[0030]本實(shí)施方式中所述的產(chǎn)電微生物是一類(lèi)能夠?qū)麅?nèi)代謝產(chǎn)生的電子傳遞到胞外的微生物。
[0031]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:所述的催化劑為鉑/碳或鈷四甲基苯基卟啉。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是:所述的離子交換膜2為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜、質(zhì)子交換膜或無(wú)紡布。其它與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至八之一不同的是:所述的無(wú)紡布表面涂覆聚四氟乙烯。其它與【具體實(shí)施方式】一至八之一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式一種新型微生物燃料電池組合填料的應(yīng)用是指應(yīng)用于污水處理生化池中，應(yīng)用方法為將η個(gè)所述的新型微生物燃料電池組合填料投加到污水處理生化池中或?qū)ⅵ莻€(gè)微生物燃料電池填料通過(guò)鏈接索10連接后投加到污水處理生化池中；其中η為>0的正整數(shù)。
[0035]【具體實(shí)施方式】十一:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】十不同的是:所述的污水處理生化池為好氧生化池、缺氧生化池或兼氧生化池。其它與【具體實(shí)施方式】十相同。
[0036]通過(guò)以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0037]實(shí)施例1:本實(shí)施例一種新型微生物燃料電池組合填料，包括鏤空聚丙烯陰極半球外殼1、陽(yáng)離子交換膜2、密閉聚丙烯陽(yáng)極半球外殼3、碳纖維絲陰極4、碳刷陽(yáng)極5、進(jìn)水閥6、出水閥7、導(dǎo)線8和外接電阻9。其中陰極外殼1和陽(yáng)極外殼3通過(guò)螺紋或卡扣的方式構(gòu)成一個(gè)球體，離子交換膜2位于球體的中心切面，陽(yáng)極外殼3和陽(yáng)離子交換膜2構(gòu)成MFC陽(yáng)極室12，陰極外殼1和陽(yáng)離子交換膜2構(gòu)成MFC陰極室11，陽(yáng)離子交換膜2將陽(yáng)極室12和陰極室11分開(kāi)，MFC陽(yáng)極室12中設(shè)有陽(yáng)極5，MFC陰極室11中設(shè)有陰極4，陽(yáng)極5和陰極4通過(guò)導(dǎo)線8和外接電阻9相連。所有結(jié)構(gòu)形成一個(gè)完整的球形MFC，該MFC本身作為一個(gè)獨(dú)立的微型填料，本實(shí)施方式的球形MFC填料直徑為8cm。
[0038]首先將8個(gè)MFC填料同時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)培養(yǎng)，MFC陽(yáng)極采用厭氧污泥接種，加入一半?yún)捬跄嘁话肷钗鬯?，然后將整個(gè)MFC置于好氧污泥生化池中培養(yǎng)，外接電阻1000 Ω。啟動(dòng)期間采用間歇運(yùn)行的方式，隔天對(duì)陽(yáng)極室和好氧區(qū)的污水液進(jìn)行更換。經(jīng)過(guò)2個(gè)星期的啟動(dòng)，每個(gè)MFC填料的開(kāi)路電壓穩(wěn)定在400mV，說(shuō)明MFC啟動(dòng)成功。
[0039]運(yùn)行SBR反應(yīng)器，反應(yīng)器有效容積為8L，排水比0.5。每天運(yùn)行4個(gè)周期，每周期6小時(shí)，其中進(jìn)水lOmin，曝氣240min，沉淀90min，出水20min。進(jìn)水采用生活小區(qū)污水，投加8個(gè)接種好的本發(fā)明填料，自由懸浮分布在SBR中，懸浮MLSS在3000mg/L左右。當(dāng)反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，出水COD、TN濃度分別為23mg/L和15mg/L。(圖2、圖3)。
[0040]實(shí)施例2:本實(shí)施例一種新型微生物燃料電池組合填料，包括鏤空聚丙烯陰極外殼
1、陽(yáng)離子交換膜2、密閉聚丙烯陽(yáng)極外殼3、碳纖維絲陰極4、碳刷陽(yáng)極5、進(jìn)水閥6、出水閥7、導(dǎo)線8、外接電阻9。其中陽(yáng)極外殼3和陽(yáng)離子交換膜2構(gòu)成MFC陽(yáng)極室12，陰極外殼1和陽(yáng)離子交換膜2構(gòu)成MFC陰極室11，陽(yáng)離子交換膜2將陽(yáng)極室12和陰極室11分開(kāi)，MFC陽(yáng)極室12中設(shè)有陽(yáng)極5，MFC陰極室11中設(shè)有陰極4，陽(yáng)極5和陰極4通過(guò)導(dǎo)線8和外接電阻9相連。所有結(jié)構(gòu)形成一個(gè)完整的球形MFC，該MFC本身作為一個(gè)獨(dú)立的微型填料，本實(shí)施方式的球形MFC填料直徑為8cm。
[0041]首先將10個(gè)MFC填料進(jìn)行啟動(dòng)培養(yǎng)，MFC陽(yáng)極采用厭氧污泥接種，加入一半?yún)捬跄嘁话肷钗鬯?，然后將MFC組合置于好氧污泥生化池中培養(yǎng)，外接電阻1000 Ω。啟動(dòng)期間采用間歇運(yùn)行的方式，隔天對(duì)陽(yáng)極室和好氧區(qū)的污水液進(jìn)行更換。經(jīng)過(guò)2個(gè)星期的啟動(dòng)，每個(gè)MFC填料的開(kāi)路電壓穩(wěn)定在400mV，說(shuō)明MFC啟動(dòng)成功。
[0042]運(yùn)行SBR反應(yīng)器，反應(yīng)器有效容積為8L，排水比0.5。每天運(yùn)行4個(gè)周期，每周期6小時(shí)，其中進(jìn)水lOmin，曝氣240min，沉淀90min，出水20min。進(jìn)水采用生活小區(qū)污水，將10個(gè)啟動(dòng)成功后的MFC填料通過(guò)鏈接索10連接(圖4)，形成圖5的組合形式，固定分布在生化池中，懸浮MLSS維持在3000mg/L左右。當(dāng)反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，出水C0D和TN的去除率分別達(dá)到95%和 70 %。
[0043]由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明的MFC填料陽(yáng)極上附著產(chǎn)電微生物，在降解有機(jī)物的同時(shí)產(chǎn)生胞外電子和質(zhì)子，電子通過(guò)與陽(yáng)極相連的導(dǎo)線經(jīng)外接電阻到達(dá)與導(dǎo)線另一端相連的陰極，質(zhì)子通過(guò)離子交換膜達(dá)到陰極室。離子交換膜作用是隔離陽(yáng)極室和陰極室，使其保持相對(duì)獨(dú)立的環(huán)境，并將質(zhì)子從陽(yáng)極室傳遞到陰極室。陰極上附著鉑/碳或鈷四甲基苯基卟啉等催化劑或產(chǎn)電微生物，在形成生物膜，增加生物量的同時(shí)，利用陽(yáng)極傳遞過(guò)來(lái)的自由電子，以氧氣、硝態(tài)氮、部分有機(jī)物等為電子受體，提高對(duì)污水中難降解有機(jī)物、COD和TN的去除效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型微生物燃料電池組合填料，其特征在于該電池填料包括陰極外殼(1)、離子交換膜(2)、陽(yáng)極外殼(3)、陰極(4)、陽(yáng)極(5)、進(jìn)水閥(6)、出水閥(7)、導(dǎo)線(8)和外接電阻(9);其中陰極外殼(1)為鏤空結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極外殼(3)下部開(kāi)有進(jìn)水閥(6)和出水閥(7);陽(yáng)極外殼(3)和離子交換膜(2)所構(gòu)成的空間為MFC陽(yáng)極室(12)，陰極外殼(1)和離子交換膜(2)所構(gòu)成的空間為MFC陰極室(11)，MFC陽(yáng)極室(12)中設(shè)有陽(yáng)極(5)，MFC陰極室(11)中設(shè)有陰極(4)，外接電阻(9)兩端通過(guò)導(dǎo)線(8)分別與陽(yáng)極(5)和陰極(4)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型微生物燃料電池組合填料，其特征在于陰極外殼(1)和陽(yáng)極外殼⑶由密度小于1的聚丙烯、密度小于1的聚乙烯或密度小于1的ABS制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型微生物燃料電池組合填料，其特征在于陰極外殼(1)和陽(yáng)極外殼(3)為半球形，陰極外殼(1)和陽(yáng)極外殼(3)構(gòu)成一個(gè)球體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型微生物燃料電池組合填料，其特征在于陰極外殼(1)和陽(yáng)極外殼(3)為立方體、圓柱體或椎體。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型微生物燃料電池組合填料，其特征在于陽(yáng)極(5)由碳纖維絲、碳布、碳刷或石墨顆粒制成，且附著產(chǎn)電微生物。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型微生物燃料電池組合填料，其特征在于陰極(4)由碳纖維絲、碳布、碳刷或不銹鋼制成，且附著催化劑或產(chǎn)電微生物。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型微生物燃料電池組合填料，其特征在于所述的催化劑為鉬/碳或鉆四甲基苯基P卜琳。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型微生物燃料電池組合填料，其特征在于所述的離子交換膜(2)為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜、質(zhì)子交換膜或無(wú)紡布。9.如權(quán)利要求1所述的一種新型微生物燃料電池組合填料的應(yīng)用，其特征在于該電池填料的應(yīng)用于污水處理生化池中，應(yīng)用方法為將η個(gè)所述的微生物燃料電池填料投加到污水處理生化池中或?qū)ⅵ莻€(gè)微生物燃料電池填料通過(guò)鏈接索(10)連接后投加到污水處理生化池中；其中η為>0的正整數(shù)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種新型微生物燃料電池組合填料的應(yīng)用，其特征在于所述的污水處理生化池為好氧生化池、缺氧生化池或兼氧生化池。
【專(zhuān)利摘要】一種新型微生物燃料電池組合填料及其應(yīng)用，本發(fā)明涉及一種新型微生物燃料電池組合填料及其應(yīng)用。本發(fā)明包括陰極外殼、離子交換膜、陽(yáng)極外殼、陰極、陽(yáng)極、進(jìn)水閥、出水閥、導(dǎo)線和外接電阻；陽(yáng)極外殼和離子交換膜所構(gòu)成的空間為MFC陽(yáng)極室，陰極外殼和離子交換膜所構(gòu)成的空間為MFC陰極室。本發(fā)明的目的是利用MFC原理，設(shè)計(jì)包含陰極和陽(yáng)極的組合填料。本填料不僅具有傳統(tǒng)填料增加生物膜的功能和特點(diǎn)，且能利用MFC的產(chǎn)電微生物和自由電子，以氧氣、硝態(tài)氮和部分有機(jī)物等為電子受體降解底物，實(shí)現(xiàn)污水的高效脫碳、脫氮。本發(fā)明應(yīng)用于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】H01M8/16, C02F3/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105489918
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511029595
【發(fā)明人】田禹, 李俐頻
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日