CN106145247B - 一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理废水的方法 - Google Patents

一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理废水的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106145247B
CN106145247B CN201610588694.4A CN201610588694A CN106145247B CN 106145247 B CN106145247 B CN 106145247B CN 201610588694 A CN201610588694 A CN 201610588694A CN 106145247 B CN106145247 B CN 106145247B
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
cavitation
fuel cell
microbiological fuel
waste water
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
CN201610588694.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106145247A (zh
Inventor
吴超
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.)
Yangzhou Zehui Environmental Engineering Co ltd
Original Assignee
Yangzhou Zehui Environmental Engineering Co ltd
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 Yangzhou Zehui Environmental Engineering Co ltd filed Critical Yangzhou Zehui Environmental Engineering Co ltd
Priority to CN201610588694.4A priority Critical patent/CN106145247B/zh
Publication of CN106145247A publication Critical patent/CN106145247A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106145247B publication Critical patent/CN106145247B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/34Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
    • C02F1/36Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations ultrasonic vibrations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/341Consortia of bacteria
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/32Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the food or foodstuff industry, e.g. brewery waste waters
    • C02F2103/325Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the food or foodstuff industry, e.g. brewery waste waters from processes relating to the production of wine products
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

本发明涉及一种空化‑微生物燃料电池反应器及其处理污水的方法,所述反应器包括反应器本体(1)、原水箱(2)、进水泵(3)、空化发生器(4)、微生物燃料电池组件(5)、进水口(6)、布水隔板(7)、出水口(8);待处理废水通过进水泵由原水箱进入空化‑微生物燃料电池反应器的底部,经底部设置的多组空化发生器作用,增加废水中电子的传递,而后废水经上部微生物燃料电池作用,去除污水中的有机物,经过处理后的废水COD去除率大于94.5%,总氮的去除率大于95.3%。

Description

一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理废水的方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于微生物燃料电池技术领域,尤其涉及一种空化-微生物燃料电池反应 器及其处理废水的方法。 【背景技术】
[0002] 随着全球经济的快速增长,能源短缺和环境污染的压力急剧增大,对人类社会可 持续发展构成了严重威胁。微生物燃料电池可利用微生物为催化剂将化学能直接转化为电 能,是一种新的清洁能源生产技术,己成为当前能源和环境领域的研宄热点。
[0003] 微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)是以微生物为催化剂,将环境中 污染物转化为电能的技术。这种兼具环境污染治理与废物能源化利用的革新技术已被应用 于多种污染物如各种工业废水和生活废水、垃圾渗滤液、氯代有机物等的降解研究,显示出 较好的应用前景。
[0004] 废水中含有许多污染物,蕴含大量化学能。利用MFCs技术来处理废水,不仅可以治 污,而且可以回收电能,它是废水处理技术的重大创新。由于有机污染物是废水中的主要污 染物,因此人们首先在利用MFCs处理有机废水方面开展了大量研宄,并取得了重大进展。
[0005] 现阶段微生物燃料电池存在以下缺点:产点菌的电子传递效率低,需要额外添加 电子中介体来强化电子传递,中介体大多有毒且价格昂贵;以空气作为电子受体时,虽然廉 价易得,但其氧化还原速率低,需在阴极负载重金属催化剂;产电基质为有机物,电导率低, 电池内阻大,产电效率低。
[0006] 当液体温度一定,压力降低到该液体饱和蒸汽压时,会产生汽化现象,同时溶解于 液体中的气体析出,形成汽泡(又称空泡、空穴),当汽泡随水流运动到压力较高的地方后, 泡内的蒸汽重新凝结,汽泡溃灭。这种液流内的空泡产生、发展、溃灭,以及由此产生的一系 列物理和化学变化过程称为空化。空化发生时,液体的分子键会产生强烈的爆裂,空泡溃灭 瞬间形成局部的高温和高压,并伴有强烈的冲击波和微射流。空化形成的特殊能量效应,能 够对化学及物理反应过程起到强化作用。 【发明内容】
[0007] 本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种空化-微生物燃料电池反应器及 其处理污水的方法。
[0008] 一种空化-微生物燃料电池反应器,包括反应器本体(1)、原水箱(2)、进水栗(3)、 空化发生器⑷、微生物燃料电池组件(5)、进水口(6)、布水隔板(7)、出水口(8);其特征在 于:原水箱⑵通过进水泵⑶与反应器本体⑴的进水口⑹连接,所述进水口(6)设置在反 应器本体(1)的下部,其布置为多个垂直于反应器本体(1)的进水通道并通过多组竖直管道 ⑼与布水隔板⑺上的通孔(10)相对应,其中所述的多组竖直管道⑼与布水隔板通孔数 量相同且同轴设置,每个竖直管道⑼口处设置一空化发生器⑷,所述空化发生器⑷的出 水口孔径大于通孔(10)的孔径设置;微生物燃料电池组件(5)设置于布水隔板(7)的上方, 其包括多片阴极板(11)和阳极板(12),每组阴极板(11)和阳极板(12)通过导线连接,阳极 板上负载有微生物(13);出水口(8)设置于反应器本体⑴的右上方,出水口⑻上设置溢流 堰(14);所述阴极板(11)和阳极板(12)之间设置有离子交换膜(15)。
[0009]所述阳极板(11)和阴极板(12)的材质为石墨板或活性炭;所述每组阴极板(11)与 阳极板(12)的极板间距为l〇-12cm。
[0010]所述的阳极板(12)上沉积有蒽醌-2,6-二磺酸钠。
[0011] 所述微生物选自希瓦氏菌、红育菌或假单胞菌。
[0012] 必要时,可在池底增加超声波发生装置,增强空化效果。
[0013] 所述布水隔板通孔(10)的孔径设置为空化发生器(4)的出水口孔径的1/3-2/3;所 述布水隔板(7)与阴极板(11)、阳极板(12)间的垂直间距为20-30011。
[0014]进一步地,本发明提供一种利用上述微生物燃料电池处理废水的方法,其特征在 于,所述方法如下:
[0015] 待处理废水通过进水泵由原水箱进入空化-微生物燃料电池反应器的底部,经底 部设置的多组空化发生器作用,增加废水中电子的传递,而后废水经上部微生物燃料电池 作用,去除污水中的有机物,处理后废水经上方的溢流堰溢流出水。
[0016] 所述待处理废水中氨氮NH4+-N含量为50-500mg/L,炭氮比C/N为0.4:1-9:1,反应温 度为 25°C-40°C。
[0017]所述的废水为印染废水、啤酒废水、养殖废水。
[0018] 在主反应区内,废水溶解氧D0值小于等于1.2mg/L。
[0019] 经过处理后的废水COD去除率大于94.5%,总氮的去除率大于95.3%。
[0020]本发明的有益效果如下:
[0021] (1)本发明设置了多组阴极和阳极电池板,增加了微生物燃料电池的接触反应面 积,并且易于更换及检修;
[0022] (2)将微生物燃料电池与水力空化相结合,综合了两种技术的优势,利用水力空化 作用,增强废水中的电子传递以及增强搅动,强化微生物燃料电池的处理效果,提高污染物 的去除率;
[0023] (3)通过对进水方式的特殊改进,使得进水更为均匀的分布于反应器;同时,通过 进水口与进水隔板的特殊配合,使得进水分布更为合理,利于反应器作用的最大化;
[0024] ⑷隔板通孔的孔径设置为空化发生器的出水口孔径的1/3-2/3,布水隔板与阴极 板、阳极板间的垂直间距为20_30cm,达到最优化设计,大大提高了废水中C0D和总氮的去除 率。 【附图说明】
[0025]图1是本发明空化-微生物燃料电池反应器的结构示意图。
[0026]图中:1反应器本体;2原水箱;3进水泵;4空化发生器;5微生物燃料电池组件;6进 水口; 7布水隔板;8出水口;9竖直管道;10通孔;11阴极板;12阳极板;13微生物;14溢流堰; 15离子交换膜。 【具体实施方式】
[0027] 下面通过具体的实施例对本发明进一步说明,应当指出,对于本领域的普通技术 人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干变型和改进,这些也视为属于本 发明的保护范围。
[0028] 实施例1:
[0029] 如图1所述,一种空化-微生物燃料电池反应器,包括反应器本体1、原水箱2、进水 泵3、空化发生器4、微生物燃料电池组件5、进水口 6、布水隔板7、出水口 8;其特征在于:原水 箱2通过进水栗3与反应器本体1的进水口 6连接,所述进水口 6设置在反应器本体1的下部, 其布置为多个垂直于反应器本体1的进水通道并通过多组竖直管道9与布水隔板7上的通孔 10相对应,其中所述的多组竖直管道9与布水隔板通孔数量相同且同轴设置,每个竖直管道 9 口处设置一空化发生器4,所述空化发生器4的出水口孔径大于通孔10的孔径设置;微生物 燃料电池组件5设置于布水隔板7的上方,其包括多片阴极板11和阳极板12,每组阴极板11 和阳极板12通过导线连接,阳极板上负载有微生物13;出水口8设置于反应器本体1的右上 方,出水口8上设置溢流堰14;所述阴极板11和阳极板12之间设置有离子交换膜15。所述阳 极板11和阴极板12的材质为石墨板或活性炭;所述每组阴极板11与阳极板12的极板间距为 10cm;所述的阳极板12上沉积有蒽醌-2,6-二磺酸钠,所述布水隔板通孔10的孔径为2cm,所 述空化发生器4的出水口孔径的3cm;所述布水隔板7与阴极板11、阳极板12间的垂直间距为 22cm〇
[0030] 实施例2:
[0031]与实施例1前述基本相同,区别在于:所述每组阴极板11与阳极板12的极板间距为 11cm;所述的阳极板12上沉积有蒽醌-2,6-二磺酸钠,所述布水隔板通孔10的孔径为lcm,所 述空化发生器4的出水口孔径的3cm;所述布水隔板7与阴极板11、阳极板12间的垂直间距为 25cm〇
[0032] 实施例3:
[0033]待处理废水为印染废水,其进水氨氮NH4+-N含量为300mg/L,炭氮比C/N为5:1,反应 温度为28 °C。待处理废水通过进水栗由原水箱进入空化-微生物燃料电池反应器的底部,经 底部设置的多组空化发生器作用,增加废水中电子的传递,而后废水经上部微生物燃料电 池作用,去除污水中的有机物,处理后废水经上方的溢流堰溢流出水。在主反应区内,废水 溶解氧D0值为1 • 〇mg/L。经过处理后的废水C0D去除率为96• 3%,总氮的去除率大于97.5%。 [0034] 实施例4:
[0035]待处理废水为啤酒废水,其进水氨氮NH4+-N含量为425mg/L,炭氮比C/N为3:1,反应 温度为30 °C。待处理废水通过进水泵由原水箱进入空化-微生物燃料电池反应器的底部,经 底部设置的多组空化发生器作用,增加废水中电子的传递,而后废水经上部微生物燃料电 池作用,去除污水中的有机物,处理后废水经上方的溢流堰溢流出水。在主反应区内,废水 溶解氧D0值为0.9mg/L。经过处理后的废水C0D去除率为洲• 1 %,总氮的去除率大于96.4%。 [0036]上述仅为本发明优选的实施例,并不限制于本发明。对于所述领域的技术人员来 说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有 的实施例来举例说明。而由此方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护 范围之内。

Claims (10)

1. 一种空化-微生物燃料电池反应器,包括反应器本体(1)、原水箱(2)、进水泵(3)、空 化发生器⑷、微生物燃料电池组件(5)、进水口(6)、布水隔板(7)、出水口(8);其特征在于: 原水箱(2)通过进水杲(3)与反应器本体(1)的进水口(6)连接,所述进水口⑹设置在反应 器本体(1)的下部,其布置为多个垂直于反应器本体Q)的进水通道并通过多组竖直管道 ⑼与布水隔板⑺上的通孔(10)相对应,其中所述的多组竖直管道⑼与布水隔板通孔数 量相同且同轴设置,每个竖直管道(9) 口处设置一空化发生器(4),所述空化发生器(4)的出 水口孔径大于通孔(1〇)的孔径设置;微生物燃料电池组件(5)设置于布水隔板(7)的上方, 其包括多片阴极板(11)和阳极板(1¾,每组阴极板(11)和阳极板(12)通过导线连接,阳极 板上负载有微生物(13);出水口⑻设置于反应器本体⑴的右上方,出水口⑻上设置溢流 堰(14);所述阴极板(11)和阳极板(12)之间设置有离子交换膜(⑸。
2. 根据权利要求1所述的空化-微生物燃料电池反应器,其特征在于:所述阳极板(11) 和阴极板(12)的材质为石墨板或活性炭;所述每组阳极板(11)与阴极板(12)的极板间距为 l〇-12cm〇
3. 根据权利要求1所述的空化-微生物燃料电池反应器,其特征在于:所述的阳极板 (12)上沉积有蒽醌_2,6-二磺酸钠,所述微生物选自希瓦氏菌、红育菌或假单胞菌。
4. 根据权利要求1所述的空化-微生物燃料电池反应器,其特征在于:在池底增加超声 波发生装置,增强空化效果。
5. 根据权利要求1所述的空化-微生物燃料电池反应器,其特征在于:所述布水隔板通 孔(10)的孔径设置为空化发生器⑷的出水口孔径的1/3-2/3;所述布水隔板(7)与阴极板 (11)、阳极板(12)间的垂直间距为20-30cm。
6. 根据权利要求1所述的一种空化-微生物燃料电池反应器处理废水的方法,其特征在 于:待处理废水通过进水泵由原水箱进入空化-微生物燃料电池反应器的底部,经底部设置 的多组空化发生器作用,增加废水中电子的传递,而后废水经上部微生物燃料电池作用,去 除污水中的有机物,处理后废水经上方的溢流堰溢流出水。
7. 根据权利要求6所述的方法,其特征在于:所述待处理废水中氨氮NH4+-N含量为50-500mg/L,炭氮比 C/N为0 • 4:1_9:1,反应温度为25 °C -40 °C。
8. 根据权利要求7所述的方法,其特征在于:所述的废水为印染废水、啤酒废水、养殖废 水。
9. 根据权利要求8所述的方法,其特征在于:在主反应区内,废水溶解氧DO值小于等于 1•2mg/L〇
10. 根据权利要求9所述的方法,其特征在于:经过处理后的废水COD去除率大于 94.5%,总氮的去除率大于95.3%。
CN201610588694.4A 2016-07-25 2016-07-25 一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理废水的方法 Active CN106145247B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610588694.4A CN106145247B (zh) 2016-07-25 2016-07-25 一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理废水的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610588694.4A CN106145247B (zh) 2016-07-25 2016-07-25 一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理废水的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106145247A CN106145247A (zh) 2016-11-23
CN106145247B true CN106145247B (zh) 2018-12-14

Family

ID=58060714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610588694.4A Active CN106145247B (zh) 2016-07-25 2016-07-25 一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理废水的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106145247B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110240283A (zh) * 2019-05-15 2019-09-17 中国科学院过程工程研究所 一种采用深海微生物处理含盐有机废水的装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1512967A (zh) * 2001-04-24 2004-07-14 C&M集团有限责任公司 介导式生物废物材料电化学氧化
CN102583661A (zh) * 2012-02-10 2012-07-18 上海交通大学 一种强化传质和防污除垢的高效电解装置及其水处理方法
CN203558889U (zh) * 2013-09-26 2014-04-23 樊利华 一种多频超声波微电解声化学废水处理装置
CN105174632A (zh) * 2015-09-26 2015-12-23 哈尔滨工程大学 超声强化内电解耦合生物法处理船舶污水的装置及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1512967A (zh) * 2001-04-24 2004-07-14 C&M集团有限责任公司 介导式生物废物材料电化学氧化
CN102583661A (zh) * 2012-02-10 2012-07-18 上海交通大学 一种强化传质和防污除垢的高效电解装置及其水处理方法
CN203558889U (zh) * 2013-09-26 2014-04-23 樊利华 一种多频超声波微电解声化学废水处理装置
CN105174632A (zh) * 2015-09-26 2015-12-23 哈尔滨工程大学 超声强化内电解耦合生物法处理船舶污水的装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
improving performance of microbial fuel cell with ultrasonication pre-treatment of mixed anaerobic inoculum sludge;T.T.More 等;《bioresource technology》;20090906;第101卷;562-567 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110240283A (zh) * 2019-05-15 2019-09-17 中国科学院过程工程研究所 一种采用深海微生物处理含盐有机废水的装置及方法
CN110240283B (zh) * 2019-05-15 2020-08-18 中国科学院过程工程研究所 一种采用深海微生物处理含盐有机废水的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106145247A (zh) 2016-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qin et al. Self-supplied ammonium bicarbonate draw solute for achieving wastewater treatment and recovery in a microbial electrolysis cell-forward osmosis-coupled system
CN102229460B (zh) 一种污泥微粉诱导好氧污泥颗粒化方法
CN104505529B (zh) 藻菌协同生态型微生物燃料电池及利用其净水产电的方法
CN102427142B (zh) 小球藻微生物燃料电池反应器
CN102674529A (zh) 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
CN202089869U (zh) 高效复合厌氧生物反应装置
CN102249423A (zh) 一种同时实现污水生态处理与微生物燃料电池产电的结构
CN203021356U (zh) 一种用于污水处理的泥水分离器
Reddy et al. Potential applications of algae in the cathode of microbial fuel cells for enhanced electricity generation with simultaneous nutrient removal and algae biorefinery: Current status and future perspectives
CN105355950B (zh) 一种大型生物阴极微生物燃料电池堆装置
CN202164174U (zh) 一种同时实现污水生态处理与微生物燃料电池产电的结构
CN108033546A (zh) 一种微生物燃料电池耦合膜生物反应器的污水处理及水质预警方法
CN102864463A (zh) 一种厨余垃圾的h2捕集系统
CN101710626B (zh) 一种单室微生物燃料电池及其在废水处理中的应用
Lay et al. Biohydrogen production in an anaerobic baffled stacking reactor: Recirculation strategy and substrate concentration effects
CN106145247B (zh) 一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理废水的方法
CN109336255A (zh) 颗粒污泥微生物燃料电池装置
CN101007682A (zh) 利用高浓度有机废水的制氢设备及其制氢方法
CN104909514B (zh) 太阳能驱动微生物电解池强化处理农村生活污水的一体化系统
Zhang et al. Role of bioreactors in microbial biomass and energy conversion
CN204661490U (zh) 一种太阳能驱动微生物电解池强化处理农村生活污水的一体化系统
CN105543079B (zh) 一种塔式光合细菌连续产氢反应系统及其产氢方法
CN103337653A (zh) 用于合成生物燃料的装置及其用途
Hidayat et al. A comparison of mono-and multi-valent ions as stack feed solutions in microbial reverse-electrodialysis electrolysis cells and their effects on hydrogen generation
CN104789603A (zh) 一种处理淀粉废水同时生成可再生能源的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C10 Entry into substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant