CN105633443B - 微生物电解池装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种微生物电解池装置，包括：阴极室和设置在所述阴极室外侧的阳极室组，阳极室组具有入水口与出水口，出水口与所述阴极室连通，阴极室具有排液口和排气口；阳极室组包括串联设置的多个阳极室；所述阴极室内设置有阴极电极和光源，各所述阳极室内均设置有阳极电极；各所述阳极室上设置有第一质子交换口，至少所述阴极室的侧壁上设置有与所述第一质子交换口相连接的第二质子交换口，所述第一质子交换口与所述第二质子交换口之间设置有质子交换膜。本发明中提供的微生物电解池装置具有较大的体积，能够同时处理较大体积的废水，产生的氢气较多，可供其他方面例如燃料电池中氢的使用。

Description

微生物电解池装置
技术领域
本公开一般涉及燃料电池，尤其涉及微生物电解池装置。
背景技术
随着城市化的进程，城市人口越来越密集，随着人口增长而出现的粪便增长的问题没有得到较好的解决。目前我国粪便处理设施的数量严重不足，总体技术水平较低，而直接将高COD(Chemical Oxygen Demand：化学需氧量)、BOD(Biochemical Oxygen Demand：生化需氧量)的粪便直接排入市政污水管网，将对现有的污水处理厂造成不小的冲击，并且污水处理厂直接处理这些污水时，随之而来的高能耗将增大处理成本。
微生物电解池(MEC)是一种生物与电化学和的技术，通过在阳极表面附着的具有电化学活性的微生物(产电菌)的代谢，氧化降解水中的有机物，所产生的电子通过外电路传递到阴极，能够实现在较低的施加电压下产氢。但是现有的微生物电解池对污水处理方式单一，且处理效果一般。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种微生物电解池装置。
第一方面提供一种微生物电解池装置，包括：阴极室和设置在所述阴极室外侧的阳极室组，所述阳极室组具有入水口与出水口，所述出水口与所述阴极室连通，所述阴极室具有排液口和排气口；
所述阳极室组包括串联设置的多个阳极室；
所述阴极室内设置有阴极电极和光源，各所述阳极室内均设置有阳极电极；
各所述阳极室上设置有第一质子交换口，至少所述阴极室的侧壁上设置有与所述第一质子交换口相连接的第二质子交换口，所述第一质子交换口与所述第二质子交换口之间设置有质子交换膜。
本发明中提供的微生物电解池装置首先具有较大的体积，能够同时处理较大体积的废水，产生的氢气较多，可供其他方面例如燃料电池中氢的使用。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的实施例中微生物电解池装置结构示意图；
图2为本发明的实施例中微生物电解池装置的阳极室组展开结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，本发明的实施例中提供一种微生物电解池装置，包括：阴极室1和设置在阴极室1外侧的阳极室组2，阳极室组2具有入水口8与出水口9，出水口9与阴极室1连通，阴极室1具有排液口11和排气口14；
阳极室组2包括串联设置的多个阳极室6；
阴极室1内设置有阴极电极5和光源4，各阳极室6内均设置有阳极电极7；
各阳极室6上设置有第一质子交换口，至少阴极室1的侧壁上设置有与第一质子交换口相连接的第二质子交换口，第一质子交换口与第二质子交换口之间设置有质子交换膜3。
本发明的实施例中提供的微生物电解池装置具有较大的体积，能够同时处理较大体积的废水，且分别经过阳极室和阴极室进行处理，能够产生较多的氢气以供其他方面使用。
进一步的，阴极室1内密封设置有透明的光源安装室，光源4设置于光源安装室内。
进一步的，光源为LED光源。本发明的实施例中提供的装置通过两个步骤的反应，即通过使用两种方式对污水进行处理，一是在阳极电极上接种产电菌，对污水进行初步的COD处理和脱氮，将污水中的有机物进行氧化分解，二是在阴极室内设有小球藻，小球藻作为生物阴极对氢离子和电子进行接收，进行污水处理，可以进一步降低污水中的COD并进行脱氮脱磷。与此同时，给阳极电极和阴极电极施加一个电压，阴极室中的氢离子接收电子产生氢气，产生的氢气向上浮动，气体上浮的过程可以充分搅动藻液，使得小球藻保持悬浮的状态，对污水的处理效果更好。
小球藻对污水进行处理需要进行光合作用，通过设置LED光源向小球藻提供光能，小球藻对污水进行处理并且是在阴极室内进行生长和繁殖，当小球藻太多时可以移除部分小球藻，从而使产氢的速率达到较佳的状态。
并且，本发明的实施例中对小球藻进行定期采收，采用是超声-微波辅助萃取系统进行微藻油脂萃取。将开放式微波与超声波有机地结合起来，充分利用超声波的空化作用和微波的高能作用，将超声波振动能和通过波导管引出的微波能直接作用或定向聚焦于样品或物料，建立和发展在常压条件下进行的开放式微波－超声波协同萃取新技术和新方法。该方法具有快速、高效、安全等特点，可以作为微藻体内油脂的提取。
进一步的，阳极电极7为碳刷；阴极电极5为碳布。生活污水通过本发明实施例装置中的进水口流进，并且进水口与阳极室组的入水口和出水口相连接，污水通过进水口流经阳极室组的入水口，在所述阳极室组内进行初步的COD处理和脱氮；本发明的实施例中使用碳刷为阳极电极，由Bacteroides和Arcobacter两种混合菌群作为产电菌，并将其在MEC阳极接种至阳极电极，污水单向流过阳极室组，附着在电极表面的产电微生物将污水内的有机物进行氧化分解，产生氢离子和电子，其中，氢离子通过设置在阳极室组和阴极室之间的质子交换膜进入阴极室，电子通过外电路进入阴极。
进一步的，阳极室6呈之字形联通。如图2所示为阳极室组2展开结构示意图，本发明的实施例中阴极室为圆柱形结构，包裹在阴极室外部的阳极室组也为圆柱形结构，阳极室组是由多个大小相等的阳极室连接而成，且污水需要通过所述阳极室组进行初步的处理，为了保证污水处理的效果，提高污水处理的反应程度，将相连通的阳极室设置成之字形结构，污水沿阳极室单向流动，增加了污水在阳极室中停留的时间，使得污水与阳极室中的阳极电极反应更加充分。
进一步的，微生物电解池装置还包括：进水口10，进水口10连接至阳极室组底端的入水口8和出水口9。
进一步的，阴极室底1端设有阴极室入水口12，阴极室入水口12通过水泵13连接至阳极室组底端出水口9。污水经过进水口进入本发明提供的装置中，首先沿阳极室组的通道进入阳极室组进行反应，当污水充满阳极室组时，进水口暂时停止进水，让污水在阳极室组内进行一段时间的反应，随后，打开水泵，将反应后的污水抽进阴极室中进行下一步的反应。
进一步的，阴极电极与多个阳极电极连接至电源两端，电源电压为0.9V。本发明的实施例中需要给阴极电极和阳极电极供电，对污水进行处理产生可供使用的氢气。
本发明的实施例中的装置通过微生物和藻类同时对污水进行处理，大大提高了污水处理的效果；并且给阳极电极和阴极电极施加电压，阴极室中的氢离子接受电子产生氢气能够供给其他方面使用，例如燃料电池等等，因此，在阴极室顶端设有多个出气口，供产生的氢气排除，同时处理后的污水中COD和BOD含量下降，可以直接从阴极室底端的排水口排出，相比较单一的处理方式其处理效果更好，并且产生氢气能够供其他设备使用，节约了能源。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种微生物电解池装置，其特征在于，包括：阴极室和设置在所述阴极室外侧的阳极室组，所述阳极室组具有入水口与出水口，所述出水口与所述阴极室连通，所述阴极室具有排液口和排气口；
所述阳极室组包括串联设置的多个阳极室；
所述阴极室内设置有阴极电极和光源，各所述阳极室内均设置有阳极电极；
各所述阳极室上设置有第一质子交换口，至少所述阴极室的侧壁上设置有与所述第一质子交换口相连接的第二质子交换口，所述第一质子交换口与所述第二质子交换口之间设置有质子交换膜。
2.根据权利要求1所述的微生物电解池装置，其特征在于，所述阴极室内密封设置有透明的光源安装室，所述光源设置于所述光源安装室内。
3.根据权利要求1或2所述的微生物电解池装置，其特征在于，所述光源为LED光源。
4.根据权利要求1或2所述的微生物电解池装置，其特征在于，所述阳极电极为碳刷；所述阴极电极为碳布。
5.根据权利要求1或2所述的微生物电解池装置，其特征在于，所述阳极室呈之字形联通。
6.根据权利要求1所述的微生物电解池装置，其特征在于，还包括：进水口，所述进水口连接至所述阳极室组底端的入水口和出水口。
7.根据权利要求1所述的微生物电解池装置，其特征在于，所述阴极室底端设有阴极室入水口，所述阴极室入水口通过水泵连接至所述阳极室组底端出水口。
8.根据权利要求1所述的微生物电解池装置，其特征在于，所述阴极电极与多个所述阳极电极连接至电源两端，所述电源电压为0.9V。
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