申请日2009.09.22
公开(公告)日2010.03.17
IPC分类号H01M8/16; C02F3/34; H01M2/14; H01M8/04
摘要
本发明提供一种微生物燃料电池系统及其污水处理和产生电能的方法，该系统包括生物反应器，生物反应器包括阴极室和阳极室，两极室内分别设有阴阳两电极，所述阴极室和阳极室内分别具有微生物活性物，所述阴极室内设有用于向阴极室内鼓气的曝气装置，用于对水流进行处理，反应器内设有折流板，两极室通过折流板分隔，折流板构成导通两极室的通道，水流在阳极室内经微生物活性物处理后，经通道流入阴极室内进行处理，阳极室中产生的质子以通道中的水流作为载体，进行迁移，使两极室在反应器内部电性连通，并使生物反应器处理水流的同时产生电能。本发明结构简单、成本低，无质子交换膜，同时具有较好的污水处理效果和产电性能。
权利要求书
1、一种微生物燃料电池系统，其包括生物反应器，所述生物反应器包括阴 极室和阳极室，所述阴极室和阳极室内分别设有阴电极和阳电极，所述阴极室 和阳极室内分别具有微生物活性物，所述阴极室内设有用于向阴极室内鼓气的 曝气装置，用于对水流进行处理，其特征在于，所述生物反应器内设有折流板， 所述阴极室和阳极室通过所述折流板分隔，所述折流板构成导通所述阴极室和 阳极室的通道，水流在所述阳极室内经微生物活性物处理后，经所述通道流入 所述阴极室内进行处理，所述阳极室中产生的质子以所述通道中的水流作为载 体，进行迁移，使两极室在反应器内部电性连通，并使生物反应器处理水流的 同时产生电能。
2、如权利要求1所述的微生物燃料电池系统，其特征在于，所述阳极室的 入口处设置有第一阻流板，用于使所述阳极室内水流保持上向流式流动，所述 阴极室出口处设置有第二阻流板，用于使所述阴极室内水流保持上向流式流动， 所述折流板构成为使得所述通道内的水流保持下向流式流动。
3、如权利要求2所述的微生物燃料电池系统，其特征在于，所述第一阻流 板面对所述阳极室的入口设置，并由所述阳极室的顶部向下延伸到与所述阳极 室的底部相间隔，将水流阻档成由阳极室的底部进入其内形成上向流式流动， 所述折流板包括相间隔的向上阻流板和向下阻流板，所述向上阻流板由所述阳 极室的底部向上延伸到与所述阳极室的顶部相间隔，所述向下阻流板由所述阴 极室的顶部向下延伸到与所述阴极室的底部相间隔，所述第二阻流板面对所述 阴极室的出口设置，并由所述阴极室的底部向上延伸到与所述阴极室的顶部相 间隔，使得将水流阻档成由阴极室的顶部溢流出阴极室，水流在阴极室内形成 上向流式流动。
4、如权利要求3所述的微生物燃料电池系统，其特征在于，所述第二阻流 板和所述向上阻流板具有高度调节机构，以分别调节所述第二阻流板和所述向 上阻流板的高度，控制所述阳极室和阴极室的出水高度，以控制所述通道的水 流高度方向上的截面积。
5、如权利要求1所述的微生物燃料电池系统，其特征在于，所述阴电极和 阳电极均为石墨电极阵列，所述石墨电极阵列倾斜插入对应极室内。
6、如权利要求5所述的微生物燃料电池系统，其特征在于，所述石墨电极 阵列负载有微生物活性物。
7、一种微生物污水处理及产生电能的方法，其采用如权利要求1至6任一 项所述的微生物燃料电池系统来进行污水处理及产生电能，该方法包括以下步 骤：
将污水导入所述阳极室内;
通过所述微生物活性物对流经阳极室的水流进行处理，同时产生质子和电 子;
经处理后的水流经所述折流板形成的通道进入所述阴极室，所述曝气装置 向阴极室内鼓气，使得污水进一步被处理，所述阳极室中产生的质子以所述通 道中的水流作为载体，进行迁移，使两极室在反应器内部电性连通，产生电能。
8、如权利要求7所述的微生物污水处理及产生电能的方法，其特征在于， 所述曝气装置对所述阴极室的曝气量为30～60毫升/升反应器体积·分钟。
9、如权利要求7所述的微生物污水处理及产生电能的方法，其特征在于， 所述水力停留时间为2小时到99小时，所述污水处理前可生化的化学需氧量浓 度值为100-10000毫克/升。
10、如权利要求7所述的微生物污水处理及产生电能的方法，其特征在于， 所述水力停留时间为48小时到77小时，所述污水处理前可生化的化学需氧量 浓度值为1000-3000毫克/升。
说明书
微生物燃料电池系统和微生物污水处理及产生电能的方法
技术领域
本发明涉及水处理工艺，尤其涉及一种采用微生物反应处理污水并产生电 能的微生物燃料电池系统和微生物污水处理及产生电能的方法。
背景技术
随着国家或企业对绿色环保和节约资源等的需求，污(或废)水处理变得 越来越受到大众的重视。目前较为有效可行的污水处理通常采用生物处理方法。 例如，传统的生物处理工艺使用二次沉淀池来对污水进行处理。然而，在进行 污水处理时，污水在经过生化反应后，还需要经过二次沉淀池沉淀后才可排放， 造成污水处理的过程较长。另外，采用二次沉淀池的处理工艺占地面积大，投 资成本高。尤其是当运行泥龄较高时，这会导致不良的污泥沉淀性。因此，这 种处理系统及工艺并不适宜用于人口密集的地域。
近年来，微生物燃料电池获得广泛研究和使用(Microbail fuel cell，MFC)， 其可以在降解有机物、处理污水的同时产生电能，因而近年来受到了广泛的关 注。由于该特点，可以将其利用在处理有机污/废水方面，能够在处理有机污/ 废水的同时获得电能。目前研究的微生物燃料电池的类型主要有双室型、空气 阴极型以及一些独特构造的微生物燃料电池。
传统双室MFC是最基本的MFC模型，分为厌氧阳极和好氧阴极，以质子 交换膜(Proton Exchange Membrane，PFM)分隔两极室。单室型MFCs省略了 阴极室，阴极和质子膜热压在一起，减少了质子在阴极室内的传递阻力，同时 由于阴极暴露在空气中，不需要象传统的两极室燃料电池那样向阴极鼓入空气， 减少了动力消耗。因此，传统的双室MFC以及单室空气阴极MFC需要PFM 来构建，但是PFM有一定的寿命，所以利用PFM构建燃料电池的成本比较高， 而且反应器规模不易扩大。
另外，也有些研究设计了一些无膜MFC模型，采用玻璃微珠和玻璃绒等 填料来取代质子交换膜，然而，这种MFC结构繁杂，而且玻璃微珠和玻璃绒 也只能维持一定时间，又不便更换，带来较高的成本。
此外，将MFC技术应用于处理废水，既要求反应器获得较大电能输出， 又同时要有比较好的污染物去除效率，并且要求反应器要构造比较简单，易于 放大规模。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构简单、成本低、无质子交换膜的微生物燃 料电池系统。
以及提供一种采用上述微生物燃料电池系统进行微生物污水处理及产生电 能的方法。
一种微生物燃料电池系统，其包括生物反应器，所述生物反应器包括阴极 室和阳极室，所述阴极室和阳极室内分别设有阴电极和阳电极，所述阴极室和 阳极室内分别具有微生物活性物，所述阴极室内设有用于向阴极室内鼓气的曝 气装置，用于对水流进行处理，所述生物反应器内设有折流板，所述阴极室和 阳极室通过所述折流板分隔，所述折流板构成导通所述阴极室和阳极室的通道， 水流在所述阳极室内经微生物活性物处理后，经所述通道流入所述阴极室内进 行处理，所述阳极室中产生的质子以所述通道中的水流作为载体，进行迁移， 使两极室在反应器内部电性连通，并使生物反应器处理水流的同时产生电能。
以及，一种微生物污水处理及产生电能的方法，其采用上述的微生物燃料 电池系统来进行污水处理及产生电能，该方法包括以下步骤：
将污水导入所述阳极室内;
通过所述微生物活性物对流经阳极室的水流进行处理，同时产生质子和电 子;
经处理后的水流经所述折流板形成的通道进入所述阴极室，所述曝气装置 向阴极室内鼓气，使得污水进一步被处理，所述阳极室中产生的质子以所述通 道中的水流作为载体，进行迁移，使两极室在反应器内部电性连通，产生电能。
在上述技术方案中，利用折流板将阴极室和阳极室分隔，并构成导通所述 阴极室和阳极室的通道，反应过程中产生的质子以所述通道中的水流作为载体， 进行迁移，使两极室在反应器内部电性连通，产生电能。因此，所述微生物燃 料电池系统无需质子交换膜和填料等，使得整个系统结构简单紧凑，既能节省 材料成本，又降低制造成本，从而使得整个系统的成本较低。