過(guò)外電路傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜傳遞到陰極，氧化劑（一般為氧氣）在陰極得到電子被還原與質(zhì)子結(jié)合成水。與常規(guī)燃料電池相比，MFC以微生物代替昂貴的化學(xué)催化劑，因而具有更多優(yōu)點(diǎn)：燃料來(lái)源廣泛，尤其可利用有機(jī)廢水等廢棄物；反應(yīng)條件溫和，常溫常壓下即可運(yùn)行；環(huán)境友好，所產(chǎn)生的物質(zhì)主要是CO₂和H₂O，無(wú)酸、堿、重金屬等污染物產(chǎn)生，無(wú)需對(duì)其產(chǎn)物做任何后處理；因能量轉(zhuǎn)化過(guò)程無(wú)燃燒步驟，故理論轉(zhuǎn)化效率較高。

以摻硼金剛石薄膜電極（BDD）為核心的凈化設(shè)備，作為新一代的用于電化學(xué)法水處理的電極材料，與貴金屬和鈦基涂層電極（DSA）等傳統(tǒng)材料相比，BDD電極具有最好的陽(yáng)極氧化能力，最寬的電位窗口和最高的電流密度。金剛石穩(wěn)定的sp³結(jié)構(gòu)使其具有耐腐蝕、耐高溫、抗氧化和抗污染性等優(yōu)良特點(diǎn)。因此BDD電極具有極長(zhǎng)的使用壽命（40-50年）。

在電場(chǎng)作用下，BDD電極表面能夠連續(xù)不斷產(chǎn)生具有超強(qiáng)氧化性的自由態(tài)羥自由基?OH（標(biāo)準(zhǔn)氧化電位為2.80V，接近單質(zhì)氟氣的2.87V）、過(guò)氧自由基?HO₂、臭氧O₃和過(guò)氧化氫H₂O₂等氧化物種，在與高濃度工業(yè)廢水反應(yīng)的同時(shí)，還對(duì)各種微生物，包括細(xì)菌和病毒有著強(qiáng)烈的殺滅作用。將BDD用于MFC的電極材料，不但可以使電極擁有耐腐蝕、耐高溫、抗氧化和抗污染性，而且可以更加高效的處理污水。