CN105070936A - 耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耦合微藻培养及微生物燃料电池的集成系统及方法，一种耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统，包括上盖板、下盖板、外圆桶、内圆桶、进液口、出气口、废水出口和废水进口；其特征在于：内圆桶设置在外圆桶内；所述外圆桶的内壁与内圆桶的外壁之间的空间作为微藻培养腔室，在微藻培养腔室中设置有微藻培养基；同时所述微藻培养腔室还作为微生物燃料电池的阴极；所述内圆桶的壁面镂空设置，镂空壁面上交替设置阴离子交换膜和阳离子交换膜，所述内圆桶的壁面外侧设置电池阴极；所述内圆桶内设置电池阳极；可广泛应用于化工、生物、环保等领域。

Description

耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统及方法
技术领域
本发明涉及集成系统，具体涉及一种耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统及方法。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，城市人口剧增，不仅使能源需求量大大增加，有毒有害废物的排放也对生态环境造成极大威胁。据环保部2013年环境状况公报，2013年全国能源消费总量为37.5亿吨标准煤，其中，煤炭消费占能源消费总量的比重为66.0％，石油消费量占19.4％。化石燃料使用造成了有害烟气的大量排放，2013年，废气中的主要污染物CO2、SO2及氮氧化物排放总量为5000万吨以上。废水总排放量6954.4亿吨，其中主要污染物化学需氧量排放总量为2352.7万吨，总氮排放量为448.1万吨，总磷排放量48.73万吨。如此巨大的污染物排放，不仅是对环境的污染也是对资源的极大浪费。为解决能源危机和环境日益恶化的双重问题，一方面要加强对烟气污染物、污水富营养化物质等有毒有害废物的无害化、洁净化处理；同时需开发清洁友好的可再生能源如微生物能源。
微藻的光合效率高于常规作物且生产成本低、营养物质丰富、经济效益高、用途广泛，可用于能源、医药、食品、环境等领域，因此被公认为最有潜力的微生物能源。而作为新型能源工艺的微生物燃料电池，可在处理废水中有机物的同时产生电能，具有良好的发展潜力与市场前景。
微藻生长需要大量的碳源及氮、磷、硫等营养物质，可对烟气中的CO2及废水中的氮、磷等无机物进行移除。而微生物燃料电池中的细菌可将废水中无法被微藻利用的有机物质进行脱除。若能将两者进行结合，不仅可实现废水中无机物和有机物的同时去除，还可达到二氧化碳固定和能源产出(微藻生物质能及电能)的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耦合微藻培养及微生物燃料电池的集成系统及方法，该集成系统及方法可同时实现二氧化碳固定、污水处理、微藻生物质的产出及电能的产出等多重目的。
为达到上述目的，本发明的第一个技术方案是：
一种耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统，包括上盖板、下盖板、外圆桶、内圆桶、进液口、出气口、废水出口和废水进口；所述上盖板设置在外圆桶的顶部，所述下盖板设置在外圆桶的底部；
其特点是于：内圆桶设置在外圆桶内；所述外圆桶的内壁与内圆桶的外壁之间的空间作为微藻培养腔室，在微藻培养腔室中设置有微藻培养基；同时所述微藻培养腔室还作为微生物燃料电池的阴极；
所述内圆桶的壁面镂空设置，镂空壁面上交替设置阴离子交换膜和阳离子交换膜，所述内圆桶的壁面外侧设置电池阴极；所述内圆桶内设置电池阳极；
进液口和出气口设置在上盖板上，位于微藻培养腔室的上部；所述进气口设置在下盖板上，位于微藻培养腔室的下部；该进液口、出气口和进气口均与微藻培养腔室相通；废水出口和废水进口分别设置在上盖板和下盖板上，与内圆桶的内腔相通。
根据本发明所述的耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统的优选方案，该集成系统还包括气体源、烟气流通管路和曝气管；气体源中的气体通过烟气流通管路和曝气管曝入微藻培养腔室中。
根据本发明所述的耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统的优选方案，该集成系统还包括蠕动泵，废水通过蠕动泵以及废水进口注入内圆桶内。
根据本发明所述的耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统的优选方案，所述上盖板、下盖板、外圆桶和内圆桶均由透光材料制成。
本发明的第二个技术方案是：利用耦合微藻培养与微生物燃料电池的集成系统进行固碳与产能的方法，其特点是：包括如下步骤：
第一步：将微藻培养基和废水在高压灭菌锅内进行高压蒸汽灭第一步：菌30～60min，并将集成系统在紫外线照射下灭菌24～48h；
第二步：待微藻培养基和废水温度达到常温后，将微藻菌种和细菌菌种分别接种到微藻培养基和废水内；
第三步：将已接种微藻菌种的微藻培养基通过进液口注入微藻培养腔室，培养168～288h；将已接种细菌菌种的废水存储到废液储存器内，培养72～120h；
第四步：将含有CO2的烟气通过曝气管鼓入微藻培养腔；所述含有CO2的烟气从不锈钢曝气管被鼓入微藻培养腔室后形成上升气泡流，气泡流在上升的过程中，上升气泡流中的二氧化碳会以无机碳的形式溶解在微藻悬浮液中供微藻生长需要，处理后的烟气再从出气口中排出；
第五步：将废液储存器内的废水通过蠕动泵以及废水进口注入内圆桶内，内圆桶内废水中的阴离子和阳离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜渗透到微藻培养腔室中，供微藻生长利用；同时，废水中的产电菌利用废水中的有机废物进行生长代谢的同时产生电子，该电子沿外电路经过负载到达电池阴极，质子透过阳离子交换膜进入微藻培养腔室，即阴极腔室，并与微藻产生的氧气反应生成水，在降解有机物的同时产生电能；处理后的废水通过废水出口流出到废液储存器；
第六步：当废水处理完成后，更换废液储存器内的废水。
本发明将所述外圆桶与内圆桶之间的空间作为微藻培养腔室，接种在培养基中的微藻在此腔室内进行培养，同时所述微藻培养腔室还作为微生物燃料电池的阴极；
进液口用于微藻培养液的加入，出气口作为运行过程中微藻培养腔室的烟气排出；进气口用于含有CO2的烟气的鼓入。
所述内圆桶进行壁面镂空处理，镂空壁面上交替粘贴阴离子交换膜和阳离子交换膜，即相邻的离子交换膜为不同极性的离子交换膜；
本发明所述的耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统及方法的有益效果是：将微藻培养和微生物燃料电池有机结合在一起，使得在净化废水和CO2减排的同时又能额外获得电能和微藻产品，其中，微藻培养系统用于固碳并去除废水中氮磷等物质，微生物燃料电池用于降解有机物和发电，变废为宝，达到除废和产能同步进行；该系统可同时实现二氧化碳固定、污水中有机物与无机物同步去除、微藻生物质的产出与电能的产出等多重功效，可广泛应用于化工、生物、环保等领域。
附图说明
图1为本发明所述的耦合微藻培养与微生物燃料电池的集成系统示意图。
图2是图1的俯视图。
图3a、3b、3c是内圆桶4的壁面镂空设置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细的描述。
参见图1和图2，一种耦合微藻培养和微生物燃料电池的固碳与产能集成系统，包括上盖板1、下盖板2、外圆桶3、内圆桶4、进液口6、出气口25、废水出口23和废水进口24；外圆桶3和内圆桶4内部有通孔；所述上盖板1设置在外圆桶3的顶部，所述下盖板2设置在外圆桶3的底部；
内圆桶4设置在外圆桶3内；所述外圆桶3的内壁与内圆桶4的外壁之间的空间作为微藻培养腔室5，在微藻培养腔室5中设置有微藻培养基；同时所述微藻培养腔室5还作为微生物燃料电池的阴极；
所述内圆桶4的壁面镂空设置，镂空壁面上交替设置阴离子交换膜9和阳离子交换膜10，所述内圆桶4的壁面外侧设置有电池阴极14；所述内圆桶4内设置有电池阳极11；
进液口6和出气口25设置在上盖板1上，位于微藻培养腔室5的上部；所述进气口7设置在下盖板2上，位于微藻培养腔室5的下部，该进液口6、出气口25和进气口7均与微藻培养腔室5相通；废水出口23和废水进口24分别设置在上盖板1和下盖板2上，与内圆桶4的内腔相通。
其中，上盖板1、下盖板2、外圆桶3和内圆桶4构成微藻培养子系统，它们均采用有机玻璃或其他具有优异透光性能的透光材料加工而成。该子系统中外圆桶3和内圆桶4设置有通孔，并通过螺栓和硅胶垫片与上盖板1和下盖板2密封配合，加硅胶垫片的目的是为了防止微藻培养腔室5中的藻液和内圆桶4中带有产电菌的废水的泄露。
曝气管18从进气口7插入微藻培养腔室5中，CO2烟气通过曝气管18曝入到微藻培养腔室5中，形成上升气泡流19；曝气管18可以采用不锈钢曝气管。
外圆桶3侧壁上设有取样口8，可以定期从微藻培养腔室5中取样进行微藻生物质浓度、色素含量、油脂含量及其他大分子物质的测量。
参见图3a、3b、3c；内圆桶4进行壁面镂空处理，镂空图案可以是矩形镂空26、三角形镂空27、圆形镂空28等；镂空壁面上交替粘贴阴离子交换膜9和阳离子交换膜10，所述阴离子交换膜9和阳离子交换膜10交替粘贴，即相邻的离子交换膜具有不同的极性，从而使阴离子和阳离子更有效的渗透进入微藻培养腔室5，内圆桶废水中所含的氮磷等阴离子以及钠镁铁等阳离子分别通过阴离子交换膜9和阳离子交换膜10渗透到微藻培养腔室5中，供微藻生长利用。微藻培养腔室5中的微藻可以采用批次培养的模式。
所述电池阳极11采用电刷阳极，可根据输出功率的大小采用多根电刷阳极并联设置，以增大电功率密度；所述电池阴极14采用碳布或活性炭堆积阴极；
所述电池阳极11、外电路负载12、导线13和电池阴极14构成微生物燃料电池子系统。阳极产生的电子经过外电路负载12通过导线13到达电池阴极14。为减小电损失，导线13采用电阻较小的钛丝材料；电池阴极14采用碳布或活性炭堆积阴极，该碳布或活性炭堆积阴极紧挨所述阴离子交换膜9和阳离子交换膜10外侧布置，以减小碳布或活性炭堆积阴极的遮光效应对微藻生长产生的影响。
该集成系统还包括气体源15、烟气流通管路17和曝气管18；气体源15中的气体通过烟气流通管路17和曝气管18曝入微藻培养腔室5中，形成上升气泡流19，最终从出气口25中排出。为提高烟气中的CO2在微藻悬浮液中的溶解速度，尽量选用内径较小的曝气管以减小气泡的脱离直径，从而增强CO2的比表面积以增大溶解速率。气体源15、气体压力计16、烟气流通管路17和曝气管18构成气体供给子系统。
该集成系统还包括蠕动泵21，废水通过蠕动泵21以及废水进口25注入内圆桶4内。废液储存器20、蠕动泵21和通液管路22构成废水供给子系统。
利用耦合微藻培养与微生物燃料电池的集成系统进行固碳与产能的方法，包括如下步骤：
第一步：将微藻培养基和废水在高压灭菌锅内进行高压蒸汽灭菌30～60min，并将集成系统在紫外线照射下灭菌24～48h；
第二步：待微藻培养基和废水温度达到常温后，将微藻菌种和细菌菌种分别接种到微藻培养基和废水内；微藻菌种可以选择普通小球藻、蛋白核小球藻，栅藻等，细菌菌种为产电菌等；
产电菌可以选择沼泽红假单胞菌、氧化葡糖杆菌等；其中微藻培养基的接种浓度为0.1～0.5g/L，产电菌的接种比例为菌液母液：废水体积比为1:15～1:40；
第三步：将已接种微藻菌种的微藻培养基通过进液口6注入微藻培养腔室5，培养168～288h；将已接种细菌菌种的废水存储到废液储存器20内，培养72～120h；
第四步：将CO2烟气通过曝气管18鼓入微藻培养腔5；所述含有CO2的烟气从曝气管18被鼓入微藻培养腔室5后形成上升气泡流19，气泡在上升的过程中，气泡流19中的二氧化碳会以无机碳的形式溶解在微藻悬浮液中供微藻生长需要，最终从出气口25中排出；
第五步：将废液储存器20内的废水通过蠕动泵21以及废水进口24注入内圆桶4内，内圆桶4内废水中的阴离子和阳离子分别通过阴离子交换膜9和阳离子交换膜10渗透到微藻培养腔室5中，供微藻生长利用；同时，废水中的产电菌利用废水中的有机废物进行生长代谢的同时产生电子，该电子沿外电路经过负载12到达电池阴极14，质子透过阳离子交换膜10进入微藻培养腔室15，即阴极腔室，并与微藻产生的氧气反应生成水，在降解有机物的同时产生电能；处理后的废水通过废水出口23排出到废液储存器20；
第六步：当废水处理完成后，更换废液储存器20内的废水。
所述微藻培养基为NaNO30.15～1.25g/L,K2HPO40.075～0.225g/L,MgSO4·7H2O0.075～0.225g/L,CaCl2·2H2O0.025～0.125g/L,KH2PO40.175～0.35g/L,NaCl0.025～0.125g/L,FeCl3·6H2O0.05～0.25g/L,H3BO30.00286g/L，MnCl2·4H2O0.00186g/L，ZnSO4·7H2O0.00022g/L，Na2MoO4·2H2O0.00039g/L，CuSO4·5H2O0.0008g/L，Co(NO3)2·6H2O0.0005g/L。
在具体实施例中，所述微藻培养基为NaNO30.25g/L,K2HPO40.075g/L,MgSO4·7H2O0.075g/L,CaCl2·2H2O0.025g/L,KH2PO40.175g/L,NaCl0.025g/L,FeCl3·6H2O0.05g/L，H3BO30.00286g/L，MnCl2·4H2O0.00186g/L，ZnSO4·7H2O0.00022g/L，Na2MoO4·2H2O0.00039g/L，CuSO4·5H2O0.0008g/L，Co(NO3)2·6H2O0.0005g/L。
为提高废水中无机物及有机物的移除率，带有产电菌的废水在废液储存器20与内圆桶4内部的微生物燃料电池阳极腔室之间进行内循环，当废水中的无机废物和有机废物达到一定的移除率后，再重新跟换新的废水进行下一批次的内循环。
该系统的工作原理：阴离子交换膜9和阳离子交换膜10将整个系统分成了两个部分，即内圆桶4内部的微生物燃料电池阳极腔室和外圆桶3与内圆桶4之间的微藻培养腔室5，同时，微藻培养腔室5还作为微生物燃料电池的阴极腔室。首先，接种有产电菌的废水在内圆桶4内部的燃料电池阳极腔室与废液储存器20之间进行内循环的过程中，废水中的产电菌利用废水中的有机废物进行生长代谢的同时产生电子。该电子沿外电路经过负载12到达电池阴极14，质子透过阳离子交换膜10进入微藻培养腔室15，即阴极腔室，并与微藻产生的氧气反应生成水，在降解有机物的同时产生电能。并且，将具有一定初始浓度的微藻细胞悬浮液接种于微藻培养腔室5内，CO2烟气通过曝气管18被鼓入微藻培养腔5后形成上升气泡流19。气泡在上升的过程中，气泡流19中的二氧化碳会以无机碳的形式溶解在微藻悬浮液中供微藻生长需要。与此同时，阳极腔室废水中无法被产电菌降解的氮、磷以NH4 +、NO3 -和PO3 -等形式存在等无机物可以通过离子交换膜进入微藻培养腔室作为微藻生长的营养物质，从而在降解废水中无机物的同时产生了微藻生物质。
燃料电池系统产电的基本化学公式为(此处以乙酸底物为例)：
阳极反应：
阴极反应：O2+4H++4e-→2H2O
总反应为：
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明的权利要求进行限制，其它的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变及等效置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统，包括上盖板(1)、下盖板(2)、外圆桶(3)、内圆桶(4)、进液口(6)、出气口(25)、废水出口(23)和废水进口(24)；所述上盖板(1)设置在外圆桶(3)的顶部，所述下盖板(2)设置在外圆桶(3)的底部；
其特征在于：内圆桶(4)设置在外圆桶(3)内；所述外圆桶(3)的内壁与内圆桶(4)的外壁之间的空间作为微藻培养腔室(5)，在微藻培养腔室(5)中设置有微藻培养基；
所述内圆桶(4)的壁面镂空设置，镂空壁面上交替设置阴离子交换膜(9)和阳离子交换膜(10)；所述内圆桶(4)的壁面外侧设置有电池阴极(14)；所述内圆桶(4)内设置有电池阳极(11)；
进液口(6)和出气口(25)设置在上盖板(1)上，位于微藻培养腔室(5)的上部；所述进气口(7)设置在下盖板(2)上，位于微藻培养腔室(5)的下部，该进液口(6)、出气口(25)和进气口(7)均与微藻培养腔室(5)相通；废水出口(23)和废水进口(24)分别设置在上盖板(1)和下盖板(2)上，与内圆桶(4)的内腔相通。
2.根据权利要求1所述的耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统，其特征在于：该集成系统还包括气体源(15)、烟气流通管路(17)和曝气管(18)；气体源(15)中的气体通过烟气流通管路(17)和曝气管(18)曝入微藻培养腔室(5)中。
3.根据权利要求1或2所述的耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统，其特征在于：该集成系统还包括蠕动泵(21)，废水通过蠕动泵(21)以及废水进口(24)注入内圆桶(4)内。
4.根据权利要求3所述的耦合微藻培养和微生物燃料电池的集成系统，其特征在于：所述上盖板、下盖板、外圆桶和内圆桶均由透光材料制成。
5.利用权利要求1、2或3所述的耦合微藻培养与微生物燃料电池的集成系统进行固碳与产能的方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：将微藻培养基和废水在高压灭菌锅内进行高压蒸汽灭菌30～60min，并将集成系统在紫外线照射下灭菌24～48h；
第二步：待微藻培养基和废水温度达到常温后，将微藻菌种和细菌菌种分别接种到微藻培养基和废水内；
第三步：将已接种微藻菌种的微藻培养基通过进液口(6)注入微藻培养腔室(5)，培养168～288h；将已接种细菌菌种的废水存储到废液储存器(20)内，培养72～120h；
第四步：将CO2烟气通过曝气管(18)鼓入微藻培养腔(5)；所述含有CO2的烟气从曝气管(18)被鼓入微藻培养腔室(5)后形成上升气泡流(19)，气泡流(19)在上升的过程中，气泡流(19)中的二氧化碳会以无机碳的形式溶解在微藻悬浮液中供微藻生长需要，再从出气口(25)中排出；
第五步：将废液储存器(20)内的废水通过蠕动泵(21)以及废水进口(24)注入内圆桶(4)内，内圆桶(4)内废水中的阴离子和阳离子分别通过阴离子交换膜(9)和阳离子交换膜(10)渗透到微藻培养腔室(5)中，供微藻生长利用；同时，废水中的产电菌利用废水中的有机物进行生长代谢的同时产生电子，该电子沿外电路经过负载(12)到达电池阴极(14)，质子透过阳离子交换膜(10)进入微藻培养腔室(15)，并与微藻产生的氧气反应生成水，在降解有机物的同时产生电能；处理后的废水通过废水出口(23)排出到废液储存器(20)；
第六步：当废水处理完成后，更换废液储存器(20)内的废水。
6.根据权利要求5所述的利用耦合微藻培养与微生物燃料电池的集成系统进行固碳与产能的方法，其特征在于：所述微藻培养基为NaNO30.15～1.25g/L,K2HPO40.075～0.225g/L,MgSO4·7H2O0.075～0.225g/L,CaCl2·2H2O0.025～0.125g/L,KH2PO40.175～0.35g/L,NaCl0.025～0.125g/L,FeCl3·6H2O0.05～0.25g/L,H3BO30.00286g/L，MnCl2·4H2O0.00186g/L，ZnSO4·7H2O0.00022g/L，Na2MoO4·2H2O0.00039g/L，CuSO4·5H2O0.0008g/L，Co(NO3)2·6H2O0.0005g/L。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105565499A (zh) * 2016-01-13 2016-05-11 重庆大学 离子交换膜式微藻污水处理系统及方法
CN106159281A (zh) * 2016-09-18 2016-11-23 东莞理工学院城市学院 一种基于氮化钼阴极的高性能微生物燃料电池
CN106654329A (zh) * 2017-03-21 2017-05-10 重庆大学 基于气泡浮升力的自循环空气阴极微生物燃料电池及方法
CN106803599A (zh) * 2016-12-30 2017-06-06 山东大学 以生活污水为原料制备微藻‑微生物电池系统的方法
WO2017101654A1 (zh) * 2015-12-18 2017-06-22 王冰 一种基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统
CN107043693A (zh) * 2017-01-17 2017-08-15 西安交通大学 一种自吸氧式管式光生物反应器
CN107058102A (zh) * 2017-02-15 2017-08-18 郭翀 植物叶绿细胞‑葡萄糖燃料电池联合发电系统
IT201800010683A1 (it) * 2018-11-29 2020-05-29 Algaria S R L Sistema integrato di processi bioelettrochimici e fotobioreattori per la coltivazione di microrganismi fotosintetizzatori con il recupero di carbonio e nutrienti da fonti organiche o da acque reflue
EP3720822A4 (en) * 2017-12-05 2021-01-27 Anadolu Universitesi MEMBRANE BIOREACTOR TO REMOVE NITRATES FROM GROUNDWATER
CN114275879A (zh) * 2022-01-05 2022-04-05 同济大学 一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101853955A (zh) * 2009-11-24 2010-10-06 哈尔滨工业大学 双室藻类微生物燃料电池及其低能耗处理废水的方法
CN102674529A (zh) * 2012-05-04 2012-09-19 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种微生物燃料电池与微藻培养相结合处理有机废水的方法及其专用装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101853955A (zh) * 2009-11-24 2010-10-06 哈尔滨工业大学 双室藻类微生物燃料电池及其低能耗处理废水的方法
CN102674529A (zh) * 2012-05-04 2012-09-19 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种微生物燃料电池与微藻培养相结合处理有机废水的方法及其专用装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
何辉等: "利用小球藻构建微生物燃料电池", 《过程工程学报》 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017101654A1 (zh) * 2015-12-18 2017-06-22 王冰 一种基于微藻的多技术耦合净化高盐水系统
CN105565499A (zh) * 2016-01-13 2016-05-11 重庆大学 离子交换膜式微藻污水处理系统及方法
CN106159281A (zh) * 2016-09-18 2016-11-23 东莞理工学院城市学院 一种基于氮化钼阴极的高性能微生物燃料电池
CN106803599B (zh) * 2016-12-30 2019-07-05 山东大学 以生活污水为原料制备微藻-微生物电池系统的方法
CN106803599A (zh) * 2016-12-30 2017-06-06 山东大学 以生活污水为原料制备微藻‑微生物电池系统的方法
CN107043693B (zh) * 2017-01-17 2019-12-31 西安交通大学 一种自吸氧式管式光生物反应器
CN107043693A (zh) * 2017-01-17 2017-08-15 西安交通大学 一种自吸氧式管式光生物反应器
CN107058102A (zh) * 2017-02-15 2017-08-18 郭翀 植物叶绿细胞‑葡萄糖燃料电池联合发电系统
CN106654329B (zh) * 2017-03-21 2019-01-22 重庆大学 基于气泡浮升力的自循环空气阴极微生物燃料电池及方法
CN106654329A (zh) * 2017-03-21 2017-05-10 重庆大学 基于气泡浮升力的自循环空气阴极微生物燃料电池及方法
EP3720822A4 (en) * 2017-12-05 2021-01-27 Anadolu Universitesi MEMBRANE BIOREACTOR TO REMOVE NITRATES FROM GROUNDWATER
IT201800010683A1 (it) * 2018-11-29 2020-05-29 Algaria S R L Sistema integrato di processi bioelettrochimici e fotobioreattori per la coltivazione di microrganismi fotosintetizzatori con il recupero di carbonio e nutrienti da fonti organiche o da acque reflue
WO2020110082A1 (en) * 2018-11-29 2020-06-04 Algaria S.R.L. Integrated system of bio-electrochemical processes and photobioreactors for the cultivation of photosynthesizing organisms with recovery of carbon and nutrients from organic sources or wastewater
CN114275879A (zh) * 2022-01-05 2022-04-05 同济大学 一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置及方法
CN114275879B (zh) * 2022-01-05 2022-12-09 同济大学 一种采用透光导电生物阴极的菌藻生物电化学系统处理污水的装置及方法

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