CN103887552B - 可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器 - Google Patents

可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器 Download PDF

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Abstract

可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，主要包括阳极反应区、过渡区、阴极反应区、曝气室和缓冲室，阳极反应区、过渡区和阴极反应区依次相接，曝气室与缓冲室通过开孔相连通且两者均与阴极反应区相接；本发明采用穿孔板过渡区代替昂贵的质子交换膜，实现质子流动的同时，使氨氮一同随水流流动进入阴极反应区，而阴极反应区通过溶氧回流的方式，实现同步硝化反硝化的同时，避免了氧气扩散进入阳极室，从而避免了阳极好氧库仑损失；本发明反应器可以含氨氮废水为燃料产生电能，实现同步硝化反硝化脱氮和生物产电，降低生物脱氮费用，且采用无膜反应器，在保证产电效率的同时可有效降低微生物燃料电池的运行成本。

Description

可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器
技术领域
本发明属于无膜微生物燃料电池反应器，具体涉及一种可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器。
背景技术
水资源是不可替代的自然资源之一，是人类生存与可持续发展的基础。随着社会的进步与经济的发展，水环境污染日趋严重，已成为世界性的难点、热点和重点问题。能源是人类生存和发展的物质基础，是经济和社会发展的基本动力，也是人类文明进步的先决条件。然而，随着社会的进步、经济的发展和人口的不断增长，人类对能源的需求越来越大。全世界每年用于处理污水消耗的能源巨大，给社会和经济发展带来了严重的负担。污水处理的同时回收能量成为世界各国研究的焦点，可以最大限度的实现污水处理的可持续发展。
微生物燃料电池是利用微生物催化作用使有机物（如有机酸、蛋白质、糖类等）降解，将化学能直接转化为电能的装置，具有效率高、无污染等特点。利用微生物燃料电池处理实际生活污水，可在高效的去除污染物的同时，实现有效产电。
近年来，微生物燃料电池生物阴极研究越发广泛，这种情况下，阴极反应的催化剂是微生物。生物阴极比非生物阴极更具优势，例如结构和运行成本可得到降低，因为无需成本较高的催化剂（例如platinum）或者介体，并且生物阴极可产生其他收益，例如反硝化可与阴极反应结合。至今已有一些研究考察了微生物燃料电池中生物阴极的应用，有学者报道了醋酸盐氧化阳极与暴露于空气中的生物阴极结合产电的管式微生物燃料电池。反硝化能直接通过非有机电子供体如H2或甚至是由电极直接提供的电子实现，能够提供反硝化所需碳源的约40%和硝化需氧的25%；生物阴极还可实现同步硝化反硝化，无明显硝化产物积累表明硝化反硝化是同步进行的，且无需能量输入；当阴极DO升高时，硝化速率提高，导致硝化反硝化不平衡，所以DO不宜过高；营养物梯度导致生物膜分层，表层硝化菌优势，内层反硝化菌优势；而MFC开路情况下，由于缺乏电子供体而抑制了反硝化，阴极上电子的能量限制了反硝化速率，动力学因素限制了反硝化速率。
然而，现有微生物燃料电池的发展仍有许多问题亟待解决，一是尽管微生物燃料电池被证明具有良好的有机物去除能力，但对于污水中重要存在的氮元素的去除能力尚不尽如人意。随着水体富营养化日益加剧，具有同步去除有机物和氮元素的微生物燃料电池的价值显得更加尤为重要。因而，关于利用微生物燃料电池技术实现有机物降解和氮类物质去除已成为研究热点。但是目前所开发的微生物燃料电池反应器，均为有膜反应器，而昂贵的质子交换膜成为微生物燃料电池实际应用的阻碍。
因此，如何克服现有技术的不足而提供一种可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料燃料电池反应器已成为现有领域亟待解决的技术难题。
发明内容
解决的技术问题：本发明的目的是提供一种可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，该反应器可同时实现阳极有机物降解、阴极脱氮及系统产电。
本发明的技术方案：
可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，包括阳极反应区、过渡区、阴极反应区、曝气室和缓冲室，阳极反应区、过渡区和阴极反应区依次相接，曝气室与缓冲室通过开孔相连通且两者均与阴极反应区相接；其中：反应器设有顶盖，阳极反应区一侧壁底部设有排泥管，另一相对平行侧壁设有阳极回流管A排泥管上部的侧壁上设阳极回流管B、进水管和折流板A，折流板A一端与阳极反应区的侧壁固定连接，折流板A之间为石墨毡A，阳极反应区顶盖上设有一组排气管A、一组取样孔A、一组参比电极放置孔A和一组导线孔A，石墨毡A通过穿过导线孔A的钛线与外电路相连；过渡区由两块穿孔板与反应器的两侧壁构成；阴极反应区侧壁设有第一阴极回流管A、第二阴极回流管A和出水管，侧壁中部设有折流板B，折流板B一端与阴极反应区的侧壁固定连接，折流板B之间为石墨毡B，阴极反应区顶盖上设有一组排气管B、一组取样孔B、一组参比电极放置孔B和一组导线孔B，石墨毡B通过穿过导线孔B的钛线与外电路相连；曝气室内设有曝气器，曝气器通过蠕动泵管与外充氧泵相连，曝气室侧壁设有阴极回流管B，曝气室顶端顶盖上设有曝气室开孔；缓冲室底部设有阴极回流管C，缓冲室顶端的顶盖上设有溶氧测定仪测定开孔。
所述穿孔板左下方、右下方、左侧中部或右侧中部设有穿孔，穿孔的长、宽分别为100mm、60mm。
所述阳极反应区和阴极反应区的体积比为2~4:1，过渡区和阴极反应区的体积比为0.5~0.7:1，曝气室和阴极反应区的体积比为0.3~0.5:1，缓冲室和阴极反应区的体积比为0.15~0.25:1。
所述阴极反应区的一侧壁顶部设有第一阴极回流管A，另一侧壁中部设有第二阴极回流管A，顶部设有出水管。
所述曝气室侧壁顶部设有阴极回流管B。
本发明实现同步硝化反硝化的原理如下：污水经进水管进入阳极反应区，水流经折流板推流时，与石墨毡上生物膜作用，有机物降解，产生质子、电子和代谢产物；电子通过外电路传输到达阴极反应区，质子、氨氮随水流推流经过渡区进入阴极反应区，代谢产物通过排泥管和上部排气管排出；阴极反应区内，氨氮与通过回流阴极管回流的富含一定浓度溶解氧的富氧水汇合，发生硝化反应，生成硝态氮，硝态氮与阳极反应区经过渡区进入阴极反应区的质子及外电路传输的电子结合，发生反硝化反应，生成氮气等，反应器出水经排水管排出，气体通过上部排气管排出。
本发明反应器以含氨氮废水为燃料产生电能，实现同步硝化反硝化脱氮和生物产电，降低生物脱氮费用；通过同步硝化反硝化，提高有机污染物和氮元素污染物的去除率；利用有机物和氨氮为燃料，提高产电效率，利用无膜反应器，可有效降低微生物燃料电池的运行成本。试验证明，本发明开发的微生物燃料电池能够实现阳极有机物高效去除、阴极有效同步硝化反硝化。
有益效果
第一，本发明反应器采用穿孔板过渡区代替昂贵的质子交换膜，实现质子流动的同时，使得氨氮一同随水流流动进入阴极反应区，而阴极反应区通过溶氧回流的方式，实现同步硝化反硝化的同时，避免了氧气扩散进入阳极室，从而避免了阳极好氧库仑损失；此外通过设置多通道折流板，在不增加反应体积的前提下，增加了水流的流线长度，使得污染物能够充分与微生物接触，增加了污染物的有效降解时间，有效提高了污染物的去除率；故该反应器可同时实现阳极有机物降解、阴极脱氮及系统产电；
第二，本发明反应器可以含氨氮废水为燃料产生电能，实现同步硝化反硝化脱氮和生物产电，降低生物脱氮费用，且采用无膜反应器，在保证产电效率的同时可有效降低微生物燃料电池的运行成本；
第三，本发明反应器基于反应器理论、微生物燃料电池原理和同步硝化反硝化机理而设计发明的，采用穿孔板过渡区代替质子交换膜，减少经济投入，适用于处理大部分城市生活污水，尤其是低碳氮比污水。
附图说明
图1为本发明反应器的结构示意图；
图2为本发明反应器的主视图；
图3为本发明反应器的后视图；
图4-1为穿孔板右下方穿孔的结构示意图；
图4-2为穿孔板左下方穿孔的结构示意图；
图4-3为穿孔板左侧中部穿孔的结构示意图；
图4-4为穿孔板右侧中部穿孔的结构示意图；
图5为本发明反应器在驯化过程中的电压输出图；
图6为本发明反应器在试验中的极化曲线；
图7为本发明反应器在试验中的内阻构成图；
图8为本发明反应器在试验时阴极不同DO浓度时TN沿程变化图；
其中：1-阳极反应区，2-过渡区，3-阴极反应区，4-曝气室，5-缓冲室，6-排泥管，7-1-阳极回流管A，7-2-阳极回流管B，8-进水管，9-1-折流板A，9-2-折流板B，10-1-石墨毡A，10-2-石墨毡B，11-1-排气管A，11-2-排气管B，12-1-取样孔A，12-2-取样孔B，13-1-参比电极放置孔A，13-2-参比电极放置孔B，14-1-导线孔A，14-2-导线孔B，15-穿孔板，16-1-第一阴极回流管A，16-2-第二阴极回流管A，16-3-阴极回流管B，16-4-阴极回流管C，17-出水管，18-曝气器，19-曝气室开孔，20-溶氧测定仪测定开孔。
具体实施方式
本发明所述曝气器为钛合金曝气器，规格为Φ40mm×50mm，购自石家庄亿达过滤设备厂；所述穿孔板为矩形板，长、宽、高分别为200mm、150mm、8mm，其左下方、右下方、左侧中部或右侧中部设有穿孔，穿孔的长、宽分别为100mm、60mm。
可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，包括阳极反应区1、过渡区2、阴极反应区3、曝气室4和缓冲室5，阳极反应区1、过渡区2和阴极反应区3依次相接，曝气室4与缓冲室5通过开孔相连通且两者均与阴极反应区3相接；其中：反应器设有顶盖，阳极反应区1一侧壁底部设有排泥管6，另一相对平行侧壁设有阳极回流管A 7-1，排泥管6上部的侧壁上设阳极回流管B 7-2、进水管8和折流板A 9-1，折流板A 9-1一端与阳极反应区1的侧壁固定连接，折流板A 9-1之间为石墨毡A 10-1，阳极反应区1顶盖上设有一组排气管A 11-1、一组取样孔A 12-1、一组参比电极放置孔A 13-1和一组导线孔A 14-1，石墨毡A 10-1通过穿过导线孔A 14-1的钛线与外电路相连；过渡区2由两块穿孔板15与反应器的两侧壁构成；阴极反应区3侧壁设有第一阴极回流管A 16-1、第二阴极回流管16-2和出水管17，侧壁中部设有折流板B 9-2，折流板B 9-2一端与阴极反应区3的侧壁固定连接，折流板B 9-2之间为石墨毡B 10-2，阴极反应区3顶盖上设有一组排气管B 11-2、一组取样孔B 12-2、一组参比电极放置孔B 13-2和一组导线孔B 14-2，石墨毡B 10-2通过穿过导线孔B 14-2的钛线与外电路相连；曝气室4内设有曝气器18，曝气器18通过蠕动泵管与外充氧泵相连，曝气室4侧壁设有阴极回流管B 16-3，曝气室4顶端顶盖上设有曝气室开孔19；缓冲室5底部设有阴极回流管C 16-4，缓冲室5顶端的顶盖上设有溶氧测定仪测定开孔20。
所述穿孔板15左下方、右下方、左侧中部或右侧中部设有穿孔，穿孔的长、宽分别为100mm、60mm。
所述阳极反应区1和阴极反应区3的体积比为2~4:1，过渡区2和阴极反应区3的体积比为0.5~0.7:1，曝气室4和阴极反应区3的体积比为0.3~0.5:1，缓冲室5和阴极反应区3的体积比为0.15~0.25:1。
所述阴极反应区3的一侧壁顶部设有第一阴极回流管A 16-1，另一侧壁中部设有第二阴极回流管A 16-2，顶部设有出水管17。
所述曝气室4侧壁顶部设有阴极回流管B 16-3。
实施例1
可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，包括阳极反应区1、过渡区2、阴极反应区3、曝气室4和缓冲室5，阳极反应区1和阴极反应区3的体积比为2:1，过渡区2和阴极反应区3的体积比为0.5:1，曝气室4和阴极反应区3的体积比为0.3:1，缓冲室5和阴极反应区3的体积比为0.15:1，阳极反应区1、过渡区2和阴极反应区3依次相接，曝气室4与缓冲室5通过开孔相连通且两者均与阴极反应区3相接；其中：反应器设有顶盖，阳极反应区1一侧壁底部设有排泥管6，用于反应代谢产物的排出，另一相对平行侧壁设有阳极回流管A 7-1，排泥管6上部的侧壁上设阳极回流管B 7-2、进水管8和折流板A 9-1，阳极回流管A 7-1、B 7-2用于阳极反应区内反应液回流，从而避免浓度梯度，折流板A 9-1一端与阳极反应区1的侧壁固定连接，可在不增加阳极反应体积的前提下，增加了水流的流线长度，使得有机物能够充分与微生物接触，增加了有机物的有效降解时间，增强污水处理效果，折流板A 9-1之间为石墨毡A 10-1，用于微生物的附着载体，阳极反应区1顶盖上设有一组排气管A11-1、一组取样孔A 12-1、一组参比电极放置孔A 13-1和一组导线孔A 14-1，石墨毡A 10-1通过穿过导线孔A 14-1的钛线与外电路相连；过渡区2由两块穿孔板15与反应器的两侧壁构成，如图4-1或4-4所示，穿孔板15为矩形，长、宽、高分别为200mm、150mm、8mm，穿孔板15右下方或右侧中部设有穿孔，穿孔的长、宽分别为100mm、60mm，穿孔板15可选用有机玻璃材质；阴极反应区3的一侧壁顶部设有第一阴极回流管A 16-1，另一侧壁中部设有第二阴极回流管A 16-2，顶部设有出水管17，侧壁中部设有折流板B 9-2，折流板B 9-2一端与阴极反应区3的侧壁固定连接，折流板B 9-2之间为石墨毡B 10-2，阴极反应区3顶盖上设有一组排气管B 11-2、一组取样孔B 12-2、一组参比电极放置孔B 13-2和一组导线孔B 14-2，石墨毡B 10-2通过穿过导线孔B 14-2的钛线与外电路相连；曝气室4内设有曝气器18，曝气器18通过蠕动泵管与外充氧泵相连，用于阴极反应区3内回流溶解氧的供给，曝气室4侧壁中部设有阴极回流管B 16-3，曝气室4顶端顶盖上设有曝气室开孔19，用于设置溶氧仪，可实时控制溶解氧的浓度；缓冲室5底部设有阴极回流管C 16-4，缓冲室5顶端的顶盖上设有溶氧测定仪测定开孔20。
实施例2
可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，包括阳极反应区1、过渡区2、阴极反应区3、曝气室4和缓冲室5，阳极反应区1和阴极反应区3的体积比为4:1，过渡区2和阴极反应区3的体积比为0.7:1，曝气室4和阴极反应区3的体积比为0.5:1，缓冲室5和阴极反应区3的体积比为0.25:1，阳极反应区1、过渡区2和阴极反应区3依次相接，曝气室4与缓冲室5通过开孔相连通且两者均与阴极反应区3相接；其中：反应器设有顶盖，阳极反应区1一侧壁底部设有排泥管6，用于反应代谢产物的排出，另一相对平行侧壁设有阳极回流管A 7-1，排泥管6上部的侧壁上设阳极回流管B 7-2、进水管8和折流板A 9-1，阳极回流管A 7-1、B 7-2用于阳极反应区内反应液回流，从而避免浓度梯度，折流板A 9-1一端与阳极反应区1的侧壁固定连接，可在不增加阳极反应体积的前提下，增加了水流的流线长度，使得有机物能够充分与微生物接触，增加了有机物的有效降解时间，增强污水处理效果，折流板A 9-1之间为石墨毡A 10-1，用于微生物的附着载体，阳极反应区1顶盖上设有一组排气管A11-1、一组取样孔A 12-1、一组参比电极放置孔A 13-1和一组导线孔A 14-1，石墨毡A 10-1通过穿过导线孔A 14-1的钛线与外电路相连；过渡区2由两块穿孔板15与反应器的两侧壁构成，如图4-2所示，穿孔板15为矩形，长、宽、高分别为200mm、150mm、8mm，穿孔板15左下方设有穿孔，穿孔的长、宽分别为100mm、60mm，穿孔板15可选用有机玻璃材质；阴极反应区3的一侧壁中部设有第一阴极回流管A 16-1，另一侧壁中部设有第二阴极回流管A 16-2，顶部设有出水管17，侧壁中部设有折流板B 9-2，折流板B 9-2一端与阴极反应区3的侧壁固定连接，折流板B 9-2之间为石墨毡B 10-2，阴极反应区3顶盖上设有一组排气管B 11-2、一组取样孔B 12-2、一组参比电极放置孔B 13-2和一组导线孔B 14-2，石墨毡B 10-2通过穿过导线孔B 14-2的钛线与外电路相连；曝气室4内设有曝气器18，曝气器18通过蠕动泵管与外充氧泵相连，用于阴极反应区3内回流溶解氧的供给，曝气室4侧壁中部设有阴极回流管B 16-3，曝气室4顶端顶盖上设有曝气室开孔19，用于设置溶氧仪，可实时控制溶解氧的浓度；缓冲室5底部设有阴极回流管C 16-4，缓冲室5顶端的顶盖上设有溶氧测定仪测定开孔20。
实施例3
如图1至图3所示，可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，包括阳极反应区1、过渡区2、阴极反应区3、曝气室4和缓冲室5，阳极反应区1和阴极反应区3的体积比为3:1，过渡区2和阴极反应区3的体积比为0.6:1，曝气室4和阴极反应区3的体积比为0.4:1，缓冲室5和阴极反应区3的体积比为0.2:1，阳极反应区1、过渡区2和阴极反应区3依次相接，曝气室4与缓冲室5通过开孔相连通且两者均与阴极反应区3相接；其中：反应器设有顶盖，阳极反应区1一侧壁底部设有排泥管6，用于反应代谢产物的排出，另一相对平行侧壁设有阳极回流管A 7-1，排泥管6上部的侧壁上设阳极回流管B 7-2、进水管8和折流板A 9-1，阳极回流管A 7-1、B 7-2用于阳极反应区内反应液回流，从而避免浓度梯度，折流板A 9-1一端与阳极反应区1的侧壁固定连接，可在不增加阳极反应体积的前提下，增加了水流的流线长度，使得有机物能够充分与微生物接触，增加了有机物的有效降解时间，增强污水处理效果，折流板A 9-1之间为石墨毡A 10-1，用于微生物的附着载体，阳极反应区1顶盖上设有一组排气管A11-1、一组取样孔A 12-1、一组参比电极放置孔A 13-1和一组导线孔A 14-1，石墨毡A 10-1通过穿过导线孔A 14-1的钛线与外电路相连；过渡区2由两块穿孔板15与反应器的两侧壁构成，如图4-2或图4-3所示，穿孔板15为矩形，长、宽、高分别为200mm、150mm、8mm，穿孔板15左下方或左侧中部设有穿孔，穿孔的长、宽分别为100mm、60mm，穿孔板15可选用有机玻璃材质；阴极反应区3的一侧壁顶部设有第一阴极回流管A 16-1，另一侧壁中部设有第二阴极回流管A 16-2，顶部设有出水管17，侧壁中部设有折流板B 9-2，折流板B 9-2一端与阴极反应区3的侧壁固定连接，折流板B 9-2之间为石墨毡B 10-2，阴极反应区3顶盖上设有一组排气管B 11-2、一组取样孔B 12-2、一组参比电极放置孔B 13-2和一组导线孔B 14-2，石墨毡B 10-2通过穿过导线孔B 14-2的钛线与外电路相连；曝气室4内设有曝气器18，曝气器18通过蠕动泵管与外充氧泵相连，用于阴极反应区3内回流溶解氧的供给，曝气室4侧壁顶部设有阴极回流管B 16-3，曝气室4顶端顶盖上设有曝气室开孔19，用于设置溶氧仪，可实时控制溶解氧的浓度；缓冲室5底部设有阴极回流管C 16-4，缓冲室5顶端的顶盖上设有溶氧测定仪测定开孔20。
将实施例3所得反应器进行试验，设置反应条件：阳极进水流量为2.94mL/min，MFC反应器水力停留时间为24h，控制缓冲室DO浓度约为4.5mg/L，外电阻阻值固定在1000Ω，进水基质如表1所示，COD浓度约为306.5mg/L，NH4 +-N浓度约为106.5mg/L，微量营养液的成分如表2所示：
表1 多通道折流板无膜微生物燃料电池进水配方表
表2 微量营养液配方表
1、本发明反应器在驯化过程中的电压输出情况
图5为本发明反应器在驯化过程中的电压输出图，由图5可见，该结构的无膜微生物燃料电池是可行的，反应器运行2d后，电压就迅速上升至约0.3V，平均输出电流密度为0.142A·m-3，平均输出功率密度为42.65mW·m-3。由图可知，控制缓冲室DO浓度及阳极进水基质浓度的连续稳定，可以实现多通道折流板无膜MFC的连续稳定运行。
2、本发明反应器在试验中的极化曲线
图6为本发明反应器在试验中的极化曲线，如图6所示，系统获得的极限电流为1.28mA，最大功率密度输出为94.22mW·m-3（相对于阴极室净体积）。
3、本发明反应器在试验中的内阻构图
图7为本发明反应器在试验中的内阻构成图，如图7所示，随着电流的增大，阳极4个廊道电势基本保持不变，说明阳极内阻几乎为0Ω，而从图中可以看出，阴阳两极之间（即过渡区内，用参比电极电势差衡量）内阻为235.4Ω，阴极室两个廊道的内阻分别为77.78Ω和43.54Ω，MFC反应器总内阻约为356Ω。由上述结果可知，无膜微生物燃料电池内阻主要产生于过渡区，可能是由于过渡区内传质损失比较严重，阳极向阴极迁移的大部分阳离子是K+、NH4 +，而非H+。
根据库仑效率计算公式，对完整停留时间内的阳极库仑效率计算可得，阳极库仑效率为0.48%。
4、本发明反应器在试验时阴极不同DO浓度时TN沿程变化情况
图8为本发明反应器在试验时阴极不同DO浓度时TN沿程变化图，如图8所示，当阴极DO浓度在5.54~5.79mg/L之间变化时，MFC系统阴极发生了很明显的同步硝化反硝化反应，TN去除量达18.4mg/L。
本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (5)

1.可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，其特征在于，包括阳极反应区（1）、过渡区（2）、阴极反应区（3）、曝气室（4）和缓冲室（5），阳极反应区（1）、过渡区（2）和阴极反应区（3）依次相接，曝气室（4）与缓冲室（5）通过开孔相连通且两者均与阴极反应区（3）相接；其中：反应器设有顶盖，阳极反应区（1）一侧壁底部设有排泥管（6），另一相对平行侧壁设有阳极回流管A（7-1），排泥管（6）上部的侧壁上设阳极回流管B（7-2）、进水管（8）和折流板A（9-1），折流板A（9-1）一端与阳极反应区（1）的侧壁固定连接，折流板A（9-1）之间为石墨毡A（10-1），阳极反应区（1）顶盖上设有一组排气管A（11-1）、一组取样孔A（12-1）、一组参比电极放置孔A（13-1）和一组导线孔A（14-1），石墨毡A（10-1）通过穿过导线孔A（14-1）的钛线与外电路相连；过渡区（2）由两块穿孔板（15）与反应器的两侧壁构成；阴极反应区（3）侧壁设有第一阴极回流管A（16-1）、第二阴极回流管A（16-2）和出水管（17），侧壁中部设有折流板B（9-2），折流板B（9-2）一端与阴极反应区（3）的侧壁固定连接，折流板B（9-2）之间为石墨毡B（10-2），阴极反应区（3）顶盖上设有一组排气管B（11-2）、一组取样孔B（12-2）、一组参比电极放置孔B（13-2）和一组导线孔B（14-2），石墨毡B（10-2）通过穿过导线孔B（14-2）的钛线与外电路相连；曝气室（4）内设有曝气器（18），曝气器（18）通过蠕动泵管与外充氧泵相连，曝气室（4）侧壁设有阴极回流管B（16-3），曝气室（4）顶端顶盖上设有曝气室开孔（19）；缓冲室（5）底部设有阴极回流管C （16-4），缓冲室（5）顶端的顶盖上设有溶氧测定仪测定开孔（20）。
2.根据权利要求1所述的可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，其特征在于，所述穿孔板（15）左下方、右下方、左侧中部或右侧中部设有穿孔，穿孔的长、宽分别为100mm、60mm。
3.根据权利要求2所述的可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，其特征在于，所述阳极反应区（1）和阴极反应区（3）的体积比为2~4:1，过渡区（2）和阴极反应区（3）的体积比为0.5~0.7:1，曝气室（4）和阴极反应区（3）的体积比为0.3~0.5:1，缓冲室（5）和阴极反应区（3）的体积比为0.15~0.25:1。
4.根据权利要求1或2或3所述的可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，其特征在于，所述阴极反应区（3）的一侧壁顶部设有第一阴极回流管A（16-1），另一侧壁中部设有第二阴极回流管A（16-2），顶部设有出水管（17）。
5.根据权利要求4所述的可实现同步硝化反硝化的无膜微生物燃料电池反应器，其特征在于，所述曝气室（4）侧壁顶部设有阴极回流管B（16-3）。
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