申請日2013.11.28

　　公開(公告)日2015.06.03

　　IPC分類號C02F3/34; H01M8/16

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種將液固流化床和微生物燃料電池相集成用于廢水處理的技術(shù)裝置，特別是一種污水處理用的微生物燃料電池;其底部制有污水入口，污水入口上部制有預(yù)分布室，預(yù)分布室和流化床體之間制有液體分布板，流化床體內(nèi)下部裝有流化顆粒;陽電極豎向位于流化床體內(nèi)側(cè)，一端插入流化顆粒內(nèi)引出電子，空氣膜陰極位于流化床體外側(cè)，并通過環(huán)氧膠密封，陽電極另一端和空氣膜陰極之間通過導(dǎo)線連接，并串聯(lián)負載形成閉合回路;氣體收集出口位于密封蓋頂部中心;上下順序排列的測試口位于流化床體外側(cè)壁;其制備成本低，性能高，操作可靠，效果好，速率快，易于放大和工業(yè)化應(yīng)用。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種污水處理用的微生物燃料電池，主體結(jié)構(gòu)包括污水入口、 污水出口、污水入口預(yù)分布室、液體分布板、流化床體、流化床擴大 段、流化顆粒、密封蓋、氣體收集出口、測試口、陽電極、導(dǎo)線、陰 極和負載，其特征在于裝置底部制有污水入口，污水入口上部制有預(yù) 分布室，預(yù)分布室和流化床體之間制有液體分布板，流化床體內(nèi)下部 裝有流化顆粒，流化顆粒由厭氧污泥及其載體顆粒混合加入流化床反 應(yīng)區(qū);陽電極豎向位于流化床體內(nèi)側(cè)，一端插入流化顆粒內(nèi)引出和傳 導(dǎo)有機物降解產(chǎn)生的電子，空氣膜陰極位于流化床體外側(cè)，并通過環(huán) 氧膠密封，陽電極另一端和空氣膜陰極之間通過導(dǎo)線連接，并串聯(lián)負 載形成閉合回路;上下順序排列的測試口位于流化床體外側(cè)壁，用于 測定床層壓力和流化顆粒流速;污水入口預(yù)分布室使菌液分布均勻， 實現(xiàn)流化顆粒的充分流化，改善廢水處理效果，增加產(chǎn)電功率，降低 內(nèi)阻;污水由污水入口依次經(jīng)過預(yù)分布室和液體分布板進入流化床體 內(nèi)，厭氧污泥混合菌掛膜于流化顆粒上處于流化狀態(tài);流化床體頂部 設(shè)置有密封蓋，將陽電極處于密封狀態(tài)并保持厭氧環(huán)境，密封蓋中心 設(shè)置有氣體收集出口;陽電極與陰極之間距離為10mm-20mm;陰極 為空氣膜陰極，以不銹鋼絲網(wǎng)為支撐體，通過法蘭連接于厭氧流化床 體外側(cè)。

　　說明書

　　一種污水處理用的微生物燃料電池

　　技術(shù)領(lǐng)域：

　　本發(fā)明屬于生物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種將液固流化床和微 生物燃料電池相集成用于廢水處理的技術(shù)裝置，特別是一種污水處理 用的微生物燃料電池。

　　背景技術(shù)：

　　目前，工業(yè)發(fā)展和人口急劇膨脹對資源和環(huán)境造成了嚴重威脅， 合理利用資源，實現(xiàn)廢物的資源化利用是環(huán)保減排和緩解資源短缺的 有效途徑。由于城市生活污水和工業(yè)生產(chǎn)廢水的不斷增加，凈化處理 能力嚴重不足，水環(huán)境日益惡化。現(xiàn)有的污水處理方法主要包括物理 處理法、化學處理法和生物處理法等，其中最常用的生物處理法包括 兩種：一種是利用微生物在污水池中進行曝氣處理，消耗大量能量， 污水處理成本高，不利于推廣;另一種是利用厭氧微生物將污水中的 有機物氧化分解為二氧化碳以及甲烷等小分子物質(zhì)，但是厭氧處理過 程不能將有機物徹底氧化，產(chǎn)生甲烷、一氧化碳等氣體。甲烷、一氧 化碳等氣體如不進行后處理會對周圍環(huán)境產(chǎn)生二次污染。因此需要研 究高效的有機廢水的處理方法。微生物燃料電池技術(shù)利用異化菌為催 化劑將呼吸作用中的電子供體(如葡萄糖、醋酸等)徹底氧化為二氧 化碳，同時產(chǎn)生電能，該技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和，設(shè)備簡單，易操作， 運行成本低，對污水有機物去除效果好等優(yōu)點，可實現(xiàn)在污水處理的 同時回收能量的雙重效果，是一種應(yīng)用前景廣泛的污水處理技術(shù)，但 該技術(shù)目前尚未形成規(guī)�；�的成熟應(yīng)用。厭氧流化床陽極空氣陰極單 室微生物燃料電池是將微生物燃料電池技術(shù)與流化床反應(yīng)器相集成 而研究開發(fā)的一種新型反應(yīng)器，屬于待開發(fā)和創(chuàng)新的技術(shù)。電池(MFC) 多適用于實驗室的研究，陽極多用攪拌的方式，存在微生物分布不均 勻，傳質(zhì)效率低，不易于污水處理工業(yè)放大等突出缺點。

　　發(fā)明內(nèi)容：

　　本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，開發(fā)一種液固厭氧 流化床陽極空氣陰極單室微生物燃料電池廢水處理裝置，該裝置易于 工業(yè)化，可在實現(xiàn)污水處理同時生產(chǎn)電能，通過調(diào)節(jié)床層高度、污水 流量、廢水濃度和種類、液體分布孔尺度、厭氧污泥和載體顆粒用量 及粒度等操作參數(shù)，實現(xiàn)污水化學耗氧量(COD)污染物的有效去除和 產(chǎn)電性能的提高。

　　為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明裝置的主體結(jié)構(gòu)包括污水入口、污 水出口、污水入口預(yù)分布室、液體分布板、流化床體、流化床擴大段、 流化顆粒(填料)、密封蓋、氣體收集出口、測試口、陽電極、導(dǎo)線、 陰極和負載，各部件配合組成厭氧流化床陽極空氣陰極微生物燃料電 池裝置;裝置底部制有污水入口，污水入口上部制有預(yù)分布室，預(yù)分 布室和流化床體之間制有液體分布板，流化床體內(nèi)下部裝有流化顆 粒，流化顆粒由厭氧污泥及其載體顆粒混合加入流化床反應(yīng)區(qū);陽電 極豎向位于流化床體內(nèi)側(cè)，一端插入流化顆粒(填料)內(nèi)引出和傳導(dǎo) 有機物降解產(chǎn)生的電子，空氣膜陰極位于流化床體外側(cè)，并通過環(huán)氧 膠密封，陽電極另一端和空氣膜陰極之間通過導(dǎo)線連接，并串聯(lián)負載 相連形成閉合回路;上下順序排列的測試口位于流化床體外側(cè)壁，用 于測定床層壓力和流化顆粒流速;污水入口預(yù)分布室使菌液分布均 勻，實現(xiàn)流化顆粒的充分流化，改善廢水處理效果，增加產(chǎn)電功率， 降低內(nèi)阻;污水由污水入口依次經(jīng)過預(yù)分布室和液體分布板進入流化 床體內(nèi)，厭氧污泥混合菌掛膜于流化顆粒上處于流化狀態(tài);流化床體 頂部設(shè)置有密封蓋，將陽電極處于密封狀態(tài)并保持厭氧環(huán)境，密封蓋 中心設(shè)置有氣體收集出口;陽電極與陰極之間距離為10mm-20mm; 陰極為空氣膜陰極，以不銹鋼絲網(wǎng)為支撐體，通過法蘭連接于厭氧流 化床體外側(cè)。

　　本發(fā)明與傳統(tǒng)的微生物燃料電池相比具有以下優(yōu)點：(1)陽電極 室采用厭氧生物流化床，廢水自下向上流過床層使填料呈流化狀態(tài)， 增加了單位時間內(nèi)生物膜同廢水的接觸面積，強化了污水中有機物的 傳質(zhì)，加快了生化反應(yīng)速率;(2)采用空氣陰極，減少曝氣動力消耗， 避免了氧在水中溶解度對陰極氧還原動力學的限制;(3)厭氧流化床 陽極空氣陰極微生物燃料電池結(jié)構(gòu)簡單、體積功率密度高，易于工業(yè) 放大;本發(fā)明以廢水作為電池燃料，以厭氧污泥為混合菌種源，采用 空氣陰極，降低了電池成本，提高了產(chǎn)電性能，還具有操作區(qū)域?qū)挘?操作可靠，厭氧流化床傳質(zhì)效果好，生化反應(yīng)速率快，易于放大和工 業(yè)化應(yīng)用等優(yōu)點，廣泛適用于不同化學耗氧量(COD)濃度污水的凈化 處理。