多功能反硝化微生物燃料电池

摘要

本发明公开了一种多功能反硝化微生物燃料电池。它主要由阳极室、阴极室、膜组件和外电路系统组成，通过在阳极室中接种反硝化污泥，引入有机含氮废水作为燃料，阴极室引入氧化剂作为电子受体，反硝化菌降解有机含氮废水并释放电子，释放的电子被阴极室电子受体接收而产生电能，在此过程中，负载两端的输出电压与阳极液中有机物、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度线性相关，可用于指示反硝化进程。本发明具有同步脱氮除碳、生物产电和反硝化进程指示等多种功能，克服了传统生物脱氮技术的缺点，能有效回收含氮废水中蕴含的能量，降低生物脱氮成本，并可以电信号指示生物脱氮过程，实现基于电信号的优化控制。

主权项

一种多功能反硝化微生物燃料电池，其特征在于它包括进水管（1）、生物阳极（2）、反硝化污泥（3）、阳极液（4）、膜套管（5）、出水管（6）、阳极室（7）、连接导线（8）、负载（9）、电压采集记录仪（10）、阴极室（11）、分隔膜（12）、阴极液（13）、化学阴极（14）；阳极室（7）下部侧壁设有进水管（1），阳极室（7）上部侧壁设有出水管（6），阳极室（7）内设有生物阳极（2），阳极室（7）内部装有阳极液（4），阳极液（4）中接种有反硝化污泥（3），生物阳极（2）上附着有反硝化污泥（3），阴极室（11）下部侧壁设有进水管（1），阴极室（11）上部侧壁设有出水管（6），阴极室（11）内设有化学阴极（14），阴极室（11）内装有阴极液（13），阳极室（7）通过膜套管（5）与阴极室（11）相连，膜套管（5）上设有分隔膜（12），生物阳极（2）和化学阴极（14）分别通过连接导线（8）与负载（9）两端相连，负载（9）并接有电压采集记录仪（10）；所述的阳极室（7）的高径比为1~3:1，阴极室（11）的高径比为1~3:1，阳极液（4）的体积占阳极室（7）体积的2/3～3/4，阴极液（13）的体积占阴极室（11）体积的2/3～3/4，反硝化污泥（3）的体积占阳极液（4）体积的1/10~1/3；所述的阳极液（4）为含有有机物、硝酸盐氮或亚硝酸盐氮的废水，pH为6.5~7.8，阴极液（13）为高锰酸盐、重铬酸钾、过硫酸盐、铁氰化物、过氧化氢或溶解氧与磷酸盐缓冲剂的混合溶液，pH为6.5~7.8。2.根据权利要求1所述的一种多功能反硝化微生物燃料电池，其特征在于所述的生物阳极（2）和化学阴极（14）的导电材料为碳纸、碳布、碳毡、石墨毡或石墨板，生物阳极（2）下端到阳极室（7）底部之间间距为2~4cm，化学阴极（14）下端到阴极室（11）底部之间间距为2~4cm，生物阳极（2）和化学阴极（14）之间的距离为4~16cm，生物阳极（2）的面积与阳极室（7）的体积之比为9~40 m²:1 m³，化学阴极（14）的面积与阴极室（11）的体积之比为9~40 m²:1 m³。3. 根据权利要求1所述的一种多功能反硝化微生物燃料电池，其特征在于所述的分隔膜（12）的材料为阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜、双极膜、微滤膜或超滤膜，分隔膜（12）的面积与阳极室（7）的体积之比为3~25 m²:1 m³，分隔膜（12）的面积与阴极室（11）的体积之比为3~25 m²:1 m³，分隔膜（12）与生物阳极（2）之间的距离为1~8cm，分隔膜（12）与化学阴极（14）之间的距离为1~8cm。