[实用新型]一种多功能反硝化微生物燃料电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物燃料电池，尤其涉及一种多功能反硝化微生物燃料电池。

背景技术

近年来实施“控源减排”后，我国有机污染得到有效遏制，氮磷污染上升为主要环境问题。氮磷所致的湖泊“水华”及近海“赤潮”频频发生，已危及农业、渔业、旅游业等诸多行业，并对饮水卫生和食品安全构成严重威胁。氮素污染控制迫在眉睫，刻不容缓。

在现有氮素污染治理技术中，生物脱氮因其相对经济性和高效性而成为目前的主流技术。然而，传统的生物脱氮技术也存在较多缺陷：含氮废水本身蕴含丰富能量，却仍需消耗大量电能来进行处理，废水中能源资源并未充分回收利用，废水处理费用较高；生物脱氮过程的监测多采用传统化学测试方法，费时费力，难以满足现场监测的需要，不便于根据实际运行状况进行优化调控。在能源危机和环境污染的双重压力下，传统生物脱氮技术已经难以满足可持续发展的要求，探索节能低耗的新型生物脱氮技术势在必行。

微生物燃料电池是一种以微生物为催化剂，将化学能直接转化为电能的装置，是一种新的清洁能源生产技术。因为废水中含有许多化学污染物，蕴藏着大量化学能，所以微生物燃料电池能以废水为燃料来产电。利用微生物燃料电池技术来处理废水，不仅可以治污，而且可以回收电能，它是废水处理技术的重大创新，已成为环境工程领域的研发热点。利用微生物燃料电池来处理有机废水，已取得了重大进展，无论是对低浓度的生活污水还是对高浓度的工业废水（淀粉废水、酿酒废水、造纸废水）和农业废水（猪场废水），都显示了较好的适应性，其容积负荷可达十几公斤，COD去除率可达90%以上，功率密度可达几十W/m³或几千mW/m²。但目前利用微生物燃料电池技术来进行生物脱氮的研发还凤毛麟角，若将MFC技术用于废水生物脱氮，则可望发掘生物脱氮的治污产电潜能，并可望以电信号指示脱氮过程，实现基于电信号的优化控制。

针对现有生物脱氮技术的诸多缺陷，本实用新型利用多功能反硝化微生物燃料电池技术来处理含氮废水，以含氮废水为燃料生产电能，可有效回收含氮废水中蕴含的能量，实现同步废水脱氮和生物产电；可利用电信号指示反硝化进程，进行实时在线监测，便于过程优化控制。试验证明，据此开发的多功能反硝化微生物燃料电池对低、中、高浓度的含氮废水均具有较好的适应性，容积脱氮速率高，产电效率高，指示功能强，并具有很高的运行稳定性。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种多功能反硝化微生物燃料电池。

多功能反硝化微生物燃料电池包括进水管、生物阳极、反硝化污泥、阳极液、膜套管、出水管、阳极室、连接导线、负载、电压采集记录仪、阴极室、分隔膜、阴极液、化学阴极；阳极室下部侧壁设有进水管，阳极室上部侧壁设有出水管，阳极室内设有生物阳极，阳极室内部装有阳极液，阳极液中接种有反硝化污泥，生物阳极上附着有反硝化污泥，阴极室下部侧壁设有进水管，阴极室上部侧壁设有出水管，阴极室内设有化学阴极，阴极室内装有阴极液，阳极室通过膜套管与阴极室相连，膜套管上设有分隔膜，生物阳极和化学阴极分别通过连接导线与负载两端相连，负载并接有电压采集记录仪。

所述的阳极室的高径比为1~3:1，阴极室的高径比为1~3:1，阳极液的体积占阳极室体积的2/3～3/4，阴极液的体积占阴极室体积的2/3～3/4，反硝化污泥的体积占阳极液体积的1/10~1/3。

所述的阳极液含有有机物、硝酸盐氮或亚硝酸盐氮的废水，pH为6.5~7.8，阴极液为高锰酸盐、重铬酸钾、过硫酸盐、铁氰化物、过氧化氢或溶解氧与磷酸盐缓冲剂的混合溶液，pH为6.5~7.8。

所述的生物阳极和化学阴极的导电材料为碳纸、碳布、碳毡、石墨毡或石墨板，生物阳极下端到阳极室底部之间间距为2~4cm，化学阴极下端到阴极室底部之间间距为2~4cm，生物阳极和化学阴极之间的距离为4~16cm，生物阳极的面积与阳极室的体积之比为9~40 m²:1 m³，化学阴极的面积与阴极室的体积之比为9~40 m²:1 m³。

所述的分隔膜的材料为阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜、双极膜、微滤膜或超滤膜，分隔膜的面积与阳极室的体积之比为3~25 m²:1 m³，分隔膜的面积与阴极室的体积之比为3~25 m²:1 m³，分隔膜与生物阳极之间的距离为1~8cm，分隔膜与化学阴极之间的距离为1~8cm。