CN101383425A - 一种两段式微生物燃料电池 - Google Patents

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袁振宏
孙永明
李连华
吕鹏梅
庄新姝
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Abstract

本发明公开了一种两段式微生物燃料电池，包括有阴极室和阳极室，在该阴极室内插入有阴极，在所述阳极室内插入有阳极，在所述阴极室内设有好氧微生物培养基，所述阴极表面挂有好氧微生物薄膜。可以实现将两段式污水处理工艺与发电过程相结合，实现难降解污水的厌氧好氧两步工艺彻底降解污水，同时利用好氧微生物电化学活性作为阴极微生剂，以氧气作为电子受体，实现连续产电，提高电流密度，降低常规阴极催化剂成本，并可利用阴极好氧微生物测定污水BOD；本发明工艺结构简单，易于操作，废水中潜在的电能是其处理成本的10倍，利用潜在电能的1/20，污水处理厂就可以解决污水处理成本。

Description

一种两段式微生物燃料电池
技术领域
本发明涉及一种两段式微生物燃料电池，尤其对于含高COD污水处理的一种产电装置。
背景技术
微生物燃料电池是利用微生物电化学活性作为催化剂，将有机物质化学能直接转化为电能的一种装置，其能量转化效率达到80％，是将污水处理与发电有机结合在一起的新型技术。公知的微生物燃料电池是在阳极室注入污水，设置在阳极室内的厌氧微生物降解有机物质，而在阴极室采用氧化还原电位高的化学物质作为电子受体，如氧、铁氰化钾、高锰酸钾等溶液，在金属催化剂如Pt的作用下，发生还原反应，并形成闭合回路。阴极催化剂在微生物燃料电池中处于重要位置，没有催化剂的催化，就不会发生阴极还原反应。当前主要使用的阴极催化剂是铂等金属，成本较高，且催化剂表面容易附着一些物质，使催化剂失活。
无论是两室的、还是单室的微生物燃料电池，都仅在阳极室利用厌氧微生物对高COD的污水进行一段厌氧处理，而现在微生物燃料电池厌氧处理阶段COD去除率仅为80％，余下的20％COD没能处理就直接排出或另行处理。
因此目前都在积极研究探索催化性能好、价格便宜且使用寿命长的催化剂，使得污水不仅能在阳极室得到净化，而且能在阴极室进一步得到净化，以达到排污标准要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的微生物燃料电池不能有效地降解含N、P等高COD的污水，无法降低微生物燃料电池构建成本的问题，提供一种微生物燃料电池装置，该电池不仅能实现进行厌氧好氧两步工艺，彻底降低COD，满足污水处理要求，而且利用好氧微生物或酶作为阴极催化剂，而不用常规金属催化剂，降低了电池成本；实现连续产电，同时采用多个阳极，提高电流密度。
为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种两段式微生物燃料电池，包括有阴极室和阳极室，在该阴极室内插入有阴极，在所述阳极室内插入有阳极，在所述阴极室内设有好氧微生物培养基，所述阴极表面挂有好氧微生物薄膜。
对于难降解的高COD、含N、P等有机物的污水仅在阳极室单用厌氧处理一般降解不完全，通过在阴极室中的好氧条件下，以氧气作为电子受体，能彻底降解污水，达到污水排放要求。
所述好氧微生物培养基为来自污泥的好氧微生物的接种培养基。
所述阳极为多个，该多个阳极相互串联形成一个阳极输出端。将多个阳极串联起来形成一个输出阳极端，提高电流密度，同时提高输出功率。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：可以实现将两段式污水处理工艺与发电过程相结合，实现难降解污水的厌氧好氧两步工艺彻底降解污水，同时利用好氧微生物电化学活性作为阴极微生剂，以氧气作为电子受体，实现连续产电，提高电流密度，降低常规阴极催化剂成本，并可利用阴极好氧微生物测定污水BOD；本发明工艺结构简单，易于操作，废水中潜在的电能是其处理成本的10倍，利用潜在电能的1/20，污水处理厂就可以解决污水处理成本。
附图说明
图1为本发明的工作原理示意图；
图2为本发明结构示意图；
附图标记说明：1进料口，2、阳极室，3、阳极，31、阳极输出端，4、厌氧段出水口，5质子交换膜，6、好氧段进水口，7、阴极室，8、阴极，9、电阻，10、溢流口，11、好氧微生物培养基，12、好氧微生物薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
请参阅图1和图2所示，一种两段式微生物燃料电池，包括有由质子交换膜5分隔开的阴极室7和阳极室2，阳极室2和阴极室7仅有质子氢可通过，阴极室7与大气相通，并进行曝气，阴极室7要高于阳极室2，并在阴极室7的上端设有溢流口10；在阳极室2内插入有阳极3，在阴极室7内插入有阴极8，电极材料是利用比表面积较大的碳布或碳粘制成，在阳极室2中利用厌氧微生物作为阳极催化剂，使得阳极室2内完全厌氧，阴极室7内是利用具有电化学活性好氧微生物作为阴极催化剂，具体是在阴极室7内设有好氧微生物培养基11，阴极8表面挂有好氧微生物薄膜12。
将厌氧污泥接种在阳极室2，并用与污水相似的培养基对菌种进行驯化，培养挂膜后，逐渐泵入含N、P等的有机污水进入到微生物燃料电池的阳极室2，经过一定时间后，在阴极室7接种好氧污泥，使其在阴极8上挂膜。在该两段式微生物燃料电池结构中，还包含有一个电路回路，即：阳极3通过电阻9与阴极8电连接。
本发明的工艺过程为：高COD含量的有机污水从进料口1泵入阳极室2，在厌氧菌的作用，降解有机物，产生电子和质子氢，电子通过外电路阴极，质子氢通过质子交换膜5到达阴极8表面，在阴极8表面好氧微生物的催化作用下，氧气得到电子，形成闭合回路，产生电流；厌氧过程能降解80％的有机物，而含有20％COD的污水从阳极室2底部的厌氧段出水口4流出，并测定污水COD，若COD不能达到排污标准，则将此污水从阴极室7底部的好氧段进水口6流入阴极室7内，在好氧条件下，将含N、P等有机物在氧气作用下完全氧化为单体，并通过设置在阴极室7上端的溢流口10排出处理后的水，溢流口10的设置有利于处理后的水引流出来回用。
进一步的，在阳极室2中可设置多个阳极3，本实施例设置八个阳极，并相互串联形成一个阳极输出端31，与电阻9串联后与阴极8电连接。
上述形成的两段式厌氧好氧处理高COD污水的微生物燃料电池，不仅实现连续产电，且能达到污水的彻底处理。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1、一种两段式微生物燃料电池，包括有阴极室(7)和阳极室(2)，所述阴极室(7)内插入有阴极(8)，在所述阳极室(2)内插入有阳极(3)，其特征在于：在所述阴极室(7)内设有好氧微生物培养基(11)，所述阴极(8)表面挂有好氧微生物薄膜(12)。
2、如权利要求1所述的两段式微生物燃料电池，其特征在于：所述好氧微生物培养基(11)为取自污泥的好氧微生物接种的培养基。
3、如权利要求1或2所述的两段式微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极(3)为多个，该多个阳极(3)相互串联形成一个阳极输出端(31)。
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