[發明專利]提高微藻陰極微生物燃料電池產電和脫氮除磷性能方法

在審

• 申請號: 202011254428.0
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112390374A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 吳義誠;歐陽云祥;張建發
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: C02F3/32
• 分類號: C02F3/32;C02F3/00;H01M8/16
• 代理公司: 泉州市潭思專利代理事務所(普通合伙) 35221
• 代理人: 麻艷

本發明公開了一種提高微藻陰極微生物燃料電池產電和脫氮除磷性能方法，步驟一：生物炭?海藻酸鈉聯合固定化微藻膠球的制備；步驟二：構建雙室微生物燃料電池：由陰極室、陽極室構成，中間由質子交換膜分隔，陽極接種活性污污泥，陽極液為人工廢水，陰極接種生物炭?藻酸鈉聯合固定化微藻膠球。本發明提高了膠球的比表面積和膠球的傳質性能，促進了微藻對氮磷等物質的吸收，改善了固定化微藻的產電性能，進一步改善了固定化微藻生物陰極微生物燃料電池的產電性能。本方法具有脫氮除磷及產電性能好，抗沖擊負荷能力強、處理成本低等優點。

技術領域

本發明涉及污水控制技術領域，特指一種提高微藻陰極微生物燃料電池產電和脫氮除磷性能方法。

背景技術

隨著工農業快速發展，氨氮廢水的污染源的數量和排放總量呈現日益增加趨勢，由此引起的水體富營養化和水體黑臭嚴重威脅到水體生態平衡和人類正常的生產生活，水體中氨氮的治理刻不容緩。研究開發經濟、高效的除氮處理技術已成為水污染控制工程領域研究的重點領域之一。

生物電化學系統中通過利用產電微生物的自身代謝進而實現了從化學能向電能的轉化，其中，微生物燃料電池技術通過產電微生物代謝，將污染物蘊含的化學能轉化成電能，在環境修復領域受到越來越廣泛的關注。微藻處理法是目前新興的污水處理方式，畜禽養殖污水中含有的豐富的氮、磷等營養物質可為微藻提供營養，利用微藻處理污水同時可與微藻的大規模生產相藕聯，實現資源的循環利用。微藻應用于微生物陰極，通過光合作用產生氧氣可以提供充足電子受體，根據微生物燃料電池系統中微藻的作用劃分，微藻型微生物燃料電池可分為微藻生物陰極、微藻生物陽極以及微藻陽極底物三種。

藻類作為水生態環境重要的初級生產者，應用于微生物燃料電池陰極，吸收水中氮、磷維持其生長和繁殖，通過光合作用固定二氧化碳，產生的氧氣可以充當電子受體，提高污染物資源化程度。

微藻固定化技術實現了藻細胞高密度培養，增強了其抗逆性，提高了微藻微生物燃料電池產電和廢水處理能力。然而，以海藻酸鈉和殼聚糖等為代表的固定化材料制備的微藻膠球傳質性能較差，限制了膠球中微藻的生長和水中污染物的去除。

因此，本發明人對此做進一步研究，研發出一種提高微藻陰極微生物燃料電池產電和脫氮除磷性能方法，本案由此產生。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種提高微藻陰極微生物燃料電池產電和脫氮除磷性能方法，能高效去除廢水中氮、磷的同時，還能夠獲得更多用于制備生物油脂的微藻，并能夠提高微生物燃料電池產電。

為解決上述技術問題，本發明的技術解決方案是：

一種提高微藻陰極微生物燃料電池產電和脫氮除磷性能方法，包括以下步驟：

步驟一：生物炭-海藻酸鈉聯合固定化微藻膠球的制備：1)取藻液于離心管，離心，舍棄部分上清液，離心濃縮藻液；2)稱取海藻酸鈉粉加水并利用磁力攪拌加熱爐加熱溶解，待溶解完全之后，加入適量的生物炭，攪拌均勻，待溶液溫度降低至室溫加入藻液，混合均勻；3)將混合液逐滴滴入0.5％-3％的CaCl₂溶液之中，靜置，用去離子水沖洗，得到生物炭-海藻酸鈉聯合固定化微藻膠球；

步驟二：構建雙室微生物燃料電池：由陰極室、陽極室構成，中間由質子交換膜分隔，微藻生物陰極雙室微生物燃料電池的陽極室接種活性污污泥，陽極液為人工廢水，陽極室內的微生物分解廢水中的有機物，經過分解代謝之后產生H⁺、e^-以及CO₂，在雙室微生物燃料電池的陰極室中，陰極接種生物炭-藻酸鈉聯合固定化微藻膠球，通過光合作用可產生O₂，直接將其作為電子受體，H⁺通過質子交換膜傳遞到陰極，e^-則通過外部導線傳至陰極電子受體氧氣，形成閉合回路。

進一步，步驟一中，離心條件為：在3500r/min條件下離心3min。