[發明專利]微生物燃料電池和藻類光合生物耦合物質轉化試驗裝置

有效

• 申請號: 202011263715.8
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112419862B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 周廣武;蒲偉;周志成;周青華;徐緋;卿人韋
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00;G01N33/18;H01M8/16
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 代維凡

本發明公開了一種微生物燃料電池和藻類光合生物耦合物質轉化試驗裝置，包括反應器內循環模塊、與反應器內循環模塊連通的污水供給模塊、二氧化碳供給模塊、氣體控壓取樣模塊、藻類/水質取樣檢測模塊，以及用于控制反應器內循環模塊作業的電控模塊。本發明研制的先進微生態物質轉化再生試驗裝置，開展人體排泄物生物處理/物質轉化、藻類污水處理、二氧化碳?氧氣轉化/生物質再生等核心功能的試驗驗證，為微生態物質轉化再生技術在軌試驗驗證提供前期研究基礎，且采用模塊化設計思想，將同類型和同功能的元器件設置在一起，便于組裝和檢修。

技術領域

本發明屬于燃料電池的技術領域，具體涉及一種微生物燃料電池和藻類光合生物耦合物質轉化試驗裝置。

背景技術

隨著我國城市經濟的快速發展，城市規模日益膨脹，城市環境基礎設施不足，大量污染物入河，水體中COD氮、磷等污染物濃度超標，河流水體污染嚴重，出現季節性或終年黑臭水體，生態系統結構嚴重失衡，影響景觀及人類生產和健康，成為目前極為突出的城市水環境問題。

污水中較高的氮元素極易造成水體的富營養化，對環境造成污染，因此對污水進行深度脫氮具有重要的意義。在污水脫氮反硝化過程中需要充足的碳源，碳源的不足會使脫氮的效果受到影響，因此通常需要額外投加碳源來改善污水的碳氮比、優化脫氮條件，從而提高污水的脫氮效果。

微生物燃料電池(MFC)是以酶或陽極微生物作為催化劑，通過其代謝作用降解有機物，實現生物質能轉化為電能的裝置。MFC以陽極微生物為催化劑催化氧化底物，產生電子、質子和CO2，電子傳遞到陽極表面并通過外接導線到達陰極，質子由質子交換膜傳遞到陰極，電子、質子和最終電子受體在陰極相結合被消耗，實現了高效去除污染物的同時產生電能。

而現有的微生物燃料電池轉換效率低，且不能實時監測當前微生物燃料電池的作業參數，不能給予微生態物質轉化再生技術在軌試驗驗證提供前期研究基礎。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的上述不足，提供一種微生物燃料電池和藻類光合生物耦合物質轉化試驗裝置，以解決或改善上述的問題。

為達到上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種微生物燃料電池和藻類光合生物耦合物質轉化試驗裝置，其包括反應器內循環模塊、與反應器內循環模塊連通的污水供給模塊、二氧化碳供給模塊、氣體控壓取樣模塊、藻類/水質取樣檢測模塊，以及用于控制反應器內循環模塊作業的電控模塊。

優選地，反應器內循環模塊包括反應器液池，反應器液池內布設若干個微生物燃料電池，且在反應器液池內放置若干藻類微生物，位于反應器液池上方設置電池組電極接線盒，反應器液池側面安裝光照系統，另一側面安裝相機；反應器液池內安裝壓力傳感器。

優選地，微生物燃料電池呈S型排列、布設于反應器液池內。

優選地，反應器液池采用U型通道，容積約2升，并與內部循環管路連通。

優選地，光照系統包括若干陣列的LED。

優選地，電控模塊包括依次連接的電源模塊、控制模塊和數據采集模塊；數據采集模塊分別與相機、壓力傳感器、電池測量系統、pH值傳感器、溶解氧傳感器和光照系統連接。

優選地，污水供給模塊包括污水儲袋，污水儲袋與反應器液池之間的連通管路上依次安裝電磁閥和水泵；二氧化碳供給模塊包括二氧化碳氣罐，二氧化碳氣罐與反應器液池之間的連通管路上依次安裝流量計、電磁閥和膜接觸器。

優選地，氣體控壓取樣模塊包括氣體取樣袋；所述氣體取樣袋通過膜接觸器與反應器液池連通；反應器液池通過膜接觸器、電磁閥、真空泵、氣體處理器、真空泵、電磁閥和膜接觸器實現二氧化碳的循環流動。

優選地，藻類/水質取樣檢測模塊包括藻類取樣器，藻類取樣器依次與電磁閥、水質傳感器和水泵連通。