CN111233128A - 一种菌藻生物电化学污水处理装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种菌藻生物电化学污水处理装置与方法，所述处理装置包括反应箱，所述反应箱内部中空，设置有反应腔；所述反应箱箱壁由透明玻璃组成，在反应箱箱底设置有改性石墨板作为阳极，在反应箱顶部设置有石墨毡作为阴极，阳极与阴极通过外部导线连接；所述反应箱侧面设置有进水口和出水口，所述进水口、出水口分别设置在反应箱的上下端；在反应箱内部设置有菌藻附着杆，所述菌藻附着杆周围设置有附着丝，所述附着丝上设置附着有菌藻，在改性石墨板上设置有微生物菌落，在反应箱箱顶设置有透孔；所述外部导线上设置有调节电阻和电流表。

Description

一种菌藻生物电化学污水处理装置与方法
技术领域
本发明涉及微生物电池技术领域，具体为一种菌藻生物电化学污水处理装置与方法。
背景技术
随着世界范围内的工业发展和人口增长，能源危机日趋严重。现有的发电方式，如燃煤、水力、风能、太阳能以及核能发电等，都存在着难以克服的弊端，如矿藏量减少、产电连续性以及电能的收集困难等。目前，微生物燃料电池代表了最新的发电方式：利用细菌氧化有机物产电。其工作原理是利用微生物的催化作用，将燃料的化学能直接转化为电能的一种生物电化学装置。微生物燃料电池的用途主要有：海底自动发电、生物修复、生物传感器和废水处理。其中，废水处理是公认的微生物燃料电池最有前途的应用领域。
藻类生物早在20亿年前就出现在地球上，藻类生物能够利用光能和二氧化碳，同时吸收氮、磷进行正常的自养生长，也可以在抑氧培养条件下，利用有机碳源进行生长和繁殖，并能吸收重金属物质；同时，由于其种类繁多，在淡水、海水中均有分布，且易于培养，生长速度快，因此，现已被越来越多地运用于污水处理领域。
现有的微生物电池中，需要采用质子交换膜和电子中介体，质子交换膜和电子中介体具有使用寿命，使用一段时间后需要进行更换，给使用带来不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种菌藻生物电化学污水处理装置与方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种菌藻生物电化学污水处理装置与方法，包括反应箱，所述反应箱内部中空，设置有反应腔；所述反应箱箱壁由透明玻璃组成，在反应箱箱底设置有改性石墨板作为阳极，在反应箱顶部设置有石墨毡作为阴极，改性石墨板与石墨毡通过外部导线连接；所反应箱侧面设置有进水口和出水口，所述进水口、出水口别设置在反应箱的上下端；在反应箱内部设置有菌藻附着杆，所述菌藻附着杆周围设置有附着丝，所述附着丝上设置附着有菌藻，在改性石墨板上设置有微生物菌落，在反应箱箱顶设置有透气孔；所述外部导线上设置有调节电阻和电流表；所述菌藻附着杆、附着丝由碳棒制成，菌藻附着杆通过金属材料与改性石墨板连接。
优选的，所述改性石墨板使用AQDS、NQ、Mn2+、Ni2+、 Fe3O4、 Ni2+改性。
优选的，所述微生物菌落包括希瓦氏菌、单假胞菌、动胶菌属、地杆菌属、泥细菌、不动杆菌属的厌氧菌、红螺菌中的一种或几种。
优选的，所述菌藻包括小球藻、栅藻、纤维藻、新月藻、毛枝藻、衣藻、鱼腥藻、念珠藻、衣藻中的一种或几种。
优选的，所述改性石墨板上设置有接线柱，所述接线柱伸出反应箱，并与外部导线连接。
优选的，所述石墨毡下部设置有栅栏状的石墨带，所述石墨带下端高度低于进水口的高度。
优选的，所述调节电阻的调节量程为0~1000Ω。
优选的，本发明还提供了一种菌藻生物电化学污水处理装置的使用方法，包括如下步骤，
S1：打开进水口，向反应腔中加入待净化的废水，使水面没过石墨带后停止加水，并关闭进水口；
S2：将反应箱置于光强为60lux~80lux的日光灯照射下，调节调节电阻的阻值大小，使电流表有一个明显的示数；
S3：当电流表示数趋向于零时，反应处理完毕，打开出水口，排水废水；
S4：重复进行步骤S1~S3，连续进行废水处理。
优选的，所述步骤S4中，重复进行净化6~10次后，对反应腔中的菌藻、微生物菌落进行替换。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置反应箱，在反应箱中处理废水；藻类附着在菌藻附着杆上，从而在腔内均匀排布，在光照条件下产生氧气，氧气带动电子上移到阴极，避免了使用质子交换膜，废水的处理过程体现在电流表的示数上，当处理趋近于尾声后，电池工作处于停滞状态，从而电流减小，便于使用者观察从而更换废水，保证工作效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中标号：1、反应箱；11、反应腔；12、进水口；13、出水口；14、透气孔；2、改性石墨板；21、接线柱；3、石墨毡；31、石墨带；4、菌藻附着杆；41、附着丝；5、调节电阻；6、电流表。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种菌藻生物电化学污水处理装置与方法，包括反应箱1，所述反应箱1内部中空，设置有反应腔11；所述反应箱1箱壁由透明玻璃组成，在反应箱1箱底设置有改性石墨板2作为阳极，在反应箱1顶部设置有石墨毡3作为阴极，改性石墨板2与石墨毡3通过外部导线连接；所反应箱1侧面设置有进水口12和出水口13，所述进水口12、出水口13别设置在反应箱1的上下端；在反应箱1内部设置有菌藻附着杆4，所述菌藻附着杆4周围设置有附着丝41，所述附着丝41上设置附着有菌藻，在改性石墨板2上设置有微生物菌落，在反应箱1箱顶设置有透气孔14；所述外部导线上设置有调节电阻5和电流表6；所述菌藻附着杆4、附着丝41由碳棒制成，菌藻附着杆4通过金属材料与改性石墨板2连接。
进一步的，所述改性石墨板2使用AQDS、NQ、Mn2+、Ni2+、 Fe3O4、 Ni2+改性。
进一步的，所述微生物菌落包括希瓦氏菌、单假胞菌、动胶菌属、地杆菌属、泥细菌、不动杆菌属的厌氧菌、红螺菌中的一种或几种。
进一步的，所述菌藻包括小球藻、栅藻、纤维藻、新月藻、毛枝藻、衣藻、鱼腥藻、念珠藻、衣藻中的一种或几种。
进一步的，所述改性石墨板2上设置有接线柱21，所述接线柱21伸出反应箱1，并与外部导线连接。
进一步的，所述石墨毡3下部设置有栅栏状的石墨带31，所述石墨带31下端高度低于进水口12的高度。
进一步的，所述调节电阻5的调节量程为0~1000Ω。
进一步的，本发明还提供了一种菌藻生物电化学污水处理装置的使用方法，包括如下步骤，
S1：打开进水口12，向反应腔11中加入待净化的废水，使水面没过石墨带31后停止加水，并关闭进水口12；
S2：将反应箱1置于光强为60lux~80lux的日光灯照射下，调节调节电阻5的阻值大小，使电流表6有一个明显的示数；
S3：当电流表6示数趋向于零时，反应处理完毕，打开出水口13，排水废水；
S4：重复进行步骤S1~S3，连续进行废水处理。
进一步的，所述步骤S4中，重复进行净化6~10次后，对反应腔11中的菌藻、微生物菌落进行替换。
工作原理：在正式使用时，将待处理的废水通过进水口12加入反应腔11中，加入完毕后关闭进水口12；废水中的有机物经由藻类以及菌落降解，水中的氮、磷物质也可经由藻类吸收用去除；藻类生物在进行光合作用会产生电子，电子经由碳棒、金属材料输送到改性石墨板2上，从而使正负极之间形成电势差，从而形成电流；而光合作用产生的氧气在废水中上升，输送到石墨带31上，也给阴极的氧化还原反应提供氧气。
过程中产生电流，通过控制调节电阻5的大小，从而使电流表6的示数明显；在电池反应趋向于结束时，电流示数也会相应变小，从而提醒电池处理完毕，用于更换废水。石墨毡3下方设置的栅栏状的石墨带31，石墨带31在处理室浸没在废水中，能够很好的接受藻类生成的氧气。透气孔14的设置便于内外气体流通，保障工作的正常进行。菌藻附着杆4、附着丝41由碳棒制成，能够进行电子导流，通过金属片将电子输送到阳极，用于电势差的形成。
上下设置的进水口12、出水口13，方便进水排水；反应箱1箱壁由透明玻璃组成，便于透光，便于进行光合作用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种菌藻生物电化学污水处理装置，其特征在于：包括反应箱（1），所述反应箱（1）内部中空，设置有反应腔（11）；所述反应箱（1）箱壁由透明玻璃组成，在反应箱（1）箱底设置有改性石墨板（2）作为阳极，在反应箱（1）顶部设置有石墨毡（3）作为阴极，改性石墨板（2）与石墨毡（3）通过外部导线连接；所反应箱（1）侧面设置有进水口（12）和出水口（13），所述进水口（12）、出水口（13）别设置在反应箱（1）的上下端；在反应箱（1）内部设置有菌藻附着杆（4），所述菌藻附着杆（4）周围设置有附着丝（41），所述附着丝（41）上设置附着有菌藻，在改性石墨板（2）上设置有微生物菌落，在反应箱（1）箱顶设置有透气孔（14）；所述外部导线上设置有调节电阻（5）和电流表（6）；所述菌藻附着杆（4）、附着丝（41）由碳棒制成，菌藻附着杆（4）通过金属材料与改性石墨板（2）连接。
2.根据权利要求1所述的一种菌藻生物电化学污水处理装置，其特征在于：所述改性石墨板（2）使用AQDS、NQ、Mn2+、Ni2+、 Fe3O4、 Ni2+改性。
3.根据权利要求1所述的一种菌藻生物电化学污水处理装置，其特征在于：所述微生物菌落包括希瓦氏菌、单假胞菌、动胶菌属、地杆菌属、泥细菌、不动杆菌属的厌氧菌、红螺菌中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种菌藻生物电化学污水处理装置，其特征在于：所述菌藻包括小球藻、栅藻、纤维藻、新月藻、毛枝藻、衣藻、鱼腥藻、念珠藻、衣藻中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种菌藻生物电化学污水处理装置，其特征在于：所述改性石墨板（2）上设置有接线柱（21），所述接线柱（21）伸出反应箱（1），并与外部导线连接。
6.根据权利要求1所述的一种菌藻生物电化学污水处理装置，其特征在于：所述石墨毡（3）下部设置有栅栏状的石墨带（31），所述石墨带（31）下端高度低于进水口（12）的高度。
7.根据权利要求1所述的一种菌藻生物电化学污水处理装置，其特征在于：所述调节电阻（5）的调节量程为0~1000Ω。
8.根据权利要求1~7所述的一种菌藻生物电化学污水处理装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1：打开进水口（12），向反应腔（11）中加入待净化的废水，使水面没过石墨带（31）后停止加水，并关闭进水口（12）；
S2：将反应箱（1）置于光强为60lux~80lux的日光灯照射下，调节调节电阻（5）的阻值大小，使电流表（6）有一个明显的示数；
S3：当电流表（6）示数趋向于零时，反应处理完毕，打开出水口（13），排水废水；
S4：重复进行步骤S1~S3，连续进行废水处理。
9.根据权利要求8所述的一种菌藻生物电化学污水处理装置的使用方法，其特征在于：所述步骤S4中，重复进行净化6~10次后，对反应腔（11）中的菌藻、微生物菌落进行替换。
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