申请日2009.11.24
公开(公告)日2010.06.02
IPC分类号H01M8/16; H01M4/96; C02F3/34; C02F3/32; H01M8/06
摘要
双室藻类微生物燃料电池及其处理废水实现零碳排放的方法，它涉及一种微生物燃料电池及其处理废水的方法。本发明解决了现有的微生物燃料电池在处理废水的过程中会产生大量CO2的问题。本发明的阳离子交换膜竖直设置在反应器箱体内，反应器箱体的内部形成阳极室和阴极室，阳极设置在阳极室内，阴极设置在阴极室内，导线与阳极和阴极连接，导气管的一端与集气室密封连接，另一端置于阴极室的底部，气体收集装置密封安装在气体出口处。方法：一、启动反应器;二、废水通入阴、阳极室，在室温下微生物分解代谢有机物同时获得电能，阳极室产生CO2通入阴极室内被阴极藻类光合利用。本发明实现了CO2的零排放，同时本发明能回收电能，达到了真正废物的资源化。
权利要求书
1.双室藻类微生物燃料电池，它由反应器箱体(13)、导线(14)、外电路(15)、阳极(3)、阴极(4)、阳离子交换膜(5)、导气管(7)和气体收集装置(8)组成，其特征在于：所述阳离子交换膜(5)竖直设置在反应器箱体(13)内，反应器箱体(13)的内部形成阳极室(1)和阴极室(2)，所述阳极(3)设置在阳极室(1)内，所述阴极(4)设置在阴极室(2)内，所述导线(14)的两端穿过反应器箱体(13)的上盖板(13-1)与阳极(3)和阴极(4)连接，所述外电路(15)设置在反应器箱体(13)的外部与导线(14)连接，所述阳极(3)上方的反应器箱体(13)的上盖板(13-1)上开有集气室(6)，所述导气管(7)的一端与集气室(6)密封连通，导气管(7)的另一端穿过反应器箱体(13)的上盖板(13-1)置于阴极室(2)的底部，所述反应器箱体(13)的上盖板(13-1)上开有阳极取样口(10)和阴极取样口(9)，阳极取样口(10)位于阳极室(1)的上方，阴极取样口(9)位于阴极室(2)的上方，所述反应器箱体(13)的上盖板(13-1)上还开有气体出口(16)，所述气体出口(16)位于阴极室(2)的上方，所述气体收集装置(8)密封安装在气体出口(16)处，所述阳极室(1)的侧壁上由上至下开有阳极进水口(11)和阳极出水口(12)，所述阴极室(2)的侧壁上由上至下开有阴极进水口(17)和阴极出水口(18)，所述阳极室(1)、阴极室(2)均采用有机玻璃制成，所述阴极室(2)内投加了藻类微生物。
2.根据权利要求1所述双室藻类微生物燃料电池，其特征在于：所述阳极(3)和阴极(4)均采用碳布、碳纸、碳毡、碳电刷、活性炭颗粒、石墨板、石墨颗粒、不锈钢板、不锈钢网、钛板或钛网作为电极材料。
3.根据权利要求2所述双室藻类微生物燃料电池，其特征在于：所述阴极(4)采用载有0.1～0.35mg/em3的Pt/C催化剂的碳刷作为电极材料。
4.根据权利要求1、2或3所述双室藻类微生物燃料电池，其特征在于：所述集气室(6)为锥台型腔体。
5.利用权利要求1所述的双室藻类微生物燃料电池处理废水实现零碳排放的方法，其特征在于双室藻类微生物燃料电池处理废水实现零碳排放的方法是按下述步骤进行的：一、启动双室藻类微生物燃料电池：室温下，将生活污水或微生物燃料电池的阳极出水分别注入阳极室(1)和阴极室(2)，并向阴极室内投加藻类，藻类的接种浓度为0.3～1.0g/L，利用生活污水 中的微生物启动双室藻类微生物燃料电池，阳极室(1)产生的CO2通入阴极室(2)内被藻类吸收进行光合作用，当电池电压低于50mV时，完全更换阳极室的生活污水，至负载电压稳定在530mV以上，即完成了藻类微生物燃料电池的启动;二、处理废水：将废水注入阳极室(1)内，同时将废水注入阴极室(2)内，室温下微生物分解代谢有机物同时获得电能，阳极室(1)产生的CO2通入阴极室(2)内被阴极(4)上的藻类光合利用，待阳极(3)电位高于-50mV，将阳极室(1)处理过的废水全部排放后注入新的废水;阴极室使用的废水，待阴极(4)电位低于30mV，将阴极室(2)处理过的废水全部排放后注入新的废水;即实现了废水的处理。
6.根据权利要求5所述的双室藻类微生物燃料电池处理废水实现零碳排放的方法，其特征在于步骤一中所述的藻类为小球藻、螺旋藻、硅藻、甲藻、金藻、裸藻、轮藻、石莼、海带、裙带菜、紫菜或石花菜。
7.根据权利要求6所述的双室藻类微生物燃料电池处理废水实现零碳排放的方法，其特征在于步骤一中藻类的接种浓度为0.5～0.8g/L。
8.根据权利要求6所述的双室藻类微生物燃料电池处理废水实现零碳排放的方法，其特征在于步骤一中藻类的接种浓度为0.6g/L。
9.根据权利要求5、6、7或8所述的双室藻类微生物燃料电池处理废水实现零碳排放的方法，其特征在于采用微生物燃料电池的阳极出水替代步骤一所述的生活污水。
说明书
双室藻类微生物燃料电池及其处理废水实现零碳排放的方法
技术领域
本发明涉及一种微生物燃料电池及其处理废水的方法，本发明实现了废水处理的零碳排放，属于污水生物处理回用与资源化领域。
背景技术
全球气候变暖问题正受到国际社会的高度关注，全球CO2减排的呼声日益高涨。2005年2月16日，旨在限制全球温室气体排放量的《京都议定书》在日本京都举行了协议生效仪式。目前，已有141个国家批准了该项协议。该协议要求工业化国家遵守可核查的温室气体排放量限制，并在2008至2012年期间实现将平均排放量减少到比1990年低5%的水平。2007年联合国气候变化大会通过了关于2012年后国际气候制度谈判的“巴厘路线图”，我国面临的CO2减排压力与日俱增。
从总量上看，目前，我国是世界第二大温室气体排放国，我国是发展中国家第一大温室气体排放国。在2005年全球CO2排放总量(约281.9亿吨)中，我国的CO2排放量占总排放量的18.9%(53.2亿吨)，仅次于美国的21.1%(59.6亿吨)。据国际能源署预计，2009年中国将取代美国成为全球最大的温室气体排放国，人均排放量也将达世界平均水平。在全球CO2减排的大趋势下，未来中国面临国际上的温室气体的减排压力将会越来越大。
根据我国政府公布的中国温室气体排放清单，我国的居民和能源生产产生的废水释放的CO2占温室气体排放总量的35.2%，可见现有的微生物燃料电池在处理废水的过程中会产生大量CO2。据国家统计局公布的统计数据显示，到2007年，全国的废水排放总量达到556.8亿吨，废水中的COD经过废水好氧或厌氧生物处理后，除部分COD转化为污泥外，其余部分均以气态形式枛CO2进入大气，从而增加了温室气体的排放量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的微生物燃料电池在处理废水的过程中会产生大量CO2的问题，进而提供一种双室藻类微生物燃料电池及其处理废水实现零碳排放的方法。
本发明的双室藻类微生物燃料电池的技术方案是：双室藻类微生物燃料电池由反应器箱体、导线、外电路、阳极、阴极、阳离子交换膜、导气管和气体收集装置组成，所述阳离子交换膜竖直设置在反应器箱体内，反应器箱体的内部形成阳极室和阴极室，所述阳极设置在阳极室内，所述阴极设置在阴极室内，所述导线的两端穿过反应器箱体的上盖板与阳极和阴极连接，所述外电路设置在反应器箱体的外部与导线连接，所述阳极上方的反应器箱体的上盖板上开有集气室，所述导气管的一端与集气室密封连通，导气管的另一端穿过反应器箱体的上盖板置于阴极室的底部，所述反应器箱体的上盖板上开有阳极取样口和阴极取样口，阳极取样口位于阳极室的上方，阴极取样口位于阴极室的上方，所述反应器箱体的上盖板上还开有气体出口，所述气体出口位于阴极室的上方，所述气体收集装置密封安装在气体出口处，所述阳极室的侧壁上由上至下开有阳极进水口和阳极出水口，所述阴极室的侧壁上由上至下开有阴极进水口和阴极出水口，所述阳极室、阴极室均采用有机玻璃制成，所述阴极室内投加了藻类微生物。
本发明的双室藻类微生物燃料电池处理废水实现零碳排放的方法是按下述步骤进行的：一、启动双室藻类微生物燃料电池：室温下，将生活污水(或微生物燃料电池的阳极出水)分别注入阳极室和阴极室，并向阴极室内投加藻类，藻类的接种浓度为0.3～1.0g/L，利用生活污水(或微生物燃料电池的阳极出水)中的微生物启动双室藻类微生物燃料电池，阳极产生CO2通入阴极室内被藻类吸收进行光合作用，当电池电压低于50mV时，完全更换阳极室的生活污水(或微生物燃料电池的阳极出水)，至负载电压稳定在530mV以上，即完成了藻类微生物燃料电池的启动;二、处理废水：将废水注入阳极室内，同时将废水注入阴极室内，室温下微生物分解代谢有机物同时获得电能，阳极室产生CO2通入阴极室内被阴极上的藻类光合利用，待阳极电位高于50mV，将阳极室处理过的废水完全排放后注入废水;阴极室使用的废水，待阴极电位低于30mV，将阴极室处理过的废水完全排放后注入废水;即实现了废水的处理。
本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明的微生物燃料电池在处理废水的过程中无CO2的产生，实现了CO2的零排放，同时本发明的微生物燃料电池能回收电能，产电的最大输出功率可达到6.7W/m3，产生的电能用于燃料电池的运行或输入电网，达到了真正废物的资源化。本发明的方法经过3～5天完成启动，本发明在处理废水的同时获得电能，同时实现废水处理过程的零碳排放。本发明发明简单，便于操作。