CN108439548A - 一种绿藻回收尿液中氮并固碳产电产生物质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绿藻回收尿液中氮并固碳产电产生物质的方法。该方法以光合藻微生物燃料电池为基础，控制光照强度，阳极室加入尿液，污泥和营养物质，阴极室放入藻类进行培养并且曝入二氧化碳，中间用阳离子交换膜隔开阴阳极。阳极中的尿液水解后，产生的NH4 +会通过阳离子膜进入阴极中，阴极中的藻类吸收来自阳极的氮，从而使得藻类生长，藻类可以作为肥料和生物柴油的原料，从而实现氮的回收，产电。这种方法在氮回收过程中无需消耗能源，并且能够明显减少无机营养元素的投加。

Description

一种绿藻回收尿液中氮并固碳产电产生物质的方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，涉及一种绿藻回收尿液中氮并固碳产电产生物质的方法。
背景技术
水资源短缺是全球所关注的问题。全球只有0.75％的淡水资源可以直接供人类使用，而其中的70％是用于农业灌溉。并且，每天有2百万吨的废水排入水体中。尿液是丰富的燃料，全世界69.7亿人每天可以产生1740万升的尿液，平均每个成年人能够产生2.5升的尿液。尿液中氮占了70％，作为一种可以引起水体富营养化的重要元素，对尿液中氮的处理应该是得到注重。除此之外，不可再生的化石能源的不断消耗，也使得能源危机凸显。如何减少能源消耗并寻找新能源，成为当下最关注的问题。
目前氮回收的方法主要有电解然后通过强酸吸收的方式。这种方法需要消耗电能，且强酸吸收过程中强酸对设备的要求较高，容易造成污染。光合藻微生物燃料电池作为一种新的工艺，在污水处理方面已有研究，其在净化污水的同时，能够产生电能。而本方法利用光合藻微生物燃料电池为基础，解决了目前氮回收需要消耗电能并且因为强酸吸收造成的污染问题，实现了尿液中氮的回收，藻类的生长和产电。除了实现电能的产生以外，本方法中产生的藻类可以作多种用途，例如作为生物柴油的原料，可以作为食物或者保健品，还可以作为肥料适用于农田。因此用这种方式回收尿液中的氮源不仅不需要消耗能源，还能够产生新能源，整个装置运行成本低，能够实现经济效益，有利于实现大规模的生产。
发明内容
本发明的目的是通过以光合藻微生物燃料电池为基础，在无能源消耗的情况下，实现氮的回收，电能和生物质能的产生，并且固碳，同时实现经济效益。其原理在于阳极中的尿液水解后，产生的NH4 +会通过阳离子膜进入阴极中，阴极中的藻类吸收来自阳极的氮。
本发明的实现的方法如下：以光合藻微生物燃料电池为基础，控制光照强度，阳极室加入尿液、污泥和营养物质，阴极室放入藻类进行培养并曝入二氧化碳，中间用阳离子膜隔开阴阳极。
本发明具有以下的突出特点和有益效果：
(1)该方法可以实现尿液中氮的回收并且可以固碳。
(2)该方法可以实现电能和生物质能的产生。
(3)该方法可以在不消耗其它形式的能源的条件下，实现经济效益。
附图说明
图1为不同尿液稀释倍数下阳极中总氮的变化曲线。
图2为不同尿液稀释倍数下藻类生长曲线图。
图3为不同尿液稀释倍数下功率密度曲线图。
具体实施方式
本发明通过以下实施例结合附图进一步详述。
(1)本发明的方法处理过程
以光合藻微生物燃料电池为基础，阳极室放入5％、10％和20％的尿液，污泥和营养物质，阴极室放入藻类进行培养，中间用阳离子膜隔开阴阳极。在光照强度为4800Lux条件下进行。
(2)该实施例所获得效果
该实施例的氮回收情况如图1所示，在5％的浓度条件下，阳极中总氮的浓度从开始的370mg/L经过三天降到了230mg/L；在10％的浓度条件下，阳极中总氮的浓度从659经过三天降到了455mg/L；在20％的浓度条件下，阳极中总氮的浓度从1347mg/L经过八天时间降到了771mg/L，其中有20％的氮被藻类吸收，成为生物质。
该实施例对比了不同尿液稀释倍数下藻类的生长情况即生物质能的产生情况。如图2所示，藻类在5％、10％和20％的浓度条件下都能够得到生长。但在20％的浓度条件下，藻类获得最高生物量为1.53g/L，分别是10％(0.94g/L)和5％(0.87g/L)浓度下的1.6倍和1.8倍。固碳效果最高可以达到325.8mg/(L d)。
图3对比了不同尿液稀释倍数下的功率密度曲线即电能产生情况。在5％、10％和20％的浓度条件下，功率密度分别能达到2587.3mW/m3、1772.4mW/m3和1804.0mW/m3，分别实现了0.211kWh/m3、0.235kWh/m3和0.265kWh/m3电能的产生。

Claims (7)

1.一种绿藻回收尿液中氮并固碳产电产生物质的方法，该方法如下：以光合藻微生物燃料电池为基础，控制光照强度，阳极室加入尿液、污泥和营养物质，阴极室放入藻类进行培养并曝入二氧化碳，中间用阳离子膜隔开阴阳极。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于在阴极曝入二氧化碳，浓度在1-15％，使阴极能够实现固碳。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于分开阴阳极的膜为阳离子膜，以实现NH4 +从阳极到阴极的转移。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于说述光照强度为1000-8000lux。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于阴极藻类培养的培养液为无氮源培养液，藻类生长的氮源只来自尿液中的氮源。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于阴极培养的藻类可以为能进行光合作用的绿藻。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于氮回收的同时，能够实现电能和生物质的产生。
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