CN102329007A - 一种微生物脱盐电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微生物脱盐电池。所述微生物脱盐电池包括阳极室、脱盐室和阴极室;所述阳极室与所述脱盐室之间设有阴膜;所述脱盐室与所述阴极室之间设有阳膜;所述阳极室内设有阳极,所述阳极上附着有产电微生物膜;所述阴极室内设有阴极;所述阳极与所述阴极通过导线相连通;所述脱盐室内设有阴阳离子交换树脂。本发明提供的微生物脱盐电池,在传统微生物脱盐电池(MDC)的构型上,借鉴填充床电渗析的工作原理,在脱盐室中加入阴阳离子交换树脂,通过树脂对阴阳离子的吸附实现脱盐,同时利用MDC内部电场的作用实现树脂的脱附再生与阴阳离子的移除,最终从效果上降低MDC的内阻,提高其污水净化、产电及脱盐过程的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物脱盐电池。
背景技术
水资源与能源都是人类赖以生存的重要资源,随着工业社会的快速发展和人口的急速增长,人类对这两种资源的需求与日俱增,供应危机日益凸显。一方面,地球上易于利用的淡水资源是陆地上的江河、湖泊和地下水的一部分,仅占世界淡水总资源的不足1%;另一方面,世界每年被污染的淡水约占总流量的14%以上,进一步加剧了水资源短缺的问题。为了扩大淡水来源,人们使用蒸馏法、电渗析及反渗透等技术进行海水淡化,而为了化解水污染问题,人们又尝试了各种污水净化方法。然而上述技术均存在能耗较高的问题,在能源日益紧缺的背景下,水资源问题将愈加棘手。
微生物脱盐电池(Microbial Desalination Cell,简称MDC)是近年诞生的一种集污水净化、产电、脱盐于一身的水处理新技术,其基本原理是在产电微生物的作用下在阳极净化有机废水,将化学能转化为电能,并在内部电场的作用下利用离子交换膜实现含盐水的淡化。该技术具有高效的污水净化功能、不耗能的海水或含盐水的脱盐功能及较有潜力的产电功能的“三合一”优势,各国学者已尝试在增大装置体积、堆叠脱盐腔体及耦合附加功能等方面进行研究,旨在进一步提高MDC的产电水平、脱盐效果及应用可行性。
发明内容
本发明的目的是提供一种微生物脱盐电池。
本发明提供的一种微生物脱盐电池,包括阳极室、脱盐室和阴极室;所述阳极室与所述脱盐室之间设有阴离子交换膜;所述脱盐室与所述阴极室之间设有阳离子交换膜;所述阳极室内设有阳极,所述阳极上附着产电微生物膜;所述阴极室内设有阴极;所述阳极与所述阴极通过导线相连通形成外电路;所述脱盐室内设有阴阳离子交换树脂。
上述的微生物脱盐电池中,所述阴阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂或弱碱性阴离子交换树脂。
上述的微生物脱盐电池中,所述强酸性阳离子交换树脂可为磺酸基交换树脂,磺酸基容易在溶液中离解出氢离子,故呈强酸性;所述强碱性阴离子交换树脂可为季胺基阴离子交换树脂,季胺基可以迅速释放出氢氧根,故呈强碱性;所述弱酸性阳离子交换树脂可为羧基交换树脂;所述弱碱性阴离子交换树脂可为伯胺基交换树脂。
上述的微生物脱盐电池中,所述阳膜和阴膜均可为电渗析离子交换膜,其透过率不小于90%,其爆破强度不小于0.3MPa;所述电渗析离子交换膜的厚度为0.2mm-0.5mm。
上述的微生物脱盐电池中,所述阴极可以为空气阴极或生物阴极。
上述的微生物脱盐电池中,所述阳极室和所述阴极室内的填料均可为石墨颗粒、碳毡或活性炭等;所述填料的粒径可为1mm-5mm。
本发明还提供了上述微生物脱盐电池在废水处理中的应用。
上述的应用中,所述废水为有机废水。
上述应用的具体过程可为:将待处理的废水推流进入脱盐室,阴、阳离子分别吸附在阴、阳离子交换树脂上,从而实现含盐水脱盐;废水进入阳极室,其中的有机物被产电微生物膜氧化分解而去除,产电微生物膜将呼吸链的电子传递到阳极,电子再经外电路传递到阴极实现外电流,外电流方向为由阴极指向阳极;内电流的方向为由阳极指向阴极,在电场力的驱动下,阴阳离子交换树脂上的阴离子和阳离子脱附下来,完成阴阳离子交换树脂的再生,阴离子穿过阴膜进入阳极室,阳离子穿过阳膜进入阴极室,从而实现废水净化、产电及脱盐的过程。
本发明提供的微生物脱盐电池,在传统微生物脱盐电池(MDC)的构型上,借鉴填充床电渗析的工作原理,在脱盐室中加入阴阳离子交换树脂,通过树脂对阴阳离子的吸附实现脱盐,同时利用MDC内部电场的作用实现树脂的脱附再生与阴阳离子的移除,最终从效果上降低MDC的内阻,提高其污水净化、产电及脱盐过程的效率。
附图说明
图1为本发明的微生物脱盐电池的结构示意图。
图中各标记如下:1阳极室、2脱盐室、3阴极室、4阳极、5阴极、6厌氧产电微生物膜、7阴离子交换膜、8阳离子交换膜。
具体实施方式
下述结合附图对发明做进一步说明,但本发明并不局限于以下实施例。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
本发明提供的微生物脱盐电池包括阳极室1、阴极室3和脱盐室2;阳极室1和脱盐室2之间设有阴离子交换膜7,阴极室3和脱盐室2之间设有阳离子交换膜8;阴离子交换膜7和阳离子交换膜8为透过率90%的无毒工业用电渗析离子交换膜,厚度为0.2mm,爆破强度0.3MPa;脱盐室2中填充有磺酸基阴、阳离子交换树脂,粒径分别为0.6mm和0.8mm;阳极室1内设有阳极4,阴极室3内设有阴极5,为生物阴极,下部有溶解氧供给;阳极4与阴极5的材料均为石墨棒,为增大产电微生物的附着面积,提高电流密度;阳极室1与阴极室3内均填充碳毡,粒径为1-1.5cm;阳极4上包覆有产电微生物膜6,用于对废水中的有机物进行分解;阳极4和阴极5通过导线相连接形成外电路。
上述的微生物脱盐电池中,阴离子交换膜7和阳离子交换膜8的厚度均可在0.2mm-0.5mm之间范围内进行调节;阴阳离子交换树脂还可为强碱性、弱酸性或弱碱性阴阳离子交换树脂;阳极室1内的填料还可为石墨颗粒或活性炭等;阴极5还可为空气阴极。
使用上述微生物脱盐电池时,将含盐量为5g/L的含盐水连续流入脱盐室2,阴离子和阳离子分别吸附在磺酸基阴阳离子交换树脂上,实现脱盐过程;阳极室1保持厌氧状态,可生化处理的有机废水进入阳极室1,在产电微生物膜6的氧化分解作用下有机物得到去除,产电微生物膜6将电子传递到阳极4,电子再经外电路传递到阴极实现外电流,外电流方向为由阴极5指向阳极4;此时内电流的方向为由阳极4指向阴极5,在电场力的驱动下,阴阳离子交换树脂上的阴离子和阳离子脱附下来,完成阴阳离子交换树脂的再生,同时阴离子穿过阴膜7进入阳极室1,阳离子穿过阳膜8进入阴极室3。当该微生物脱盐电池在外阻为10欧姆时,脱盐室2水流空塔停留时间为25h时,脱盐率达40%。
Claims (6)
1.一种微生物脱盐电池,包括阳极室、脱盐室和阴极室;所述阳极室与所述脱盐室之间设有阴离子交换膜;所述脱盐室与所述阴极室之间设有阳离子交换膜;所述阳极室内设有阳极,所述阳极上附着有产电微生物膜;所述阴极室内设有阴极;所述阳极与所述阴极通过导线相连通形成外电路;其特征在于:所述脱盐室内设有阴阳离子交换树脂。
2.根据权利要求1所述的微生物脱盐电池,其特征在于:所述阴阳离子交换树脂为强酸性阴阳离子交换树脂、强碱性阴阳离子交换树脂、弱酸性阴阳离子交换树脂或弱碱性阴阳离子交换树脂。
3.根据权利要求1或2所述的微生物脱盐电池,其特征在于:所述阳离子交换膜和阴离子交换膜的厚度均为0.2mm-0.5mm。
4.根据权利要求1-3中任一所述的微生物脱盐电池,其特征在于:所述阴极为空气阴极或生物阴极。
5.根据权利要求1-4中任一所述的微生物脱盐电池,其特征在于:所述阳极室和所述阴极室内的填料均为石墨颗粒、碳毡或活性炭;所述填料的粒径为1mm-5mm。
6.权利要求1-5中任一所述微生物脱盐电池在废水处理中的应用。
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