CN112194239B - 一种微生物燃料电池废水处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种微生物燃料电池废水处理系统，系统包括铁碳池、阴极室、铁碳还原池、阳极室，所述铁碳池上方设置进水管，所述铁碳池底部设置曝气装置，所述铁碳池内设置多层铁碳填料层，所述铁碳填料层之间设置间隙；所述铁碳池连通所述阴极室，所述阴极室内设置阴极，所述阴极室连通所述铁碳还原池，所述铁碳还原池内设置铁碳填料，在废水处理过程中并向所述铁碳还原池内投加还原剂，所述铁碳还原池连通所述阳极室，所述阳极室内设置阳极，所述阳极和所述阴极之间设置负载。

Description

一种微生物燃料电池废水处理系统
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种微生物燃料电池废水处理系统。
背景技术
微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)是一种利用微生物的催化作用将有机物中的化学能转化为电能的技术。基本原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水。传统MFCs的反应室通常被分隔膜分成一个阳极室和一个阴极室，微生物在阳极室进行废水处理并产生电子，阴极室则一般以贵金属(如铂)金属络合物作为催化剂还原氧气生成水，或添加电子媒介体参与电极反应，该体系被称为化学阴极MFC。
由于现有废水处理过程中的MFC产电电压较低，通常为250-400mV，难以充分回收利用电能，同时当废水中含有难降解有机物时，存在启动周期长，成功率低等问题。
如何充分利用MFC废水处理过程中的产电并提高废水处理效率成为目前的研究重点
发明内容
本发明的目的是提供微生物燃料电池处理系统。
本发明的另一个目的是提供一种能够充分利用MFC电能的微生物燃料电池处理系统。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种微生物燃料电池废水处理系统，包括：铁碳池1、阴极室2、铁碳还原池3、阳极室4，所述铁碳池1上方设置进水管11，所述铁碳池1底部设置曝气装置12，所述铁碳池内设置多层铁碳填料层13，所述铁碳填料层之间设置间隙；所述铁碳池1连通所述阴极室2，所述阴极室2内设置阴极21，所述阴极室2连通所述铁碳还原池3，所述铁碳还原池3内设置铁碳填料，在废水处理过程中并向所述铁碳还原池内投加还原剂，所述铁碳还原池3连通所述阳极室4，所述阳极室4内设置阳极41，所述阳极41和所述阴极21之间设置负载15。
进一步地，所述铁碳池1、阴极室2、铁碳还原池3、阳极室4水平依次降低，通过重力实现废水流动；
进一步地，所述铁碳池1内设置成对电极，所述成对电极与所述负载并联；
进一步地，所述还原剂为维生素C；
进一步地，所述铁碳还原池3内设置多层纵向铁碳层；
进一步地，所述铁碳池1作为负载使用；
进一步地，所述废水为印染废水、制药废水、垃圾渗滤液、生活污水中的一种或多种；
进一步地，所述阳极室4为密封设置；
进一步地，所述阴极室2设置曝气装置；
进一步地，所述阳极和所述阴极连通生物填料；
进一步地，所述生物填料为涤纶，用苯胺或吡咯蒸汽等在涤纶生物填料表面聚合使生物填料导电；
本发明的一种微生物燃料电池废水处理系统，至少具有以下优点：
1.实现了微生物燃料电池废水处理与铁碳微电解的耦合，充分利用废水中有机物能量提高所述系统对废水中有机污染物的去除效率；
2.在阳极室和阴极室之间设置铁碳还原池，并向铁碳还原池中投加还原剂，可以降低进入阳极室内氧气含量，同时还原剂选用维生素C时，其可以起到缓冲溶剂的作用，维持系统中质子含量，为微生物燃料电池持续发电提供可能。
3.进水进入铁碳池进行处理，并将微生物燃料电池产电作为电源供给给铁碳池，在提高铁碳微电解处理效果的同时，充分利用了产电能量。
4.废水进入铁碳池提高废水的可生化性，进入微生物燃料电池内提高了微生物利用有机物的产电效率，与此同时，产电微生物产电后供给给铁碳池，实现了以废治废的目的。
5.省去了普通MFC的膜组件，以还原铁碳池替代，在提高处理效果的同时，节省了膜成本，提高了传质效率。
附图说明
图1为一种微生物燃料电池废水处理系统示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1所示，一种微生物燃料电池废水处理系统，包括：包括：铁碳池1、阴极室2、铁碳还原池3、阳极室4，所述铁碳池1上方设置进水管11，所述铁碳池1底部设置曝气装置12，所述铁碳池内设置多层铁碳填料层13，所述铁碳填料层之间设置间隙；所述铁碳池1连通所述阴极室2，所述阴极室2内设置阴极21，所述阴极室2连通所述铁碳还原池3，所述铁碳还原池3内设置铁碳填料，在废水处理过程中并向所述铁碳还原池内投加还原剂，所述铁碳还原池3连通所述阳极室4，所述阳极室4内设置阳极41，所述阳极41和所述阴极21之间设置负载15，所述铁碳池1、阴极室2、铁碳还原池3、阳极室4水平依次降低，通过重力实现废水流动，所述还原剂为维生素C，所述铁碳还原池3内设置多层纵向铁碳层，纵向铁碳层间设置空隙，所述成对电极。
设置多层纵向铁碳层，且在其间设置空隙，可以提高废水在铁碳还原池内的传质效率，在还原剂的作用下，其出水性质满足阳极室的水质要求，提高质子传输效率。
设置空白对照组(不加入还原剂)：空白对照组的MFC能量密度为11.48W/m3，库伦效率为14.62％；而加入还原剂(0.01g/L)的MFC能量密度为20.12W/m3，库伦效率为25.62％，可见还原剂明显提升了能量密度及库伦效率。
实施例2
某印染废水CODcr为890mg/L,BOD5为256mg/L。
本发明公开了一种微生物燃料电池废水处理系统，包括：铁碳池1、阴极室2、铁碳还原池3、阳极室4，所述铁碳池1上方设置进水管11，所述铁碳池1底部设置曝气装置12，所述铁碳池内设置多层铁碳填料层13，所述铁碳填料层之间设置间隙；所述铁碳池1连通所述阴极室2，所述阴极室2内设置阴极21，所述阴极室2连通所述铁碳还原池3，所述铁碳还原池3内设置铁碳填料，在废水处理过程中并向所述铁碳还原池内投加还原剂，所述铁碳还原池3连通所述阳极室4，所述阳极室4内设置阳极41，所述阳极41和所述阴极21之间设置负载15，所述铁碳池1、阴极室2、铁碳还原池3、阳极室4水平依次降低，通过重力实现废水流动，所述铁碳池1内设置成对电极，所述成对电极与所述负载并联，所述还原剂为维生素C，所述铁碳还原池3内设置多层纵向铁碳层，所述铁碳池1作为负载使用，调整铁碳池1内电阻为400-800Ω。
设置对照组(负载为常规电阻，电阻为500)，测定铁碳池1出水水质，对照组出水BOD/COD为0.357，而本实施例出水BOD/COD为0.572，对后续MFC处理提供了更优良，更适宜微生物利用的有机物质。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (10)

1.一种微生物燃料电池废水处理系统，其特征在于，包括：铁碳池(1)、阴极室(2)、铁碳还原池(3)、阳极室(4)，所述铁碳池(1)上方设置进水管(11)，所述铁碳池(1)底部设置曝气装置(12)，所述铁碳池内设置多层铁碳填料层(13)，所述铁碳填料层之间设置间隙；所述铁碳池(1)连通所述阴极室(2)，所述阴极室(2)内设置阴极(21)，所述阴极室(2)连通所述铁碳还原池(3)，所述铁碳还原池(3)内设置铁碳填料，在废水处理过程中向所述铁碳还原池内投加还原剂，所述铁碳还原池(3)连通所述阳极室(4)，所述阳极室(4)内设置阳极(41)，所述阳极(41)和所述阴极(21)之间设置负载(15)。
2.如权利要求1所述的微生物燃料电池废水处理系统，其特征在于，所述铁碳池(1)、阴极室(2)、铁碳还原池(3)、阳极室(4)水平依次降低，通过重力实现废水流动。
3.如权利要求1所述的微生物燃料电池废水处理系统，其特征在于，所述还原剂为维生素C或含有还原性污染物的废水。
4.如权利要求1所述的微生物燃料电池废水处理系统，其特征在于，所述铁碳还原池(3)内设置多层纵向铁碳层。
5.如权利要求1所述的微生物燃料电池废水处理系统，其特征在于，所述铁碳池(1)作为负载使用。
6.如权利要求1所述的微生物燃料电池废水处理系统，其特征在于，所述废水为印染废水、制药废水、垃圾渗滤液、生活污水中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的微生物燃料电池废水处理系统，其特征在于，所述阳极室(4)为密封设置。
8.如权利要求1所述的微生物燃料电池废水处理系统，其特征在于，所述阴极室(2)设置曝气装置。
9.如权利要求1所述的微生物燃料电池废水处理系统，其特征在于，所述阳极和所述阴极连通生物填料。
10.如权利要求9所述的微生物燃料电池废水处理系统，其特征在于，所述生物填料为涤纶，用苯胺或吡咯蒸汽在涤纶生物填料表面聚合使生物填料导电。
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