[實(shí)用新型]一種用于河道水質(zhì)提升的新型微生物燃料電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202022851280.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN213583886U
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖琳;辛錫龍;辛錫光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 靈瓏生態(tài)科技（江蘇）有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/16
• 分類號(hào): H01M8/16;H01M4/88;H01M4/96;C02F3/00;C02F3/28;C02F101/16
• 代理公司: 無錫嘉馳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32388
• 代理人: 唐維鐵

一種用于河道水質(zhì)提升的新型微生物燃料電池，包括漂浮于水體中的反硝化三維陰極、放置在沉積物中的三維陽極、導(dǎo)線和可變電阻，通過所述導(dǎo)線將反硝化三維陰極、三維陽極以及可變電阻串聯(lián)起來形成一個(gè)回路，所述的反硝化三維陰極與浮體結(jié)構(gòu)連接。本實(shí)用新型提供的用于河道水質(zhì)提升的可移動(dòng)、運(yùn)行過程能耗低的新型微生物燃料電池，該新型微生物燃料電池利用河道中沉積物和水體中分別含有較高的氨氮和硝態(tài)氮的特點(diǎn)，通過在沉積物中放置高比表面積的陽極作為電子受體，在水體中放置高反硝化性能的陰極接收氨氮氧化的電子作為反硝化的電子供體，進(jìn)行污染水體的無動(dòng)力原位修復(fù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及水體污染治理裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于河道水質(zhì)提升的新型微生物燃料電池

背景技術(shù)

由于人類活動(dòng)的加劇，工業(yè)污水、城市生活污水和農(nóng)業(yè)污水中的大量氮、磷和有機(jī)污染物等不斷地進(jìn)入自然水生態(tài)系統(tǒng)。這些污染物的不斷積累會(huì)超出生態(tài)系統(tǒng)的承載能力，從而導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，嚴(yán)重威脅了污染水體附近的人群健康以及生態(tài)的穩(wěn)定性和多樣性，制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

氮在水生態(tài)系統(tǒng)中的遷移與轉(zhuǎn)化是一個(gè)十分復(fù)雜的生物化學(xué)過程，涉及到系統(tǒng)中的沉積物、水生動(dòng)植物和微生物等。沉積物是水體中污染物的庫和源，大量的含氮有機(jī)質(zhì)沉積在沉積物中，在厭氧和缺氧的狀態(tài)下轉(zhuǎn)化為氨氮，不僅會(huì)造成水體黑臭現(xiàn)象，而且會(huì)對(duì)水生植物的根部造成毒害，影響水生植物的生長。而在水體中，則因?yàn)榕c大氣的交換復(fù)氧作用，水體中硝態(tài)氮的含量一般較高。在水環(huán)境的治理過程中，對(duì)水體中氮的脫除是非常重要的。但目前在水環(huán)境治理中常采用水體曝氣等方法進(jìn)行治理，其對(duì)沉積物中的氨氮和有機(jī)質(zhì)并不能進(jìn)行高效去除，且能耗較高。沉積物中的氨氮和有機(jī)質(zhì)則因?yàn)槿狈Τ渥愕碾娮邮荏w而不能得到有效降解，而水體中的硝態(tài)氮又因?yàn)槿狈Τ渥愕碾娮庸w而不能進(jìn)行有效的脫氮反應(yīng)，造成水環(huán)境中氮的積累。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本實(shí)用新型的技術(shù)目的在于提供一種用于河道水質(zhì)提升的可移動(dòng)、運(yùn)行過程能耗低的新型微生物燃料電池，該新型微生物燃料電池利用河道中沉積物和水體中分別含有較高的氨氮和硝態(tài)氮的特點(diǎn)，通過在沉積物中放置高比表面積的陽極作為電子受體，在水體中放置高反硝化性能的陰極接收氨氮氧化的電子作為反硝化的電子供體，進(jìn)行污染水體的無動(dòng)力原位修復(fù)。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：

一種用于河道水質(zhì)提升的新型微生物燃料電池，其包括漂浮于水體中的反硝化三維陰極、放置在沉積物中的三維陽極、導(dǎo)線和可變電阻，通過所述導(dǎo)線將反硝化三維陰極、三維陽極以及可變電阻串聯(lián)起來形成一個(gè)回路，所述的反硝化三維陰極與浮體結(jié)構(gòu)連接。

進(jìn)一步地，所述的浮體結(jié)構(gòu)與反硝化三維陰極連接，使反硝化三維陰極懸浮于水面以下的水體中。

進(jìn)一步地，所述的三維陽極為生物質(zhì)炭與陽極多孔碳纖維組成的三維電極結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述的三維陽極的制備方法為：將生物質(zhì)炭粉碎后過50-300目篩，獲取顆粒生物質(zhì)炭；利用50-300目尼龍網(wǎng)將顆粒生物質(zhì)炭包裹，然后將連接有導(dǎo)線的多孔碳纖維電極插入其中。

進(jìn)一步地，所述的反硝化三維陰極為固定有反硝化菌的生物質(zhì)炭與陰極多孔碳纖維組成的三維電極結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述的反硝化三維陰極的制備方法為：

(1)固定有反硝化菌的生物質(zhì)炭制備：將反硝化菌培養(yǎng)后制備反硝化菌懸液，將生物質(zhì)炭材料浸泡在反硝化菌懸液中24-48h，過濾得到固定有反硝化菌的生物質(zhì)炭；

(2)反硝化三維陰極的制備：利用50-300目尼龍網(wǎng)將固定有反硝化菌的生物質(zhì)炭包裹，然后將連接有導(dǎo)線的多孔碳纖維電極插入其中。

進(jìn)一步地，所述的導(dǎo)線是鈦絲、銅絲或鋁絲材質(zhì)的導(dǎo)線。

本實(shí)用新型同時(shí)提供了一種新型微生物燃料電池在同時(shí)去除沉積物中氨氮和有機(jī)質(zhì)污染物及水體中硝態(tài)氮的應(yīng)用。