CN205803610U - 一种变性生物电极微生物电解池 - Google Patents
一种变性生物电极微生物电解池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN205803610U CN205803610U CN201620682047.5U CN201620682047U CN205803610U CN 205803610 U CN205803610 U CN 205803610U CN 201620682047 U CN201620682047 U CN 201620682047U CN 205803610 U CN205803610 U CN 205803610U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bioelectrode
- chamber
- degeneration
- electrode
- electrolysis cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
一种变性生物电极微生物电解池，电解池的一大一小两个独立功能腔室中均设置有至少一对功能强化的变性生物电极对，电极对在直流组合电源的调控下处于电极极性反转周期可调的加电运行状态来产CH4矿化有机质。独立的小腔室为大腔室的稳定运行提供了保障，灵巧便捷的电极对为大腔室的放大提供了便利；变性生物电极生物膜中嵌入的导电粉体材料，增强了生物电极的活性；直流组合电源调控下的电极极性周期反转不但可驯化出既能氧化有机质作阳极又能催化产CH4作阴极的变性生物电极，而且还避免了电极单向极化引起的离子浓缩甚至盐沉积导致的生物电极活性下降，确保了生物电极的长久运行，进一步降低了电解池的固定成本和运行成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及微生物电化学领域，尤其涉及一种变性生物电极微生物电解池。
背景技术
在传统的厌氧消化过程中，以H+和CO2为电子受体的有机质产CH4厌氧矿化在生物能的生产、废水处理、地下水和土壤（及沉积物）的生物修复等方面虽然有很好的发展前景，但由于该过程的复杂性，以及该过程表现出来的时间长、不彻底、易波动失效等缺陷，使得有机质产CH4厌氧矿化过程的工程应用受到了限制。多功能的微生物电解池技术出现之后，微生物电解池参与的有机质产CH4厌氧矿化过程在速度、彻底性、稳定性、产气质量等方面都表现出巨大的改进，使得拓宽有机质产CH4厌氧矿化过程在生物能的生产、废水处理、地下水修复、土壤（及沉积物）修复等能源环境领域的工程应用成为可能。
多功能微生物电解池的前景虽然很好，但是高昂的固定成本和运行成本却成为其应用的巨大障碍。低成本的生物电极及其自我繁殖特性使其被寄予可长久运行，进而降低固定成本和运行成本的厚望。然而现有的电产CH4技术中，微生物电解池普遍采用的是直流稳压电源或恒电位仪长期单向加电的运行模式，这种加电模式下生物电极的极性长期恒定不变，而电极的长期单向极化不可避免地会导致离子浓缩，甚至出现盐沉积，高浓度的离子及盐沉积容易使生物电极（特别是生物阴极）的活性下降，从而影响了生物电极以及微生物电解池的长期运行。
电产CH4专利（WO 2011/011829 A1）为解决阴阳极的pH差采用计算机控制的步进马达驱动系统并耦合计算机控制下的切换装置来实现转盘电极极性的周期反转，其结构、运行控制和维护复杂成本高，并且灵活性差，特别是其生物电化学转盘的不可放大性，限制了其应用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的许多不足，本实用新型的目的在于提供一种变性生物电极微生物电解池，旨在解决现有微生物电解池的成本高、放大难、运行及维护过程复杂，灵活性差，特别是所述微生物电解池在运行过程中因长期单向极化导致的离子浓缩甚至盐沉积使生物电极的活性下降而不能长期稳定运行的问题。
本实用新型的技术方案如下：
一种变性生物电极微生物电解池，其中，包括第一腔室、第二腔室，所述第一腔室与第二腔室通过一隔板隔开，所述隔板上端设置有一开口，所述第一腔室底部设置有第一进水口和第一排泥口；所述第二腔室侧边设置有一出水口，所述第二腔室底部设置有第二进水口和第二排泥口，所述第二腔室顶部还设置有一出气口；所述第一腔室和第二腔室内分别设置有至少一电极对，所述电极对分别与直流组合电源的两个输出端子连接，所述直流组合电源包括直流电源和电源调控系统，所述直流电源的电压输出通过电源调控系统的调制成为极性反转周期可调的输出电压，使所述电极对处于电极极性反转周期可调的加电运行状态，运行过程中所述电极对上生成生物膜成为变性生物电极，待电解池产生稳定的最大电流后即可进行电产CH4矿化有机质；所述变性生物电极既能降解有机质作阳极又能催化产CH4作阴极。
较佳地，所述变性生物电极微生物电解池，其中，所述电极对材料为任意导电的、易于生物膜附着生长的碳毡、石墨毡、碳纤维、碳棒、石墨板、石墨颗粒、生物焦、活性炭颗粒及导电高分子材料中的一种或其改性组合。
较佳地，所述变性生物电极微生物电解池，其中，所述生物电极的生物膜中嵌入用于提高生物膜活性的导电粉体材料。
较佳地，所述变性生物电极微生物电解池，其中，所述导电粉体材料为活性炭粉、石墨粉、碳黑、电气石粉、生物焦粉及磁性铁氧化物粉中的一种或多种。
较佳地，所述变性生物电极微生物电解池，其中，所述第一腔室的容积小于第二腔室的容积。
较佳地，所述变性生物电极微生物电解池，其中，所述第一腔室侧边还设置有一循环泵。
有益效果：本实用新型提供的变性生物电极微生物电解池，与现有的技术相比，其结构简单、易放大，固定成本低；并且其运行自动化程度高、维护简单、可长久运行，运行成本低。本实用新型变性生物电极微生物电解池采用电极极性反转周期可调的加电运行方式，避免了生物电极因长期单向极化产生的离子浓缩和盐沉积对生物电极上微生物催化剂的伤害，从而确保生物电极微生物电解池可长久运行；进一步，本实用新型生物电极生物膜中嵌入的导电粉体材料可有效增强生物电极的处理能力。
附图说明
图1为本发明变性生物电极微生物电解池较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供一种变性生物电极微生物电解池，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所述，本实用新型变性生物电极微生物电解池，包括第一腔室100、第二腔室200，所述第一腔室100的容积小于第二腔室200的容积，所述第一腔室100和第二腔室200底部分别设置有第一进水口110和第二进水口220，本实用新型将接种污泥与含待处理有机质（包含葡萄糖成分）的溶液按一定比例混合得到的混合液通过所述第一进水口110和第二进水口220分别进入第一腔室100和第二腔室200，所述第一腔室100和第二腔室200均可用于电产CH4矿化有机质；所述第一腔室100和第二腔室200之间设置有一隔板300，用于将第一腔室100中的混合液和第二腔室200中的混合液隔开，所述隔板上端设置有一开口310，用于将第一腔室100中的混合液以及产生的含CH4气体排入第二腔室200中；所述第一腔室100和第二腔室的底部分别设置有第一排泥口120和第二排泥口230用于排泥；所述第二腔室200侧边设置有一出水口210，用于将处理完的溶液排出；所述第二腔室200顶部还设置有一出气口240，用于收集第一腔室100和第二腔室200中产生的含CH4气体。
所述第一腔室100和第二腔室200内分别设置有至少一电极对，所述电极对为任意导电的、易于生物膜附着生长的材料，可以为碳毡、石墨毡、碳纤维、石墨颗粒、活性炭颗粒及导电高分子材料中的一种或其改性组合。较佳地，所述第二腔室200可根据实际需要进行扩容，增加电极对数量，以提高电解池的处理能力；所述第一腔室100除了具有与所述第二腔室200同样的功能外，还可以独立启动新的电极对以替换所述第二腔室200中处理效能下降的电极对或修复第二腔室200中处理效能下降电极对的活性；所述第一腔室100还可以为第二腔室200驯化一些功能强化的电极对，强化废物流中需强化降解物种的降解处理，增强电解池的处理能力。
所述电极对分别与直流组合电源400的两个输出端子连接，所述直流组合电源400包括直流电源和电源调控系统。进一步，本实用新型电解池可采用电极极性周期反转的加电模式电产CH4矿化有机质，保证了生物电极的长久运行。具体地，随着启动过程的进行，所述电极极性周期反转的加电模式可使所述电极对上逐渐形成并附着电活性生物膜成为变性生物电极，所述变性生物电极既能降解有机质作阳极又能催化产CH4作阴极。
进一步，本发明在启动生物电极过程中，择机在所述第一腔室100和第二腔室200中填加导电的粉体材料。如图1所示，所述第一腔室100侧边还设置有一循环泵500，所述循环泵500用于第一腔室100内导电粉体浆液的循环，以加快所述导电的粉体材料嵌入生物膜中，从而形成活性增强的生物电极。进一步，所述导电的粉体材料可以为活性炭粉、石墨粉、碳黑、电气石粉、生物焦粉或者磁性铁氧化物粉等。
有益效果：本发明通过将外压施加方式由持续的单向外压方式换成电极极性周期反转的变向外压方式，避免了生物电极因长期的单向极化产生的离子浓缩和盐沉积对生物电极上微生物催化剂的伤害，保证了生物电极的长久运行。0.4V的单向极化加电作用下，不到9个月生物阴极的活性就出现明显下降和盐沉积，而定期换向后运行10个月的生物电极的活性仍没有下降的迹象，也无盐沉积出现。相对于没有嵌入导电粉体材料的电极来说，生物膜中嵌入导电粉体材料，达到同样的电流密度所需驯化时间可缩短近1/2；且由于电极活性提高处理能力增强，使得最大稳定电流持续时间可缩短1/3。
综上所述，本实用新型提供的变性生物电极微生物电解池，与现有的技术相比，其结构简单、易放大，固定成本低，并且其运行自动化程度高、维护简单、可长久运行，运行成本低。本实用新型变性生物电极微生物电解池采用的电极极性反转周期可调的加电运行方式，避免了生物电极因长期的单向极化产生的离子浓缩和盐沉积对生物电极上微生物催化剂的伤害，从而确保生物电极微生物电解池可长久运行；进一步，本实用新型生物电极生物膜中嵌入的导电粉体材料可有效增强生物电极的处理能力。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种变性生物电极微生物电解池，其特征在于，包括第一腔室、第二腔室，所述第一腔室与第二腔室通过一隔板隔开，所述隔板上端设置有一开口，所述第一腔室底部设置有第一进水口和第一排泥口；所述第二腔室侧边设置有一出水口，所述第二腔室底部设置有第二进水口和第二排泥口，所述第二腔室顶部还设置有一出气口；所述第一腔室和第二腔室内分别设置有至少一电极对，所述电极对分别与直流组合电源的两个输出端子连接，所述直流组合电源包括直流电源和电源调控系统，所述直流电源的电压输出通过电源调控系统的调制成为极性反转周期可调的输出电压，使所述电极对处于电极极性反转周期可调的加电运行状态，运行过程中所述电极对上生成生物膜成为变性生物电极，待电解池产生稳定的最大电流后即可进行电产CH4矿化有机质；所述变性生物电极既能氧化有机质作阳极又能催化产CH4作阴极。
2.根据权利要求1所述的变性生物电极微生物电解池，其特征在于，所述电极对材料为导电的、易于生物膜附着生长的碳毡、石墨毡、碳纤维、碳棒、石墨板、石墨颗粒、活性炭颗粒及导电高分子材料中的一种或者其改性组合。
3.根据权利要求1所述的变性生物电极微生物电解池，其特征在于，所述生物电极的生物膜中嵌入用于提高生物膜活性的导电粉体材料。
4.根据权利要求3所述的变性生物电极微生物电解池，其特征在于，所述导电粉体材料为活性炭粉、石墨粉、碳黑、电气石粉、生物焦粉、磁性铁氧化物粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的变性生物电极微生物电解池，其特征在于，所述第一腔室的容积小于第二腔室的容积。
6.根据权利要求1所述的变性生物电极微生物电解池，其特征在于，所述第一腔室侧边还设置有一循环泵。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620682047.5U CN205803610U (zh) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | 一种变性生物电极微生物电解池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620682047.5U CN205803610U (zh) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | 一种变性生物电极微生物电解池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN205803610U true CN205803610U (zh) | 2016-12-14 |
Family
ID=57513326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201620682047.5U Expired - Fee Related CN205803610U (zh) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | 一种变性生物电极微生物电解池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN205803610U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109292959A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-01 | 成都友益佳环保设备工程有限公司 | 一种强化低cn比废水阴极反硝化的方法 |
| CN109534505A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-29 | 衢州学院 | 隔板式mec系统及其处理低c/n比废水的方法 |
-
2016
- 2016-07-01 CN CN201620682047.5U patent/CN205803610U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109292959A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-01 | 成都友益佳环保设备工程有限公司 | 一种强化低cn比废水阴极反硝化的方法 |
| CN109534505A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-03-29 | 衢州学院 | 隔板式mec系统及其处理低c/n比废水的方法 |
| CN109534505B (zh) * | 2018-12-24 | 2023-11-28 | 衢州学院 | 隔板式mec系统及其处理低c/n比废水的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Arun et al. | Algae based microbial fuel cells for wastewater treatment and recovery of value-added products | |
| Mohamed et al. | Bioelectricity production from kitchen wastewater using microbial fuel cell with photosynthetic algal cathode | |
| Cercado-Quezada et al. | Testing various food-industry wastes for electricity production in microbial fuel cell | |
| del Campo et al. | Microbial fuel cell with an algae-assisted cathode: a preliminary assessment | |
| Sleutels et al. | Improved performance of porous bio-anodes in microbial electrolysis cells by enhancing mass and charge transport | |
| Rozendal et al. | Effects of membrane cation transport on pH and microbial fuel cell performance | |
| Wang et al. | Novel bufferless photosynthetic microbial fuel cell (PMFCs) for enhanced electrochemical performance | |
| Yang et al. | A hybrid microbial fuel cell stack based on single and double chamber microbial fuel cells for self-sustaining pH control | |
| Liao et al. | Increased performance of a tubular microbial fuel cell with a rotating carbon-brush anode | |
| CN101704600B (zh) | 一种高浓度高色度染料废水的分段式处理方法 | |
| CN111302448B (zh) | 一种Shewanella驱动电芬顿反应处理高浓度工业污水的方法 | |
| JP5063905B2 (ja) | バイオリアクター／微生物燃料電池ハイブリッドシステム | |
| KR101714431B1 (ko) | 미생물 전기분해전지 및 이를 이용한 수소 생산 방법 | |
| CN106630177B (zh) | 一种利用微生物电解池处理焦化废水并产氢的方法及装置 | |
| Sasaki et al. | Electrochemical biotechnologies minimizing the required electrode assemblies | |
| CN103367759A (zh) | 可见光响应型光催化废水燃料电池及其制备方法和应用 | |
| Li et al. | Response of anodic biofilm and the performance of microbial fuel cells to different discharging current densities | |
| Li et al. | Simultaneous pH self-neutralization and bioelectricity generation in a dual bioelectrode microbial fuel cell under periodic reversion of polarity | |
| CN102306802A (zh) | 可见光响应的纳米管阵列燃料电池 | |
| Izadi et al. | Simultaneous electricity generation and sulfide removal via a dual chamber microbial fuel cell | |
| CN110467271A (zh) | 一种同步去除硫酸盐并回收单质硫的生物电化学方法 | |
| Cui et al. | Hydrogen production in single-chamber microbial electrolysis cell under high applied voltages | |
| CN205803610U (zh) | 一种变性生物电极微生物电解池 | |
| CN110498504B (zh) | 一种调控电活性光合微生物代谢的有机废水处理和资源化装置 | |
| Me et al. | Tubular ceramic performance as separator for microbial fuel cell: A review |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161214 Termination date: 20170701 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |