CN201278356Y - 一种两段式微生物燃料电池 - Google Patents

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袁振宏
孙永明
李连华
吕鹏梅
庄新姝
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Abstract

本实用新型公开了一种两段式微生物燃料电池，包括有阴极室和阳极室，在该阴极室内插入有阴极，在所述阳极室内插入有阳极，在所述阴极室内设有好氧微生物培养基，所述阴极表面挂有好氧微生物薄膜。可以实现将两段式污水处理工艺与发电过程相结合，实现难降解污水的厌氧好氧两步工艺彻底降解污水，同时利用好氧微生物电化学活性作为阴极微生剂，以氧气作为电子受体，实现连续产电，提高电流密度，降低常规阴极催化剂成本，并可利用阴极好氧微生物测定污水BOD；本实用新型工艺结构简单，易于操作，废水中潜在的电能是其处理成本的10倍，利用潜在电能的1/20，污水处理厂就可以解决污水处理成本。

Description

一种两段式微生物燃料电池
技术领域
本实用新型涉及一种两段式微生物燃料电池，尤其对于含高COD污水处理的一种产电装置。
背景技术
微生物燃料电池是利用微生物电化学活性作为催化剂，将有机物质化学能直接转化为电能的一种装置，其能量转化效率达到80％，是将污水处理与发电有机结合在一起的新型技术。公知的微生物燃料电池是在阳极室注入污水，设置在阳极室内的厌氧微生物降解有机物质，而在阴极室采用氧化还原电位高的化学物质作为电子受体，如氧、铁氰化钾、高锰酸钾等溶液，在金属催化剂如Pt的作用下，发生还原反应，并形成闭合回路。阴极催化剂在微生物燃料电池中处于重要位置，没有催化剂的催化，就不会发生阴极还原反应。当前主要使用的阴极催化剂是铂等金属，成本较高，且催化剂表面容易附着一些物质，使催化剂失活。
无论是两室的、还是单室的微生物燃料电池，都仅在阳极室利用厌氧微生物对高COD的污水进行一段厌氧处理，而现在微生物燃料电池厌氧处理阶段COD去除率仅为80％，余下的20％COD没能处理就直接排出或另行处理。
因此目前都在积极研究探索催化性能好、价格便宜且使用寿命长的催化剂，使得污水不仅能在阳极室得到净化，而且能在阴极室进一步得到净化，以达到排污标准要求。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有的微生物燃料电池不能有效地降解含N、P等高COD的污水，无法降低微生物燃料电池构建成本的问题，提供一种微生物燃料电池装置，该电池不仅能实现进行厌氧好氧两步工艺，彻底降低COD，满足污水处理要求，而且利用好氧微生物或酶作为阴极催化剂，而不用常规金属催化剂，降低了电池成本；实现连续产电，同时采用多个阳极，提高电流密度。
为实现以上目的，本实用新型采取了以下的技术方案：一种两段式微生物燃料电池，包括有阴极室和阳极室，在该阴极室内插入有阴极，在所述阳极室内插入有阳极，在所述阴极室内设有好氧微生物培养基，所述阴极表面挂有好氧微生物薄膜。
对于难降解的高COD、含N、P等有机物的污水仅在阳极室单用厌氧处理一般降解不完全，通过在阴极室中的好氧条件下，以氧气作为电子受体，能彻底降解污水，达到污水排放要求。
所述好氧微生物培养基为来自污泥的好氧微生物的接种培养基。
所述阳极为多个，该多个阳极相互串联形成一个阳极输出端。将多个阳极串联起来形成一个输出阳极端，提高电流密度，同时提高输出功率。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：可以实现将两段式污水处理工艺与发电过程相结合，实现难降解污水的厌氧好氧两步工艺彻底降解污水，同时利用好氧微生物电化学活性作为阴极微生剂，以氧气作为电子受体，实现连续产电，提高电流密度，降低常规阴极催化剂成本，并可利用阴极好氧微生物测定污水BOD；本实用新型工艺结构简单，易于操作，废水中潜在的电能是其处理成本的10倍，利用潜在电能的1/20，污水处理厂就可以解决污水处理成本。
附图说明
图1为本实用新型的工作原理示意图；
图2为本实用新型结构示意图；
附图标记说明：1 进料口，2、阳极室，3、阳极，31、阳极输出端，4、厌氧段出水口，5 质子交换膜，6、好氧段进水口，7、阴极室，8、阴极，9、电阻，10、溢流口，11、好氧微生物培养基，12、好氧微生物薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。
实施例：
请参阅图1和图2所示，一种两段式微生物燃料电池，包括有由质子交换膜5分隔开的阴极室7和阳极室2，阳极室2和阴极室7仅有质子氢可通过，阴极室7与大气相通，并进行曝气，阴极室7要高于阳极室2，并在阴极室7的上端设有溢流口10；在阳极室2内插入有阳极3，在阴极室7内插入有阴极8，电极材料是利用比表面积较大的碳布或碳粘制成，在阳极室2中利用厌氧微生物作为阳极催化剂，使得阳极室2内完全厌氧，阴极室7内是利用具有电化学活性好氧微生物作为阴极催化剂，具体是在阴极室7内设有好氧微生物培养基11，阴极8表面挂有好氧微生物薄膜12。
将厌氧污泥接种在阳极室2，并用与污水相似的培养基对菌种进行驯化，培养挂膜后，逐渐泵入含N、P等的有机污水进入到微生物燃料电池的阳极室2，经过一定时间后，在阴极室7接种好氧污泥，使其在阴极8上挂膜。在该两段式微生物燃料电池结构中，还包含有一个电路回路，即：阳极3通过电阻9与阴极8电连接。
本实用新型的工艺过程为：高COD含量的有机污水从进料口1泵入阳极室2，在厌氧菌的作用，降解有机物，产生电子和质子氢，电子通过外电路阴极，质子氢通过质子交换膜5到达阴极8表面，在阴极8表面好氧微生物的催化作用下，氧气得到电子，形成闭合回路，产生电流；厌氧过程能降解80％的有机物，而含有20％COD的污水从阳极室2底部的厌氧段出水口4流出，并测定污水COD，若COD不能达到排污标准，则将此污水从阴极室7底部的好氧段进水口6流入阴极室7内，在好氧条件下，将含N、P等有机物在氧气作用下完全氧化为单体，并通过设置在阴极室7上端的溢流口10排出处理后的水，溢流口10的设置有利于处理后的水引流出来回用。
进一步的，在阳极室2中可设置多个阳极3，本实施例设置八个阳极，并相互串联形成一个阳极输出端31，与电阻9串联后与阴极8电连接。
上述形成的两段式厌氧好氧处理高COD污水的微生物燃料电池，不仅实现连续产电，且能达到污水的彻底处理。
上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1、一种两段式微生物燃料电池，包括有阴极室(7)和阳极室(2)，所述阴极室(7)内插入有阴极(8)，在所述阳极室(2)内插入有阳极(3)，其特征在于：在所述阴极室(7)内设有好氧微生物培养基(11)，所述阴极(8)表面挂有好氧微生物薄膜(12)。
2、如权利要求1所述的两段式微生物燃料电池，其特征在于：所述好氧微生物培养基(11)为取自污泥的好氧微生物接种的培养基。
3、如权利要求1或2所述的两段式微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极(3)为多个，该多个阳极(3)相互串联形成一个阳极输出端(31)。
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