[发明专利]一种MFC反应器及同步去除氮硫污染物并产电的方法

说明书

本发明公开了一种MFC反应器及同步去除氮硫污染物并产电的方法，属于MFC领域。本发明的一种同步去除氮硫污染物并产电的方法，利用培育好的活性污泥通过MFC技术对水中的污染物进行去除，同时产生电能，具有良好的节能性，且产生的电压较稳定，具有良好的电压稳定性。本发明刚启动时电压增长缓慢，启动20天以后，随着微生物对环境的适应以及产电微生物在电极上的附着，电压开始迅速增加，从最初启动时的11mV迅速增加到113mV左右，在反应器启动25天之后，电压稳定在120mV左右。

技术领域

本发明属于MFC领域，尤其是一种MFC反应器及同步去除氮硫污染物并产电的方法。

背景技术

以硫自养反硝化MFC(微生物燃料电池)为主体，利用培育好的活性污泥通过MFC技术对水中的污染物进行去除，同时产生电能。目前，该技术已经较为成熟，在对污染物的去除方面保持了较为稳定的去除效率。MFC技术提供了一种去除污染物的新思路，在通过生物降解方式去除污染物的同时，还释放能量和维持产能。

微生物燃料电池以其优秀的能量转化效率和利用微生物去除污染物的特点得到外界广泛关注，但仍存在一些不足。如：底物浓度对MFC性能有影响。在固定S/N比为5:2时，硫化物的去除率随着进水硫化物浓度的升高而降低。在产电性能方面，不同进水浓度下电压随时间的总体变化趋势基本相同。

硫氮比会对MFC性能产生影响。当阴极室电子受体硝酸盐浓度较低时，硝酸盐易被还原成氮气，无亚硝酸盐积累；当电子受体硝酸盐浓度较高时，由于阳极底物提供的电子数量一定，故硝酸盐无法全部被还原成氮气，大多只能被还原亚硝酸盐。在产电性能方面，燃料电池产电能力主要取决于阳极室的底物浓度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种MFC反应器及同步去除氮硫污染物并产电的方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种MFC反应器，包括阳极室、阴极室和交换膜；

阳极室和阴极室之间设有交换膜，在阳极室和阴极室内设有平行的碳刷电极，两个碳刷电极外接有外电阻；

阳极室外接阳极室蠕动泵，阴极室外接阴极室蠕动泵。

进一步的，交换膜为全氟磺酸离子膜Nafion 117，经以下预处理：

先将交换膜在80℃的5％的双氧水中浸泡1h，然后用去离子水浸泡半个小时；

再在80℃的质量分数为5wt％的稀硫酸中浸泡1h，然后再用去离子水浸泡半个小时。

进一步的，外电阻为1000Ω。

一种MFC反应器的同步去除氮硫污染物并产电的方法，包括以下步骤：

将活性污泥接种到MFC的阳极室和阴极室，每次MFC运行前通入氮气排氧；

向阳极室泵入硫化物，向阴极室泵入硝酸盐；

运行MFC，去除活性污泥中的氮硫污染物，并产生电能。

进一步的，所述硫化物为Na₂S·9H₂O。

进一步的，所述硝酸盐为KNO₃。

进一步的，阳极室添加硫化物与阴极室添加硝酸盐的硫氮摩尔比为5:2。

进一步的，阳极室硫化物的进水浓度为100～200mg·L^-1；

阴极室硝酸盐的进水浓度分别为17.5～52.5mg·L^-1；

进水pH为7.5-8.0，反应温度为20-27℃，HRT＝12h。