[發明專利]一種微生物燃料電池系統

有效

• 申請號: 202010155923.X
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111342100B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 徐鑫;周文棟;雒懷慶;鐘華東;鄒文明;王志強;黃立岳;陳嘉誠;袁海濤;楊金運;謝濟安;賀玉平;何世幸;黃逸龍
• 申請（專利權）人: 廣州市環境保護工程設計院有限公司
• 主分類號: H01M8/16
• 分類號: H01M8/16;H01M4/90;C02F3/34;C02F3/00;C02F9/00;C02F1/44;C02F1/42;C12M1/42;C12M1/12;C12M1/00;C02F103/06;C02F101/30;C12R1/90
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發明涉及一種微生物燃料電池系統，屬于污染物降解和能源再生技術領域。本發明的微生物燃料電池系統采用超聲波與微藻一體化系統，同步實現廢水處理及降低膜污染的發生，增強系統的運行穩定性；采用堿改性陰離子交換樹脂有效解決常規微生物燃料電池中出現的陽極酸化的問題，提升系統的緩沖性能，避免陽極酸化對系統運行的影響，不需另外投加緩沖劑；采用微藻陰電極并設置生物炭/鐵基催化層可強化氧氣還原反應的速率，提升系統的產電效率；采用間歇光照模式，有利于微藻的生長，并節省能耗。本發明的微生物燃料電池系統高效穩定、可實現同步處理垃圾滲濾液、回收能源及膜再生。

技術領域

本發明涉及一種微生物燃料電池系統，屬于污染物降解和能源再生技術領域。

背景技術

微生物燃料電池(MFC)作為一種可同步實現污染物降解和能源再生的新技術，在垃圾滲濾液處理等廢水治理方面有十分良好的應用前景。目前微生物燃料電池系統主要分為單室和雙室兩類，其中雙室MFC主要采用的是以產電菌負載的陽極室和陰極室以及用于分隔陰極室和陽極室的質子交換膜組成的雙室微生物燃料電池，單室MFC主要采用的是單一陽極室，陰電極近陽電極一側設置催化層，另一側則暴露在空氣中，以其中的氧氣作為電子受體實現構成完整的電路。當前對于微生物燃料電池的研究主要集中于提升產電效率和降低膜污染方面，以提升系統的應用穩定性和使用壽命。

在現有的技術方案中，其中一種是在陽極室和陰極室均設置同時載有微藻、產電菌群的電極，中間設置質子交換膜，通過采用陽電極和陰電極反復對換的運行方式，實現微生物燃料電池與好氧礦化的協同處理垃圾滲濾液，并消除陽極酸化和陰極堿化對微生物電池系統運行的影響。

現有技術方案主要存在以下幾個缺點：(1)微藻產生的氧氣還原過電位較高，在不增加催化劑的條件下，反應速率較慢，導致系統產電效率較低；(2)系統隨著運行時間的延長，膜污染問題加劇，導致系統的廢水凈化性能下降，需另外進行膜清洗或更換；(3)采用了陰極、陽極反復對換的運行方式，但該方式在對換后，pH的調整時間長，且在陰電極對換成陽電極后，部分殘留氧氣會降低陽電極的作用效果，使系統的廢水凈化性能和產電效率不穩定。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足之處而提供一種微生物燃料電池系統，該微生物燃料電池系統高效穩定，可實現同步處理垃圾滲濾液、回收能源及膜再生。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種微生物燃料電池系統，所述微生物燃料電池系統包括依次連通的混凝系統、超聲/藻菌生物燃料電池系統、納濾/反滲透雙膜系統，所述超聲/藻菌生物燃料電池系統中設置廢水進水口、陽電極、陰電極、儲電系統、LED日光燈組、出水口、超聲波探頭、陰離子交換樹脂層、不銹鋼網、催化層、中空隔板、陰極室、陽極室，所述陽極室包括有陽電極和陰離子交換樹脂層，陰離子交換樹脂層通過不銹鋼網固定在陽極室內，所述陰極室包括有陰電極，陰電極通過中空隔板固定，所述陰電極靠近陽極室一側粘合有催化層，所述陰極室外側設置LED日光燈組，陰極室靠近LED燈組一側采用透光材料，所述陽極室和陰極室分別設置超聲波探頭，所述陽電極與陰電極分別通過導線與儲電系統連接。

作為本發明所述微生物燃料電池系統的優選實施方式，所述磁混凝系統中的混凝劑為聚合氯化鋁(PAC)(16g/L)、聚丙烯酰胺(PAM)(0.2g/L)和四氧化三鐵(30g/L)，去除廢水中大分子有機污染物。

作為本發明所述微生物燃料電池系統的優選實施方式，所述陽電極和陰電極的材料為碳纖維，結構為網格結構。

作為本發明所述微生物燃料電池系統的優選實施方式，所述LED日光燈組采用間歇照射模式，光暗比為4:1，平均光照強度為5500Lux。

作為本發明所述微生物燃料電池系統的優選實施方式，所述陽電極上接種混合產電菌，所述陰電極上接種微藻及其共生菌。所述微藻可為小球藻或螺旋藻。