專利名稱：一種兩段式微生物燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種兩段式微生物燃料電池，尤其對(duì)于含高COD污水處理 的一種產(chǎn)電裝置。
背景技術(shù)：
微生物燃料電池是利用微生物電化學(xué)活性作為催化劑，將有機(jī)物質(zhì)化學(xué)能 直接轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置，其能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到80%，是將污水處理與發(fā)電有 機(jī)結(jié)合在一起的新型技術(shù)。公知的微生物燃料電池是在陽(yáng)極室注入污水，設(shè)置 在陽(yáng)極室內(nèi)的厭氧微生物降解有機(jī)物質(zhì)，而在陰極室采用氧化還原電位高的化 學(xué)物質(zhì)作為電子受體，如氧、鐵氰化鉀、高錳酸鉀等溶液，在金屬催化劑如Pt 的作用下，發(fā)生還原反應(yīng)，并形成閉合回路。陰極催化劑在微生物燃料電池中 處于重要位置，沒(méi)有催化劑的催化，就不會(huì)發(fā)生陰極還原反應(yīng)。當(dāng)前主要使用 的陰極催化劑是鉑等金屬，成本較高，且催化劑表面容易附著一些物質(zhì)，使催 化劑失活。
無(wú)論是兩室的、還是單室的微生物燃料電池，都僅在陽(yáng)極室利用厭氧微生 物對(duì)高C0D的污水進(jìn)行一段厭氧處理，而現(xiàn)在微生物燃料電池厭氧處理階段COD 去除率僅為80%，余下的20%COD沒(méi)能處理就直接排出或另行處理。
因此目前都在積極研究探索催化性能好、價(jià)格便宜且使用壽命長(zhǎng)的催化劑， 使得污水不僅能在陽(yáng)極室得到凈化，而且能在陰極室進(jìn)一步得到凈化，以達(dá)到 排污標(biāo)準(zhǔn)要求。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有的微生物燃料電池不能有效地降解含N、 P 等高COD的污水，無(wú)法降低微生物燃料電池構(gòu)建成本的問(wèn)題，提供一種微生物 燃料電池裝置，該電池不僅能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行厭氧好氧兩步工藝，徹底降低C0D，滿足 污水處理要求，而且利用好氧微生物或酶作為陰極催化劑，而不用常規(guī)金屬催 化劑，降低了電池成本；實(shí)現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)電，同時(shí)采用多個(gè)陽(yáng)極，提高電流密度。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采取了以下的技術(shù)方案 一種兩段式微生物
3燃料電池，包括有陰極室和陽(yáng)極室，在該陰極室內(nèi)插入有陰極，在所述陽(yáng)極室 內(nèi)插入有陽(yáng)極，在所述陰極室內(nèi)設(shè)有好氧微生物培養(yǎng)基，所述陰極表面掛有好氧 微生物薄膜。
對(duì)于難降解的高COD、含N、 P等有機(jī)物的污水僅在陽(yáng)極室單用厭氧處理一 般降解不完全，通過(guò)在陰極室中的好氧條件下，以氧氣作為電子受體，能徹底 降解污水，達(dá)到污水排放要求。
所述好氧微生物培養(yǎng)基為來(lái)自污泥的好氧微生物的接種培養(yǎng)基。
所述陽(yáng)極為多個(gè)，該多個(gè)陽(yáng)極相互串聯(lián)形成一個(gè)陽(yáng)極輸出端。將多個(gè)陽(yáng)極 串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)輸出陽(yáng)極端，提高電流密度，同時(shí)提高輸出功率。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)將兩段式污水處理 工藝與發(fā)電過(guò)程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)難降解污水的厭氧好氧兩步工藝徹底降解污水， 同時(shí)利用好氧微生物電化學(xué)活性作為陰極微生劑，以氧氣作為電子受體，實(shí)現(xiàn) 連續(xù)產(chǎn)電，提高電流密度，降低常規(guī)陰極催化劑成本，并可利用陰極好氧微生 物測(cè)定污水B0D;本實(shí)用新型工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，廢水中潛在的電能是其
處理成本的10倍，利用潛在電能的1/20，污水處理廠就可以解決污水處理成本。


圖1為本實(shí)用新型的工作原理示意圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意附圖標(biāo)記說(shuō)明1進(jìn)料口， 2、陽(yáng)極室，3、陽(yáng)極，31、陽(yáng)極輸出端，4、厭 氧段出水口， 5質(zhì)子交換膜，6、好氧段進(jìn)水口， 7、陰極室，8、陰極，9、電 阻，10、溢流口， 11、好氧微生物培養(yǎng)基，12、好氧微生物薄膜。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例
請(qǐng)參閱圖1和圖2所示， 一種兩段式微生物燃料電池，包括有由質(zhì)子交換
膜5分隔開(kāi)的陰極室7和陽(yáng)極室2，陽(yáng)極室2和陰極室7僅有質(zhì)子氫可通過(guò)，陰 極室7與大氣相通，并進(jìn)行曝氣，陰極室7要高于陽(yáng)極室2，并在陰極室7的上 端設(shè)有溢流口10;在陽(yáng)極室2內(nèi)插入有陽(yáng)極3，在陰極室7內(nèi)插入有陰極8，電極材料是利用比表面積較大的碳布或碳粘制成，在陽(yáng)極室2中利用厭氧微生物
作為陽(yáng)極催化劑，使得陽(yáng)極室2內(nèi)完全厭氧，陰極室7內(nèi)是利用具有電化學(xué)活 性好氧微生物作為陰極催化劑，具體是在陰極室7內(nèi)設(shè)有好氧微生物培養(yǎng)基11， 陰極8表面掛有好氧微生物薄膜12。
將厭氧污泥接種在陽(yáng)極室2，并用與污水相似的培養(yǎng)基對(duì)菌種進(jìn)行馴化， 培養(yǎng)掛膜后，逐漸泵入含N、 P等的有機(jī)污水進(jìn)入到微生物燃料電池的陽(yáng)極室2， 經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，在陰極室7接種好氧污泥，使其在陰極8上掛膜。在該兩段 式微生物燃料電池結(jié)構(gòu)中，還包含有一個(gè)電路回路，即陽(yáng)極3通過(guò)電阻9與 陰極8電連接。
本實(shí)用新型的工藝過(guò)程為高COD含量的有機(jī)污水從進(jìn)料口 l泵入陽(yáng)極室 2，在厭氧菌的作用，降解有機(jī)物，產(chǎn)生電子和質(zhì)子氫，電子通過(guò)外電路陰極， 質(zhì)子氫通過(guò)質(zhì)子交換膜5到達(dá)陰極8表面，在陰極8表面好氧微生物的催化作 用下，氧氣得到電子，形成閉合回路，產(chǎn)生電流；厭氧過(guò)程能降解80%的有機(jī)物， 而含有20%COD的污水從陽(yáng)極室2底部的厭氧段出水口 4流出，并測(cè)定污水C0D， 若C0D不能達(dá)到排污標(biāo)準(zhǔn)，則將此污水從陰極室7底部的好氧段進(jìn)水口 6流入 陰極室7內(nèi)，在好氧條件下，將含N、 P等有機(jī)物在氧氣作用下完全氧化為單體， 并通過(guò)設(shè)置在陰極室7上端的溢流口 10排出處理后的水，溢流口 10的設(shè)置有 利于處理后的水引流出來(lái)回用。
進(jìn)一步的，在陽(yáng)極室2中可設(shè)置多個(gè)陽(yáng)極3，本實(shí)施例設(shè)置八個(gè)陽(yáng)極，并 相互串聯(lián)形成一個(gè)陽(yáng)極輸出端31，與電阻9串聯(lián)后與陰極8電連接。
上述形成的兩段式厭氧好氧處理高C0D污水的微生物燃料電池，不僅實(shí)現(xiàn) 連續(xù)產(chǎn)電，且能達(dá)到污水的徹底處理。
上列詳細(xì)說(shuō)明是針對(duì)本實(shí)用新型可行實(shí)施例的具體說(shuō)明，該實(shí)施例并非用 以限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡未脫離本實(shí)用新型所為的等效實(shí)施或變更， 均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求1、一種兩段式微生物燃料電池，包括有陰極室(7)和陽(yáng)極室(2)，所述陰極室(7)內(nèi)插入有陰極(8)，在所述陽(yáng)極室(2)內(nèi)插入有陽(yáng)極(3)，其特征在于在所述陰極室(7)內(nèi)設(shè)有好氧微生物培養(yǎng)基(11)，所述陰極(8)表面掛有好氧微生物薄膜(12)。
2、 如權(quán)利要求1所述的兩段式微生物燃料電池，其特征在于所述好氧微生物 培養(yǎng)基(11)為取自污泥的好氧微生物接種的培養(yǎng)基。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的兩段式微生物燃料電池，其特征在于所述陽(yáng)極(3) 為多個(gè)，該多個(gè)陽(yáng)極(3)相互串聯(lián)形成一個(gè)陽(yáng)極輸出端(31)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種兩段式微生物燃料電池，包括有陰極室和陽(yáng)極室，在該陰極室內(nèi)插入有陰極，在所述陽(yáng)極室內(nèi)插入有陽(yáng)極，在所述陰極室內(nèi)設(shè)有好氧微生物培養(yǎng)基，所述陰極表面掛有好氧微生物薄膜。可以實(shí)現(xiàn)將兩段式污水處理工藝與發(fā)電過(guò)程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)難降解污水的厭氧好氧兩步工藝徹底降解污水，同時(shí)利用好氧微生物電化學(xué)活性作為陰極微生劑，以氧氣作為電子受體，實(shí)現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)電，提高電流密度，降低常規(guī)陰極催化劑成本，并可利用陰極好氧微生物測(cè)定污水BOD；本實(shí)用新型工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，廢水中潛在的電能是其處理成本的10倍，利用潛在電能的1/20，污水處理廠就可以解決污水處理成本。
文檔編號(hào)H01M8/16GK201278356SQ20082020201
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者呂鵬梅, 孔曉英, 孫永明, 莊新姝, 李連華, 袁振宏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所