[发明专利]一种活性污泥耦合的电能驱动微生物固定二氧化碳的装置和方法

权利要求书

1.一种活性污泥耦合的电能驱动微生物固定二氧化碳的装置，主要包括非生物阳极室、生物阴极室、进气系统、连通系统、三电极系统、出气系统；

其特征在于：所述的生物阴极室内为阴极电解液，所述的非生物阳极室内为阳极电解液，参与反应的气体通过所述进气系统进入反应装置，使得气体充满所述的生物阴极室和非生物阳极室，所述气体为含有高浓度二氧化碳的工厂废气、纯化后的二氧化碳气体或氮气，所述的连通系统将所述非生物阳极室和生物阴极室连接起来，实现质子传递，所述的三电极系统提供反应所需的电能和微生物催化剂挂膜的载体，反应后产生的气体通过出气系统被收集。

2.根据权利要求1所述的一种活性污泥耦合的电能驱动微生物固定二氧化碳的装置，其特征在于：所述非生物阳极室包括阳极电解池池体(1)、阳极室密封盖(2)，阳极室密封盖(2)安装在阳极电解池池体(1)上端。

3.根据权利要求2所述的一种活性污泥耦合的电能驱动微生物固定二氧化碳的装置，其特征在于：所述生物阴极室包括阴极电解池池体(3)、阴极室密封盖(4)，阴极室密封盖(4)安装在阴极电解池池体(3)上端。

4.根据权利要求3所述的一种活性污泥耦合的电能驱动微生物固定二氧化碳的装置，其特征在于：所述进气系统包括阳极室进气孔(5)、阴极室进气孔(6)、阳极室进气软管(7)、阴极室进气软管(8)，阳极室进气孔(5)位于阳极室密封盖(2)上，阴极室进气孔(6)位于阴极室密封盖(4)上，阳极室进气软管(7)通过阳极室进气孔(5)通入阳极电解池池体(1)底部，阴极室进气软管(8)通过阴极室进气孔(6)通入阴极电解池池体(3)底部。

5.根据权利要求1所述的一种活性污泥耦合的电能驱动微生物固定二氧化碳的装置，其特征在于：所述连通系统包括阳极室连通管(9)、阴极室连通管(10)、离子交换膜(11)、锁扣(12)，阳极室连通管(9)和阴极室连通管(10)之间放置离子交换膜(11)，用锁扣(12)将两个连通管夹紧。

6.根据权利要求3所述的一种活性污泥耦合的电能驱动微生物固定二氧化碳的装置，其特征在于：所述三电极系统包括对电极电极孔(13)、对电极(14)、参比电极电极孔(15)、参比电极(16)、工作电极电极孔(17)、工作电极(18)、恒电位仪(19)，对电极电极孔(13)位于阳极室密封盖(2)上，对电极(14)通过电极电极孔(13)伸入阳极电解池池体(1)，参比电极电极孔(15)和工作电极电极孔(17)位于阴极室密封盖(4)上，参比电极(16)通过参比电极电极孔(15)伸入阴极电解池池体(3)内，工作电极(18)通过工作电极电极孔(17)伸入阴极电解池池体(3)内，对电极(14)、参比电极(16)、工作电极(18)的底部均和连通管位于同一水平线上。

7.根据权利要求1所述的一种活性污泥耦合的电能驱动微生物固定二氧化碳的装置，其特征在于：所述出气系统包括：出气孔一(20)、出气孔二(21)、出气软管一(22)、出气软管二(23)、气囊(24)，出气孔一(20)位于阳极室密封盖(2)上，出气孔二(21)位于阴极室密封盖(4)上，出气软管一(22)通过出气孔一(20)通入阳极电解池池体(1)顶部，出气软管二(23)通过出气孔二(21)通入阴极电解池池体(3)顶部，出气软管(23)出口处连接有一个用于收集反应后产生的气体的气囊(24)。

8.根据权利要求1所述的一种活性污泥耦合的电能驱动微生物固定二氧化碳的装置，其特征在于：所述的非生物阳极室内的阳极电解液为配制的缓冲溶液。

9.根据权利要求1所述的一种活性污泥耦合的电能驱动微生物固定二氧化碳的装置，其特征在于：所述的生物阴极室内的阴极电解液为微生物接种剂及培养基，微生物接种剂为来自SBR工艺、A²O工艺、AO工艺等微生物处理工艺的活性污泥。

10.应用权利要求1-9任意一项所述的装置进行电能驱动微生物固定二氧化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将阳极电解液倒入阳极电解池池体(1)，拧紧阳极电解池池体(1)上端的阳极室密封盖(2)；

S2：打开进气软管(7)和出气软管(22)，氮气经过进气软管(7)进入阳极电解池池体(1)，曝气一段时间后，停止供气，先封闭出气软管(22)，再封闭进气软管(7)；

S3：将培养基和活性污泥按照一定比例依次倒入阴极电解池池体(3)，拧紧阴极电解池池体(3)上端的阴极室密封盖(4)；

S4：打开进气软管(8)和出气软管(23)，含有高浓度二氧化碳的工厂废气或纯化后的二氧化碳气体经过进气软管(8)进入阴极电解池池体(1)，曝气一段时间后，停止供气，先封闭进气软管(8)，再将气囊(24)接至出气软管(23)；

S5：利用恒电位仪(19)作为外部电源，将恒电位仪(19)与三个电极连接，并且打开电源；

S6：在电能驱动和碳源投加条件下，固碳微生物在工作电极(18)表面形成微生物膜，作为生物催化剂，二氧化碳在固碳微生物的作用下被还原为有机化学品；

S7：阴极电解池池体(3)中反应后产生的气体通过出气软管(23)进入气囊(24)，对气囊的收集的气体进行采样；

S8：阴极电解池池体(3)中反应后产生的有机物溶解在阴极电解液中，反应进行一定周期后，断开电源，打开阴极室密封盖(4)，对阴极电解液进行采样。