[實(shí)用新型]一種燃料電池裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201921168468.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN210559658U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興祖;劉鴻;宋誠(chéng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C02F3/34
• 分類號(hào): C02F3/34;C02F3/00;H01M8/16;C02F101/16
• 代理公司: 成都瑞創(chuàng)華盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51270
• 代理人: 鄧瑞;辜強(qiáng)

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種燃料電池裝置，包括三室微生物燃料電池系統(tǒng)和外電路，三室微生物燃料電池系統(tǒng)包括厭氧氨氧化單元、鐵氧化還原單元和光生物反應(yīng)單元。在廢水厭氧氨氧化過(guò)程中，厭氧氨氧化單元中的氨氮主要氧化為氮?dú)狻Ｔ阼F氧化還原單元中，三價(jià)鐵接收電子還原為二價(jià)鐵。在鐵再生過(guò)程中，鐵氧化還原單元中的二價(jià)鐵厭氧氧化為三價(jià)鐵。光生物反應(yīng)單元中的光合細(xì)菌利用電極上的電子合成單細(xì)胞蛋白。本實(shí)用新型不需要曝氣和外加碳源，氨氮去除效率高，處理成本低，處理后出水中不含有鐵元素，且陰極的鐵元素不會(huì)流失，與添加氧化劑氧化的方式相比，節(jié)省了三價(jià)鐵再生的成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種燃料電池裝置,用于廢水脫氮的厭氧鐵氨氧化，屬于生物技術(shù)與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的水處理工藝通過(guò)硝化-反硝化過(guò)程實(shí)現(xiàn)廢水脫氮。厭氧氨氧化反應(yīng)是指在厭氧或者缺氧條件下，厭氧氨氧化微生物以NO₂^-N、硫酸根、鐵錳離子或腐植酸為電子受體，氧化NH₄⁺-N為氮?dú)獾纳镞^(guò)程。與傳統(tǒng)的廢水硝化-反硝化工藝相比，厭氧氨氧化不需要大量曝氣，也不需要外加碳源，可降低50％的曝氣量、100％的有機(jī)碳源以及90％的運(yùn)行費(fèi)用，且污泥產(chǎn)率低，以厭氧氨氧化為主體的污水處理工藝的研究和開(kāi)發(fā)，有利于解決污水處理界面臨的低碳氮比廢水脫氮難、能耗高、污泥產(chǎn)量大等問(wèn)題。

近年來(lái)厭氧氨氧化(Anammox)在污水處理領(lǐng)域的研究集中于以亞硝酸鹽為電子受體的厭氧氨氧化，該過(guò)程需要通過(guò)短程硝化或短程反硝化產(chǎn)生足夠的亞硝酸鹽，才能支持后續(xù)的厭氧氨氧化反應(yīng)。在實(shí)際應(yīng)用中短程硝化或短程反硝化的控制較困難并且容易生成氧化亞氮等溫室氣體。此外，亞硝酸鹽型的 Anammox易受低溫、重金屬等的抑制，使厭氧氨氧化的推廣應(yīng)用受到了限制。以鐵為電子受體的厭氧鐵氨氧化(Feammox)是將氨氮作為電子供體，三價(jià)鐵作為電子受體，氨氮最終氧化為氮?dú)獾倪^(guò)程，這個(gè)過(guò)程僅產(chǎn)生少量的氮氧化物。與Anammox相比，F(xiàn)eammox不需要短程硝化或短程反硝化等前置工藝，且工藝能夠耐低溫和重金屬脅迫。但由于Feammox的產(chǎn)物二價(jià)鐵離子溶解性相對(duì)較高，易隨出水流失導(dǎo)致出水色度不達(dá)標(biāo)；同時(shí)由于二價(jià)鐵的流失需要不斷向系統(tǒng)中補(bǔ)加鐵源以維持Feammox的進(jìn)行，這直接導(dǎo)致了廢水處理成本的提高。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就是提供一種燃料電池裝置，在本裝置中，廢水中的氨氮氧化和鐵離子還原在空間上分離，在陽(yáng)極室中氨氮能夠高效生物轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓帢O室中的鐵元素不會(huì)流失且可以循環(huán)利用，除了處理含氨氮的廢水本裝置還能同時(shí)產(chǎn)生光合細(xì)菌單細(xì)胞蛋白。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種燃料電池裝置,該裝置包括三室微生物燃料電池系統(tǒng)，三室微生物燃料電池系統(tǒng)包括三個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)區(qū)，分別為依次連接的厭氧氨氧化單元、鐵氧化還原單元和光生物反應(yīng)單元；厭氧氨氧化單元是由不透光材質(zhì)制成的厭氧氨氧化單元側(cè)壁構(gòu)成，鐵氧化還原單元是由可見(jiàn)光透過(guò)材質(zhì)制成的鐵氧化還原單元側(cè)壁構(gòu)成，光生物反應(yīng)單元是由紅外光透過(guò)材質(zhì)制成的光生物反應(yīng)單元側(cè)壁構(gòu)成；厭氧氨氧化單元與鐵氧化還原單元之間設(shè)置有陽(yáng)離子交換膜，鐵氧化還原單元與光生物反應(yīng)單元之間設(shè)置有陰離子交換膜，陰離子交換膜與鐵氧化還原單元之間和陽(yáng)離子交換膜與厭氧氨氧化單元之間均設(shè)置有膠墊；厭氧氨氧化單元、鐵氧化還原單元與光生物反應(yīng)單元內(nèi)分別設(shè)置有碳基電極，三個(gè)碳基電極通過(guò)外電路相連；厭氧氨氧化單元側(cè)壁、鐵氧化還原單元側(cè)壁和光生物反應(yīng)單元側(cè)壁分別設(shè)置有進(jìn)水管和出水管，出水管位于進(jìn)水管的上方；厭氧氨氧化單元、鐵氧化還原單元和光生物反應(yīng)單元的底部分別設(shè)置有排空管；厭氧氨氧化單元、鐵氧化還原單元和光生物反應(yīng)單元的頂部空間分別設(shè)置有排氣口。

進(jìn)一步，外電路包括依次串聯(lián)的第一開(kāi)關(guān)、第一電阻、第二電阻和第二開(kāi)關(guān)，第一開(kāi)關(guān)連接光生物反應(yīng)單元內(nèi)的碳基電極，第一電阻和第二電阻之間連接鐵氧化還原單元的碳基電極，第二開(kāi)關(guān)連接厭氧氨氧化單元內(nèi)的碳基電極，三個(gè)碳基電極均接地。