[发明专利]与下水道U型管集成的废水降解发电装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及废水降解发电,具体涉及与下水道U型管集成的废水降解发电装置和方法。

背景技术

微生物燃料电池（MFC）是一种产生电能的新方法——利用细菌通过生物质产生生物电能。MFC，即微生物降解或氧化有机物，产生电子并通过一组呼吸酶在细胞内传递，以ATP形式为细胞提供能量。电子进而被释放给最终电子受体（TEA）,TEA得到电子后，自身被还原。单个MFC的废水降解效率，以及电力供应能力都不足，很难达到实际运用的需要。

目前MFC的底物供给方式主要有连续流和序批式两种。连续流下依赖泵供给底物，需要消耗额外的泵功；而序批式则往往依赖人工添加底物，增加了人力成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供利用微生物燃料电池与下水道U型管结合进行废水降解发电装置和方法。

为了解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是，与下水道U型管集成的废水降解发电装置，该装置包括微生物燃料电池，其特点是：第一、第二和第三微生物燃料电池分别设置下水道U型管的流入臂、底肩和流出臂；并且第一微生物燃料电池的阳极腔室的进口和出口分别与下水道U型管的流入臂的上、下端连接；第三微生物燃料电池的阳极腔室的进口和出口分别与下水道U型管的流出臂的下、上端连接；第二微生物燃料电池的阳极腔室的进口和出口分别与下水道U型管底肩的流入、流出端连接；第一、第二和第三微生物燃料电池的电极顺序串联，用引出导线分别将第一微生物燃料电池的阳极电极和第三微生物燃料电池的阴极电极引出；该第一、第二和第三微生物燃料电池均由内筒、阴极碳布、质子交换膜、阳极碳布、阳极腔室、阴极腔室、外筒和端板构成，内筒和外筒上分别设有阳极碳布和阴极碳布；内筒的内腔构成阳极腔室；外筒套在内筒上，内筒的外壁与外筒的内壁构成阴极腔室；阴极腔室的两端由上、下端板密封，上、下端板由螺栓和螺母固定；阳极腔室与阴极腔室之间设置有质子交换膜。

本发明利用微生物燃料电池与下水道U型管结合，应用连通器的原理使得下水道“U型管”具有天然的液封效果。由于在“U型管”中积存了大量的生活废水，在生活废水当中含有大量有机物质，储存大量化学能。微生物燃料电池（MFC）能利用废水中的有机物产电，通过将微生物燃料电池与下水道“U型管”集成，实现其底物的无能耗补给。将微生物燃料电池，直接连接于下水道U型管，进行降解废水有机物，可获得稳定的直流电，并且能降解废水中的COD。

发明的第二个技术方案是，与下水道U型管集成的废水降解发电方法，其特征在于：包括如下步骤：

A.使用胞外产电的混合产电菌作为微生物燃料电池的产电细菌；

B.将第一、第二和第三微生物燃料电池分别设置下水道U型管的流入臂、底肩和流出臂；再将第一微生物燃料电池的阳极腔室的进口和出口分别与下水道U型管的流入臂的上、下端连接；将第三微生物燃料电池的阳极腔室的进口和出口分别与下水道U型管的流出臂的下、上端连接；再将第二微生物燃料电池的阳极腔室的进口和出口分别与下水道U型管底肩的流入、流出端连接；将第一、第二和第三微生物燃料电池的电极顺序串联，用引出导线分别将第一微生物燃料电池的阳极电极和第三微生物燃料电池的阴极电极引出；该第一、第二和第三微生物燃料电池均由内筒、阴极碳布、质子交换膜、阳极碳布、阳极腔室、阴极腔室、外筒和端板构成，内筒和外筒上分别设有阳极碳布和阴极碳布；内筒的内腔构成阳极腔室；外筒套在内筒上，内筒的外壁与外筒的内壁构成阴极腔室；阴极腔室的两端由上、下端板密封，上、下端板由螺栓和螺母固定；阳极腔室与阴极腔室之间设置有质子交换膜；

C.利用启动好的微生物燃料电池阳极出口废液在连续流下接种启动圆筒形微生物燃料电池；

D、将培养基从下水管道依次注入第一微生物燃料电池、第三微生物燃料电池和第二微生物燃料电池；所述培养基成分为Na₂HPO₄·12H₂O:15.35～30.7（g/L）；KH₂PO₄:3～6（g/L）,CH₃COONa·3H₂O:1.1285～2.257（g/L），NaCl:0.5～1（g/L）,NH₄Cl:0.1～0.2（g/L）,MgSO₄·7H2O:0.1～0.2（g/L）,CaCl₂:11.327～22.654（mg/L）和微量元素溶液:1.0～2.0（ml/L）。