CN102329006B - 同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统 - Google Patents

同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102329006B
CN102329006B CN201110213719.XA CN201110213719A CN102329006B CN 102329006 B CN102329006 B CN 102329006B CN 201110213719 A CN201110213719 A CN 201110213719A CN 102329006 B CN102329006 B CN 102329006B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
anode
electrogenesis
microorganism
photocathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110213719.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102329006A (zh
Inventor
王云海
陈庆云
王白石
顾昕
杨涛
宋扬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Vojssen environmental protection Polytron Technologies Inc
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201110213719.XA priority Critical patent/CN102329006B/zh
Publication of CN102329006A publication Critical patent/CN102329006A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102329006B publication Critical patent/CN102329006B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，包括电解池以及设置在电解池内将电解池分为阳极室和阴极室的离子交换膜，在阳极室和阴极室内分别设置有阳极和光阴极，阳极与光阴极通过导线与电阻相连接，光阴极侧的一面设置有完全透光的石英玻璃窗口，阳极由产电微生物及阳极基底组成，光阴极采用具有太阳光响应的半导体材料，所述的阳极室内盛放有含有机污染物的污水，阴极室内盛放有电解质溶液。本发明在同一个微生物光电化学池内，污水中有机污染物被阳极上附着的产电微生物氧化成二氧化碳，同时释放出电子和质子，质子通过电解质转移到阴极而被光阴极还原成氢气，电子通过外电路传导到阴极，产生电能。

Description

同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统
技术领域
本发明属于环境保护水处理、应用化学和新能源领域，具体涉及一种同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统。
背景技术
微生物燃料电池技术能够将污水中有机物所含的能量转换成电能收集起来。但目前微生物燃料电池技术在依靠阳极产电微生物处理污水的同时，阴极往往是将氧气还原成水，总的反应是有机物被氧气氧化成了水和二氧化碳。随着能源危机及清洁能源的需求增加，氢气作为一种高热值的清洁能源物质而备受人们关注，它的各种制备技术如太阳能光解水法、微生物发酵法、生物质超临界气化、石油裂解等也引起了人们的注意。但从污水中提取氢能的技术却很少报道，由于污水中有机物在阳极被氧化的电位显示一定的负值，而在同样条件下阴极析出氢气的电位也偏负，该反应不能自发发生，要想提取出污水中有机物质中的氢气需要施加额外的能量。因此有人将污水中的能量通过微生物电解池技术以氢气的形式提取出来，微生物电解池需要额外施加电能即在阴阳极之间施加一个偏压，实现污水处理与产氢。
通过输入太阳光能，也是一种向系统施加能量的方式。生物阳极氧化污水中的有机污染物，产生质子于电子，而光阴极通过吸收太阳光产生空穴和电子，生物阳极产生的电子通过外电路与光阴极产生的空穴结合输出电能，而光阴极产生的电子则与水反应产生氢气。该反应可自发发生，向外输出电能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，为水处理技术提供一种简单、方便、高效的处理装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括电解池以及设置在电解池内将电解池分为阳极室和阴极室的离子交换膜，在阳极室和阴极室内分别设置有阳极和光阴极，阳极与光阴极通过导线与电阻相连接，光阴极侧的一面设置有完全透光的石英玻璃窗口，阳极由产电微生物及阳极基底组成，光阴极采用具有太阳光响应的半导体材料，所述的阳极室内盛放有含有机污染物的污水，阴极室内盛放有电解质溶液。
所述的产电微生物由厌氧颗粒污泥驯化得到，阳极基底为炭毡、炭布、炭纸、玻璃碳、炭黑或石墨。
所述的含有机污染物的污水为含乙酸盐、葡萄糖、淀粉、氨氮或蛋白质等可生化降解有机物的废水。
所述的具有太阳光响应的半导体材料为铁酸钙、硫化镉、硫化锌、二氧化钛或掺杂二氧化钛。
所述的电解质溶液为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、氯化钠、氯化钾、氯化钙、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾溶液中的一种或多种溶液组成。
所述的离子交换膜采用只允许阴离子或者只允许阳离子通过的离子交换膜。
所述的电解池采用有机玻璃或玻璃制成。
本发明由离子交换膜隔开的阳极室和阴极室。阳极为附着的产电微生物，阳极室盛有污水；而阴极为具有可见光响应的半导体光电极，阴极室盛有导通离子用的电解质水溶液。在同一个光电化学池内，污水中有机污染物被阳极上附着的产电微生物氧化成二氧化碳，同时释放出电子和质子，质子通过电解质转移到阴极而被光阴极还原成氢气，电子通过外电路传导到阴极，产生电能。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括电解池1以及设置在电解池1内将电解池分为阳极室7和阴极室8的只允许阴离子或者只允许阳离子通过的离子交换膜6，在阳极室7和阴极室8内分别设置有阳极2和光阴极4，阳极2与光阴极4通过导线与电阻3相连接，电解池1由有机玻璃制成，为了完全透过太阳光，光阴极4侧的一面设置有完全透光的石英玻璃窗口5，阳极2由产电微生物及阳极基底组成，产电微生物由厌氧颗粒污泥驯化得到，阳极基底为炭毡、炭布、炭纸、玻璃碳、炭黑或石墨，此类阳极基底能使产电微生物附着并能将微生物氧化有机物产生的电子转移到外电路。光阴极4采用具有太阳光响应的半导体材料铁酸钙、硫化镉、硫化锌、二氧化钛或掺杂二氧化钛，所述的阳极室7内盛放有含有机污染物的污水，含有机污染物的污水为含乙酸盐、葡萄糖、淀粉、氨氮或蛋白质等可生化降解有机物的废水，阴极室8内盛放有硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、氯化钠、氯化钾、氯化钙、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾溶液中的一种或多种溶液组成的电解质溶液。
实施例1：以炭布作阳极基底，碳布上预先采用微生物燃料电池的阳极培养方法附着了产电微生物，沉积在ITO玻璃上的铁酸钙作光阴极，以阳离子交换膜将电解池隔成阴极室和阳极室，阳极室为圆柱形上留一小孔作为取样检测用，尺寸为直径2cm长3cm，装满含有乙酸钠的废水约20mL，COD为1249mg/L；阴极室也为圆柱形上有一孔作为取样检测用，尺寸同阴极室，只是在端面开有一石英玻璃窗口，以保证光线照射，装满0.1M硫酸钠水溶液。阴极和阳极通过一个10欧姆的电阻用导线连接。整个装置置于光照培养箱内，以模拟太阳光照射及保证适宜的微生物生长温度，检测电阻两端的电压，稳定时约为10mV，经过约20h的处理，电阻两端电压降为0.1mV，放出电能约为0.7焦耳，同时检测阳极室废水COD和阴极室氢气的量，阳极室COD降为约250mg/L，COD被去除了80％。而阴极室中氢气的量约为200umol。
实施例2：以炭布作阳极基底，碳布上预先采用微生物燃料电池的阳极培养方法附着了产电微生物，沉积在ITO玻璃上的铁酸钙作光阴极，以阳离子交换膜将电解池隔成阴极室和阳极室，阳极室为圆柱形上留一小孔作为取样检测用，尺寸为直径2cm长3cm，装满约20mL浓度为约400mg/L COD的生活污水；阴极室也为圆柱形上有一孔作为取样检测用，尺寸同阴极室，只是在端面开有一石英玻璃窗口，以保证光线照射，装满0.1M硫酸钠水溶液。阴极和阳极通过一个5欧姆的电阻用导线连接。整个装置置于光照培养箱内，以模拟太阳光照射及保证适宜的微生物生长温度，检测电阻两端的电压，稳定时约为6mV，经过20h的处理，电阻两端电压降为0.1mV，合计放出电能约0.4焦耳，同时检测阳极室废水COD和阴极室氢气的量，阳极室COD为100mg/L，COD被去除了约75％。而阴极室中氢气的量约为300umol。
通过本发明的实施，可以实现同时在阳极室处理污水和在阴极室产生氢气并向外电路输出电能的效果。

Claims (7)

1.同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，其特征在于：包括电解池(1)以及设置在电解池(1)内将电解池分为阳极室(7)和阴极室(8)的离子交换膜(6)，在阳极室(7)和阴极室(8)内分别设置有阳极(2)和光阴极(4)，阳极(2)与光阴极(4)通过导线与电阻(3)相连接，光阴极(4)侧的一面设置有完全透光的石英玻璃窗口(5)，阳极(2)由产电微生物及阳极基底组成，光阴极(4)采用具有太阳光响应的半导体材料，所述的阳极室(7)内盛放有含有机污染物的污水，阴极室(8)内盛放有电解质溶液，所述的电解池(1)采用玻璃制成。
2.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，其特征在于：所述的产电微生物由厌氧颗粒污泥驯化得到，阳极基底为炭毡、炭布、炭纸、玻璃碳、炭黑或石墨。
3.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，其特征在于：所述的含有机污染物的污水为含乙酸盐、葡萄糖、淀粉、氨氮或蛋白质等可生化降解有机物的废水。
4.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，其特征在于：所述的具有太阳光响应的半导体材料为铁酸钙、硫化镉、硫化锌、二氧化钛或掺杂二氧化钛。
5.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，其特征在于：所述的电解质溶液为硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、氯化钠、氯化钾、氯化钙、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾溶液中的一种或多种溶液组成。
6.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，其特征在于：所述的离子交换膜采用只允许阴离子或者只允许阳离子通过的离子交换膜。
7.根据权利要求1所述的同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统，其特征在于：所述玻璃包括有机玻璃。
CN201110213719.XA 2011-07-28 2011-07-28 同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统 Active CN102329006B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110213719.XA CN102329006B (zh) 2011-07-28 2011-07-28 同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110213719.XA CN102329006B (zh) 2011-07-28 2011-07-28 同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102329006A CN102329006A (zh) 2012-01-25
CN102329006B true CN102329006B (zh) 2015-05-20

Family

ID=45481003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110213719.XA Active CN102329006B (zh) 2011-07-28 2011-07-28 同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102329006B (zh)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103131856A (zh) * 2013-02-28 2013-06-05 中国科学院城市环境研究所 一种用于硫化铜矿浸出的生物电化学系统
CN103296299A (zh) * 2013-05-31 2013-09-11 中国科学技术大学 生物光电化学池
CN103401008B (zh) * 2013-07-31 2016-10-05 华南理工大学 利用电容性阳极储存生物电能的方法和装置
CN103469240A (zh) * 2013-09-03 2013-12-25 上海师范大学 一种染料降解与产氢协同促进的反应装置和制备方法
CN103449564B (zh) * 2013-09-16 2014-09-17 中国海洋石油总公司 一种微串联光电催化氧化废水处理装置
CN103523866B (zh) * 2013-09-17 2015-12-23 吉林大学 一种降解有机质回收其所含能量的生物阴极法
CN103588307B (zh) * 2013-11-29 2015-06-24 中国科学技术大学 一种处理染料废水的方法
CN103757656B (zh) * 2014-01-20 2016-02-03 中国工程物理研究院化工材料研究所 结合原电池和光电化学电池的光电化学制氢装置
CN103952717A (zh) * 2014-05-07 2014-07-30 北京化工大学 一种光电化学分解水与有机合成相互耦合的串联反应设计方法
CN104141147B (zh) * 2014-08-01 2016-08-24 太原理工大学 微生物燃料电池自驱动微生物电解池制氢储氢方法
CN104671589B (zh) * 2015-01-23 2016-10-05 浙江工商大学 一种基于光电催化-自养生物膜的废水脱氮处理方法
CN104701561B (zh) * 2015-02-05 2017-03-22 浙江工商大学 一种光电‑微生物复合阳极微生物燃料电池及处理生活污水的方法
CN105293688B (zh) * 2015-10-22 2017-12-22 大连理工大学 一种耦合生物阳极电催化去除水中硝酸盐氮的系统
CN106587280B (zh) * 2016-11-11 2020-02-07 西安交通大学 协同处理有机废液和重金属废液并产电的光电化学方法和装置
CN106684419B (zh) * 2017-02-21 2020-07-17 南京大学 一种光助微生物燃料电池
CN110112449B (zh) * 2019-06-06 2022-01-18 哈尔滨工业大学 一种高效还原二氧化碳的光催化阴极型微生物燃料电池及利用其还原二氧化碳的方法
CN110330080A (zh) * 2019-07-18 2019-10-15 太原理工大学 一种光助电控离子交换工艺及处理低浓度废水中阴离子的方法
CN110592607A (zh) * 2019-08-09 2019-12-20 国电新能源技术研究院有限公司 一种有机物直接燃料电池与电解制氢耦合的系统
TWI758844B (zh) * 2020-09-03 2022-03-21 擁泉科技股份有限公司 循環經濟之事業廢棄物資源能源再製造系統與方法
CN113388845B (zh) * 2021-06-11 2023-04-14 四川大学 微生物-光电化学-热电化学耦合产氢系统
CN113479993A (zh) * 2021-07-06 2021-10-08 四川大学 热电辅助的微生物-光电化学系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101180127A (zh) * 2005-03-31 2008-05-14 日铁矿业株式会社 处理硫化氢的方法、生产氢的方法、和光催化反应设备
CN101853973A (zh) * 2010-05-07 2010-10-06 北京理工大学 一种用于太阳能制氢的纳米结构光电化学电池及制备方法
CN101908418A (zh) * 2009-06-04 2010-12-08 青岛生物能源与过程研究所 一种光驱动降解废水产氢的杂化电池及其应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050092618A1 (en) * 2003-10-30 2005-05-05 Srinivasan Venkatesan Process and apparatus for removing chloride and sodium ions from an aqueous sodium chloride solution
US20100270158A1 (en) * 2009-04-22 2010-10-28 The Penn State Research Foundation Desalination devices and methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101180127A (zh) * 2005-03-31 2008-05-14 日铁矿业株式会社 处理硫化氢的方法、生产氢的方法、和光催化反应设备
CN101908418A (zh) * 2009-06-04 2010-12-08 青岛生物能源与过程研究所 一种光驱动降解废水产氢的杂化电池及其应用
CN101853973A (zh) * 2010-05-07 2010-10-06 北京理工大学 一种用于太阳能制氢的纳米结构光电化学电池及制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
同步废水处理及产氢的微生物电解池研究进展;王利勇等;《现代化工》;20090820;第29卷(第08期);全文 *
废水同步生物处理与微生物电解池产氢的研究进展;王利勇等;《现代化工》;20100930;第30卷(第9期);第1.1节、第1.2节、第2.1节、第2.3节、图1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102329006A (zh) 2012-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102329006B (zh) 同时产电、产氢及污水处理的微生物光电化学系统
Abbasi et al. Anaerobic microbial fuel cell treating combined industrial wastewater: Correlation of electricity generation with pollutants
Durruty et al. Evaluation of potato-processing wastewater treatment in a microbial fuel cell
CN102340015B (zh) 能够同时实现产电、产氢及污水处理的微生物电化学系统
CN105621826A (zh) 一种预处理联合电化学技术促进剩余活性污泥厌氧消化产甲烷的方法
CN101958424B (zh) 用于制氢的套筒型无膜微生物电解电池
Keruthiga et al. Sugar industry waste-derived anode for enhanced biohydrogen production from rice mill wastewater using artificial photo-assisted microbial electrolysis cell
Eker et al. Hydrogen gas production from electrohydrolysis of industrial wastewater organics by using photovoltaic cells (PVC)
CN101710626B (zh) 一种单室微生物燃料电池及其在废水处理中的应用
Tuna et al. Hydrogen gas production by electrohydrolysis of volatile fatty acid (VFA) containing dark fermentation effluent
CN101299463A (zh) 光燃料电池
RU145009U1 (ru) Микробный топливный элемент и схема сборки таких элементов
Kargi et al. Electrohydrolysis of landfill leachate organics for hydrogen gas production and COD removal
CN103861463A (zh) 一种电化学辅助的源分离尿液生物脱氮的方法
CN106848360A (zh) 一种三阳极共用单阴极型脱氮微生物燃料电池
CN110745811B (zh) 一种羟基磷灰石/石墨烯气凝胶阳极及其制备方法
Ma et al. Energy recovery from tubular microbial electrolysis cell with stainless steel mesh as cathode
CN102544562A (zh) 一种空气透过阴极双室微生物燃料电池
CN108569757A (zh) 一种利用电化学装置处理磺胺类废水并同步制氢的方法
Rathinavel et al. Algal microbial fuel cells—nature’s perpetual energy resource
CN203346383U (zh) 利用有机废弃物制氢的装置
CN104828939B (zh) 一种含磷有机废水多段除磷产磷化氢的方法
CN201648379U (zh) 单池电解协助发酵产氢装置
CN103715433A (zh) 一种电气石-聚苯胺复合电极的制备方法及应用
CN103864201A (zh) 一种利用源分离尿液微生物电解制取氢气的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20170605

Address after: 523085 Guangdong city of Dongguan province water Road No. 96 branch of the international information industry park 20

Patentee after: Guangdong Vojssen environmental protection Polytron Technologies Inc

Address before: 710049 Xianning West Road, Shaanxi, China, No. 28, No.

Patentee before: Xi'an Jiaotong University