技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及生物燃料電池，尤其涉及一種高效同步脫氮除碳微生物燃料電池。

背景技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速增長，能源短缺和環(huán)境污染的壓力急劇增大，對人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。微生物燃料電池可利用微生物為催化劑將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種新的清潔能源生產(chǎn)技術(shù)，已成為當(dāng)前能源和環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

廢水中含有許多污染物，蘊(yùn)含大量化學(xué)能。利用MFCs技術(shù)來處理廢水，不僅可以治污，而且可以回收電能，它是廢水處理技術(shù)的重大創(chuàng)新。由于有機(jī)污染物是廢水中的主要污染物，因此人們首先在利用MFCs處理有機(jī)廢水方面開展了大量研究，并取得了重大進(jìn)展。

微生物燃料電池技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域展示了良好的應(yīng)用前景，但將其實(shí)際應(yīng)用到廢水處理，還有不少問題亟待解決。首先，現(xiàn)有微生物燃料電池利用厭氧消化技術(shù)處理有機(jī)廢水已取得了較好效果，但其脫氮效果還不甚理想，在氮素污染日益嚴(yán)重的今天，開發(fā)具有同步脫氮除碳功能的微生物燃料電池已大勢所趨；其次，陰極成本較高，限制了其推廣和應(yīng)用，鐵氰化物、高錳酸鹽和重鉻酸鹽等陰極電子受體不可再生，需經(jīng)常更換，以氧氣為電子受體的陰極負(fù)載需Pt等貴金屬催化劑，曝氣耗能大；再次，陽極液易發(fā)生酸化，造成工藝失穩(wěn)，由于分隔膜兩側(cè)離子通透性的差異，陽極液pH下降酸化,?使陽極室微生物活性下降，電池輸出功率降低，電池穩(wěn)定性下降，為維持陽極液pH的穩(wěn)定，目前多采用在陽極液中添加高濃度磷酸鹽緩沖溶液，成本較高，也易造成二次污染。

厭氧氨氧化是以氨為電子供體，亞硝酸鹽為電子受體產(chǎn)生氮?dú)獾奈⑸锓磻?yīng)。由于經(jīng)濟(jì)高效，厭氧氨氧化工藝已成為廢水脫氮的重要技術(shù)。將厭氧氨氧化與厭氧消化技術(shù)聯(lián)合，可實(shí)現(xiàn)同步脫氮除碳；亞硝氮既可以作為厭氧氨氧化的電子供體，也可作為微生物燃料電池的陰極電子供體，可有效降低微生物燃料電池的陰極成本；厭氧氨氧化是一個(gè)產(chǎn)堿反應(yīng)，將其出水回流至陽極室，可有效緩解陽極液酸化問題，降低維護(hù)費(fèi)用，提高其運(yùn)行穩(wěn)定性。

針對現(xiàn)有微生物燃料電池技術(shù)的諸多缺陷，本實(shí)用新型利用高效同步脫氮除碳微生物燃料電池來處理有機(jī)廢水和含氮廢水，實(shí)現(xiàn)同步廢水脫氮除碳和生物產(chǎn)電，顯著降低廢水處理費(fèi)用；利用厭氧氨氧化反應(yīng)物亞硝酸鹽作為電子受體，可有效降低微生物燃料電池的運(yùn)行成本；利用厭氧氨氧化出水調(diào)節(jié)陽極液pH，有效解決陽極液酸化問題，降低維護(hù)費(fèi)用，提高微生物燃料電池的運(yùn)行穩(wěn)定性，增大其產(chǎn)電功率。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效同步脫氮除碳微生物燃料電池。

高效同步脫氮除碳微生物燃料電池包括厭氧消化污泥、進(jìn)水管、陽極液、出水管、陽極、厭氧消化室、備用探頭套管、法蘭、分隔膜、導(dǎo)線、負(fù)載、厭氧氨氧化室、陰極、陰極液、回流管、厭氧氨氧化污泥；厭氧消化室下部側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水管，厭氧消化室上部側(cè)壁設(shè)有出水管，厭氧消化室內(nèi)設(shè)有厭氧消化陽極，厭氧消化室內(nèi)裝有陽極液，陽極液中接種厭氧消化污泥，厭氧消化陽極上附著厭氧消化污泥，厭氧消化室頂部設(shè)有備用探頭套管，厭氧氨氧化室下部側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水管，厭氧氨氧化室上部側(cè)壁設(shè)有出水管，厭氧氨氧化室內(nèi)設(shè)有厭氧氨氧化陰極，厭氧氨氧化室內(nèi)裝有陰極液，陰極液中接種厭氧氨氧化污泥，厭氧氨氧化陰極上附著厭氧氨氧化污泥，厭氧氨氧化室頂部設(shè)有備用探頭套管，厭氧消化室和厭氧氨氧化室通過法蘭連接，法蘭上固定有分隔膜，厭氧消化室和厭氧氨氧化室通過回流管連通，負(fù)載兩端通過導(dǎo)線分別與厭氧消化陽極和厭氧氨氧化陰極相連。

所述的厭氧消化室的體積和厭氧氨氧化室的體積之比為1:1，厭氧消化污泥的體積與厭氧消化室的體積之比為1/10~1/4，厭氧氨氧化污泥的體積與厭氧氨氧化室的體積之比為1/10~1/4。

所述的陽極液為有機(jī)廢水，陰極液為含氨和亞硝酸鹽廢水。

所述的厭氧消化陽極和厭氧氨氧化陰極的導(dǎo)電材料為碳紙、碳布、碳?xì)帧⑹珰只蚴澹瑓捬跸枠O和厭氧氨氧化陰極之間的距離為2~10cm，厭氧消化陽極的面積與厭氧消化室的體積之比為8~50?m²:1?m³，厭氧氨氧化陰極的面積與厭氧氨氧化室的體積之比為8~50?m²:1?m³

所述的分隔膜的材料為陽離子交換膜、陰離子交換膜、質(zhì)子交換膜、雙極膜、微濾膜或超濾膜。