[发明专利]一种污水处理用的微生物燃料电池

说明书

技术领域：

本发明属于生物燃料电池技术领域，涉及一种将液固流化床和微生物燃料电池相集成用于废水处理的技术装置，特别是一种污水处理用的微生物燃料电池。

背景技术：

目前，工业发展和人口急剧膨胀对资源和环境造成了严重威胁，合理利用资源，实现废物的资源化利用是环保减排和缓解资源短缺的有效途径。由于城市生活污水和工业生产废水的不断增加，净化处理能力严重不足，水环境日益恶化。现有的污水处理方法主要包括物理处理法、化学处理法和生物处理法等，其中最常用的生物处理法包括两种：一种是利用微生物在污水池中进行曝气处理，消耗大量能量，污水处理成本高，不利于推广；另一种是利用厌氧微生物将污水中的有机物氧化分解为二氧化碳以及甲烷等小分子物质，但是厌氧处理过程不能将有机物彻底氧化，产生甲烷、一氧化碳等气体。甲烷、一氧化碳等气体如不进行后处理会对周围环境产生二次污染。因此需要研究高效的有机废水的处理方法。微生物燃料电池技术利用异化菌为催化剂将呼吸作用中的电子供体（如葡萄糖、醋酸等）彻底氧化为二氧化碳，同时产生电能，该技术具有反应条件温和，设备简单，易操作，运行成本低，对污水有机物去除效果好等优点，可实现在污水处理的同时回收能量的双重效果，是一种应用前景广泛的污水处理技术，但该技术目前尚未形成规模化的成熟应用。厌氧流化床阳极空气阴极单室微生物燃料电池是将微生物燃料电池技术与流化床反应器相集成而研究开发的一种新型反应器，属于待开发和创新的技术。电池(MFC)多适用于实验室的研究，阳极多用搅拌的方式，存在微生物分布不均匀，传质效率低，不易于污水处理工业放大等突出缺点。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，开发一种液固厌氧流化床阳极空气阴极单室微生物燃料电池废水处理装置，该装置易于工业化，可在实现污水处理同时生产电能，通过调节床层高度、污水流量、废水浓度和种类、液体分布孔尺度、厌氧污泥和载体颗粒用量及粒度等操作参数，实现污水化学耗氧量(COD)污染物的有效去除和产电性能的提高。

为了实现上述目的，本发明装置的主体结构包括污水入口、污水出口、污水入口预分布室、液体分布板、流化床体、流化床扩大段、流化颗粒（填料）、密封盖、气体收集出口、测试口、阳电极、导线、阴极和负载，各部件配合组成厌氧流化床阳极空气阴极微生物燃料电池装置；装置底部制有污水入口，污水入口上部制有预分布室，预分布室和流化床体之间制有液体分布板，流化床体内下部装有流化颗粒，流化颗粒由厌氧污泥及其载体颗粒混合加入流化床反应区；阳电极竖向位于流化床体内侧，一端插入流化颗粒（填料）内引出和传导有机物降解产生的电子，空气膜阴极位于流化床体外侧，并通过环氧胶密封，阳电极另一端和空气膜阴极之间通过导线连接，并串联负载相连形成闭合回路；上下顺序排列的测试口位于流化床体外侧壁，用于测定床层压力和流化颗粒流速；污水入口预分布室使菌液分布均匀，实现流化颗粒的充分流化，改善废水处理效果，增加产电功率，降低内阻；污水由污水入口依次经过预分布室和液体分布板进入流化床体内，厌氧污泥混合菌挂膜于流化颗粒上处于流化状态；流化床体顶部设置有密封盖，将阳电极处于密封状态并保持厌氧环境，密封盖中心设置有气体收集出口；阳电极与阴极之间距离为10mm-20mm；阴极为空气膜阴极，以不锈钢丝网为支撑体，通过法兰连接于厌氧流化床体外侧。

本发明与传统的微生物燃料电池相比具有以下优点：（1）阳电极室采用厌氧生物流化床，废水自下向上流过床层使填料呈流化状态，增加了单位时间内生物膜同废水的接触面积，强化了污水中有机物的传质，加快了生化反应速率；（2）采用空气阴极，减少曝气动力消耗，避免了氧在水中溶解度对阴极氧还原动力学的限制；（3）厌氧流化床阳极空气阴极微生物燃料电池结构简单、体积功率密度高，易于工业放大；本发明以废水作为电池燃料，以厌氧污泥为混合菌种源，采用空气阴极，降低了电池成本，提高了产电性能，还具有操作区域宽，操作可靠，厌氧流化床传质效果好，生化反应速率快，易于放大和工业化应用等优点，广泛适用于不同化学耗氧量(COD)浓度污水的净化处理。

附图说明：

图1为本发明装置的平面结构原理示意图。

图2为本发明装置的电池启动期电压图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明装置作进一步的描述。

实施例：