[发明专利]一种嵌入式生物电解产氢和甲烷的装置及方法

权利要求书

1.一种嵌入式生物电解产氢和甲烷的装置，其特征在于：所述装置包括厌氧氧化反应器(9)、阴极(2)、隔膜(3)、阳极集流网(4)、阳极(5)、外加电源(7)、外电路及气体储存罐(8)；

阴极制作成闭合的结构，阴极上部封闭，下部开放；

阴极外侧包裹隔膜、阳极集流网和阳极，阴极形成的内腔作为阴极室(6)，阴极和反应器形成的外腔作为阳极室(1)，阴极室(6)下部和阳极室(1)互通；或者阴极内侧分别紧贴隔膜、阳极集流网和阳极，形成的内腔作为阳极室(1)，阴极和反应器形成的外腔作为阴极室(6)，阳极室(1)下部和阴极室(6)互通；

阳极室接进水口，阴极室接出水口；

阳极室和阴极室上部分别和气体储存罐相连接；

所述闭合阴极(2)、隔膜(3)、集流网(4)与阳极(5)构成的组合结构嵌入厌氧氧化反应器(9)内。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：隔膜(3)采用无纺布、石棉纤维、离子交换膜或合成纤维材料制作。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：闭合阴极采用不锈钢、铁、铝、铜、铅或金属合金导电材料制作；金属或金属合金导电材料采用板、管、网管或丝网材料制作。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于：阴极室(6)内填充不锈钢、铁、铜、镍或铅的金属丝、网，或者活性炭颗粒、无定型碳纤维填料构建三维阴极。

5.根据权利要求1所述装置，其特征在于：阳极室(1)内填充不锈钢金属丝或网、活性炭颗粒、无定型碳纤维填料构建三维阳极。

6.根据权利要求1所述装置，其特征在于：外加电源(7)可采用稳压电源或恒电位仪。

7.一种嵌入式生物电解产氢和甲烷的方法，其特征在于：利用权利要求1到6所述的任何一种装置，

首先在阳极和阴极附着相应的微生物菌群；

然后废水通过进水口进入厌氧氧化反应器的阳极室；

随后打开外加电源；

阳极材料上附着的微生物菌群对废弃物、废水进行厌氧氧化代谢，氧化产生的电子通过阳极集流网、外电路传入到反应器的阴极室，阳极室内同时进行发酵代谢并合成部分甲烷，阳极室内经氧化后的含大量质子的废水经底部通道进入阴极室内，部分质子也可经隔膜渗透到阴极室内；

传递到阴极的电子将阴极室内的质子还原为氢气，或经阴极表面附着的产甲烷微生物菌群的作用，直接得到电子,并将CO₂还原为甲烷；

最后，经处理后的废弃物、废水经阴极室上部排水孔排出，阳极室和阴极室产生的氢气和甲烷从上部排气孔排入储存罐。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于：采用稳压电源外加电势时，阳极与阴极间的电势在100mv-2000mv之间。

9.根据权利要求7所述方法，其特征在于：采用恒电位仪外加电势时，若通过控制阳极电势进行阴极产氢和甲烷，控制阳极电势在-400mv—+1200mv(VS.Ag/AgCl)之间；若控制阴极电势进行产氢和甲烷，控制阴极电势在-400mv—-1200mv(VS.Ag/AgCl)之间。

10.根据权利要求7所述方法，其特征在于：在整个厌氧氧化过程中废水pH值控制在4到9之间。