CN110474076A - 一种微生物燃料电池 - Google Patents

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邓保庆
彭世建
叶开洋
王晓晓
张海燕
汤家玮
高晶
徐钰颖
李晓
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Abstract

本发明提出一种微生物燃料电池，包括电池反应器、微电流消毒器和质子交换膜；其中，电池反应器的底端为进水口；电池反应器的顶端设有出水口、进气口和排气口；质子交换膜设于电池反应器内；与质子交换膜为分界线，电池反应器上半部为阴极区，电池反应器的下半部为阳极区；微电流消毒器的阳极电极通过电路与阳极区相连接；微电流消毒器的阴极电极通过电路与阴极区相连接；阳极区内富集有用于降解有机物的微生物催化剂；提出一种无环境污染、成本经济且污水处理效果好的微生物燃料电池。

Description

一种微生物燃料电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种微生物燃料电池。
背景技术
在传统的污水处理中，对于含有大量有机物的污水主要通过活性污泥法进行处理。其主要利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。而活性污泥法处理后会产生大量的剩余污泥，若处理不得当还会造成二次污染。而传统的消毒方式主要通过氯化消毒以及臭氧消毒，氯化消毒虽然廉价，但是由于氯气具有毒性，在运输以及投加过程中都需要小心谨慎；而臭氧消毒所需要的成本偏高。
微生物燃料电池是将富集在阳极电极的微生物作为催化剂，通过降解有机物，使储存在有机物内部的化学能转化成电能的一种装置。它由阴极室和阳极室组成，中间由阳离子交换膜隔开。在阳极室中，微生物催化氧化有机底物产生电子和质子，电子通过外电路传递到阴极电极，质子则通过离子交换膜扩散至阴极室，在阴极电极表面与电子、电子受体(如氧气等)发生三相还原反应，从而形成电流回路。
微电流消毒的原理是在阳电极表面上涂覆一层具有巨大比表面积的高分子材料，在通电的状态下，控制一定的电流密度，激发的电子通过介质从阳极端传到阴极端，在转移过程中能产生具有氧化性的物质，如ClO-、·Cl、·OH、H2O2和·O等，这些物质能够与细菌、病毒细胞、RNA、DNA发生氧化作用而致其失活或死亡，从而实现消毒功能。
发明内容
本发明的目的在于提出一种无环境污染、成本经济且污水处理效果好的微生物燃料电池。
为达到上述目的，本发明提出一种微生物燃料电池，包括电池反应器、微电流消毒器和质子交换膜；其中，所述电池反应器的底端为进水口；所述电池反应器的顶端设有出水口、进气口和排气口；
所述质子交换膜设于所述电池反应器内；以所述质子交换膜为分界线，所述电池反应器上半部为阴极区，所述电池反应器的下半部为阳极区；
所述微电流消毒器的阳极电极通过电路与所述阳极区相连接；所述微电流消毒器的阴极电极通过电路与所述阴极区相连接；
所述阳极区内富集有用于降解有机物的微生物催化剂。
所述电池反应器的所述出水口通过压力泵与所述微电流消毒器的进水口相连通。
优选的，所述微生物催化剂为兼性厌氧产电菌。
优选的，所述阴极电极和所述阳极电极均为纳米多孔材料修饰碳基的电极，均采用Pt作为催化剂。
优选的，所述质子交换膜为涂布聚四氟乙烯的碳纸。
优选的，所述微电流消毒器的底端设有出水口，经消毒处理后的水从出水口流出。
与现有技术相比，本发明的优势之处在于：本发明提出的微生物燃料电池包括电池反应器和微电流消毒器，电池反应器将污水中有机物的化学能转化为电能，减少了有机物排放对于环境的污染。
而产生的电能将应用于微电流消毒器，微电流消毒器对经过电池反应器消处理后的污水再进行微电流消毒，微电流消毒与传统的消毒方式相比，不会对水质产生二次污染，并且也可以降低运营成本。
附图说明
图1为本发明一实施例中微生物燃料电池的整体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。
本发明提出一种微生物燃料电池，包括电池反应器1、微电流消毒器2和质子交换膜3；其中，电池反应器1的底端为进水口4；电池反应器1的顶端设有出水口5、进气口6和排气口7；微电流消毒器设为进水口5，出水口10；
质子交换膜3设于电池反应器1内；以质子交换膜3为分界线，电池反应器1上半部为阴极区，电池反应器1的下半部为阳极区；
微电流消毒器2的阳极电极8通过电路与阳极区相连接；微电流消毒器2的阴极电极9通过电路与阴极区相连接；
阳极区内富集有用于降解有机物的微生物催化剂。
在本实施例中，微生物催化剂为兼性厌氧产电菌。
在本实施例中，阴极电极9和阳极电极8均为纳米多孔材料修饰碳基的电极，均采用Pt作为催化剂。
在本实施例中，质子交换膜3为涂布聚四氟乙烯的碳纸。
在本实施例中，微电流消毒器2的底端设有出水口10，经消毒处理后的水从出水口10流出。
在本实施例中，污水通过进水口4进入电池反应器1内，污水中的有机物与附着在阳极区的产电菌发生氧化反应，生成CO2、H+和电子，H+通过质子交换膜3进入阴极区与通过导线的电子以及水中的氧气发生三相还原反应生成水，并在此过程中产生电流。阴极区的氧气由反应器顶部的进气口6补充，剩余的空气由排气口7排出。
电流通过阴极电极9和阳极电极8为微电流消毒器2提供电流，从而驱动微电流消毒器2进行工作，污水经过电池反应器1反应后生成的水通过电池反应器1的出水口5进入微电流消毒器2进行消毒后从消毒器出水口10出水。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种微生物燃料电池，其特征在于，包括电池反应器、微电流消毒器和质子交换膜；其中，所述电池反应器的底端为进水口；所述电池反应器的顶端设有出水口、进气口和排气口；
所述质子交换膜设于所述电池反应器内；以所述质子交换膜为分界线，所述电池反应器上半部为阴极区，所述电池反应器的下半部为阳极区；
所述微电流消毒器的阳极电极通过电路与所述阳极区相连接；所述微电流消毒器的阴极电极通过电路与所述阴极区相连接；
所述阳极区内富集有用于降解有机物的微生物催化剂；
所述电池反应器的所述出水口通过压力泵与所述微电流消毒器的进水口相连通。
2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述微生物催化剂为兼性厌氧产电菌。
3.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述阴极电极和所述阳极电极均为纳米多孔材料修饰碳基的电极，均采用Pt作为催化剂。
4.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述质子交换膜为涂布聚四氟乙烯的碳纸。
5.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于，所述微电流消毒器的底端设有出水口，经消毒处理后的水从出水口流出。
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