[发明专利]一种脱氮除硫微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物燃料电池，尤其是一种脱氮除硫微生物燃料电池。

背景技术

微生物燃料电池（Microbial fuel cell, MFC）是以微生物作为催化剂，将化学能直接转化成电能的装置。它不再单纯将废水的污染物质作为处理对象，而是看作是一种能量来源。用MFC处理工艺，不仅净化了污水，而且可以获得额外的能量，此外，它还具有能量转化率高，可在常温、常压下运行等优点。因此近年来，MFC处理工艺日益受到关注，成为环保领域的前沿课题和研究热点，具有不可估量的发展潜力。

其具体工作过程为：阳极室内的微生物代谢基质，产生电子和质子。电子直接或间接（通过中介体）传递到阳极，再经由外电路到达阴极。质子则通过膜渗透到阴极室。在阴极室内，质子、电子和电子受体反应生成水。阴阳两极之间存在电位差，从而产生可捕获的电能。目前绝大多数微生物燃料电池以有机物为产电基质，产电微生物为兼性厌氧菌，电池构型通常分为双室和单室两类。这些微生物燃料电池存在以下缺点：（1）在已发现的兼性厌氧产电菌中，除腐败希瓦氏菌、铁还原红螺菌、地杆菌等几种细菌外，其余产电菌的电子传递效率很低，需要额外添加中性红、2,6-蒽醌等电子中介体来强化电子传递，中介体大多有毒且价格较高；（2）产电基质为有机物，电导率低，电池内阻大，产电效率低，有时需要额外添加无机离子以增强其导电性；（3）运行方式以间歇运行为主，运行周期内闭路电压变化较大，不能稳定输出。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种脱氮除硫微生物燃料电池。

本发明的生物燃料电池包括恒温搅拌系统、反应系统和数据采集监测系统。

恒温搅拌系统包括恒温磁力搅拌器和磁力搅拌子；

反应系统包括阳极反应室、阴极反应室和质子交换膜；所述的阳极反应室和阴极反应室均为一面开放、五面封闭的方形箱体，阳极反应室开放的一面与阴极反应室开放的一面对应，阳极反应室和阴极反应室开方面之间设有密封圈并通过法兰连接，质子交换膜用密封圈固定在阳极反应室和阴极反应室之间；阳极反应室和阴极反应室设置有磁力搅拌子；

阳极反应室的一侧设有阳极进水管和阳极出水管，阳极反应室内装有产电基质，产电基质中浸有脱氮除硫微生物和附着脱氮除硫微生物的挂膜阳极，阳极反应室顶部设有阳极导线固定管、阳极取样管和阳极参比电极固定管；

阴极反应室的一侧设有阴极进水管和阴极出水管，阴极反应室内装有阴极电解液，阴极电解液中浸有阴极，阴极反应室顶部设有阴极导线固定管、阴极取样管和阴极参比电极固定管；

数据采集监测系统包括负载、数据采集器和电脑，负载两端通过导线分别与挂膜阳极和阴极连接，数据采集器采集负载两端的电信号，电脑与数据采集器连接，处理数据采集器采集的电信号。

所述的产电基质为含有硫化物、硝酸盐或亚硝酸盐的废水，pH值为7.0～7.5。

所述的阳极反应室和阴极反应室的长宽高比均为1～2：1：1～3；阳极反应室内的产电基质体积为阳极反应室体积的2/3～3/4，产电基质内的脱氮除硫微生物体积为产电基质体积的1/3～1/5；阴极反应室内的阴极电解液体积为阴极反应室体积的2/3～3/4。

所述的挂膜阳极和阴极的导电材料为碳纸、碳布、碳毡、石墨毡、石墨板中的一种，挂膜阳极表面附着有脱氮除硫生物膜，挂膜阳极和阴极之间的距离为3～6cm，阳极反应室内的挂膜阳极的表面积与阳极反应室体积之比为9～40 m²:1 m³，阴极反应室内的阴极的表面积与阴极反应室体积之比为9～40 m²:1 m³。

本发明以脱氮除硫微生物为产电微生物，无需添加电子中介体；以含有硫化物和硝酸盐（或亚硝酸盐）的废水为产电基质，可以连续运行，无需外加曝气装置，无需投加电子中介体，既可同时去除硫化物和硝酸盐（或亚硝酸盐），又能产生稳定的电能。

本发明具有以下有益效果：（1）利用脱氮除硫微生物进行废水处理和生物产电，可实现废水污染控制和电能生产同时进行；（2）产电基质为无机离子，电池内阻低，电池性能好，产电效率高；（3）运行方式为连续进出水，不仅便于运行和管理，而且可输出稳定的电能。

附图说明

图1 是本发明的结构示意图。