[发明专利]一种MFC阴极耦合SNAD的反应器及其应用

说明书

本发明提供了一种MFC阴极耦合SNAD的反应器及其应用，属于微生物燃料电池技术领域。本发明提供的反应器，包括阳极室、阴极室、阳离子交换膜和外电路；所述阴极室中以碳毡为阴电极；在所述阴电极上负载有SNAD混合菌；所述阴极室的侧面设置曝气孔、阴极出水口和阴极进水口；所述阳极室中填充石墨颗粒，以石墨棒为阳电极，所述石墨颗粒表面负载厌氧污泥；所述阳极室的侧面设置阳极出水口和阳极进水口。MFC阴极耦合SNAD实现同时短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化，因此，MFC阴极耦合SNAD的反应器可以实现废水的同时除碳、脱氮和产电。

技术领域

本发明属于微生物燃料电池技术领域，具体涉及一种MFC阴极耦合SNAD的反应器及其应用。

背景技术

传统的微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是在阳极利用微生物作为催化剂，将蕴含在废水中的可生化降解物质中的化学能转化为电能的厌氧处理技术，兼具污染物去除(主要是除碳)和能源回收(产电)两个重要特性，被视为未来的可持续废水处理技术。然而，MFC发展历程相对漫长、实际应用依然受限，主要是其存在出水脱氮性能不佳和产电量低等问题。一方面，出水脱氮性能不佳，是因为传统MFC的阴极是以金属催化剂(铂、金)为电极材料，以氧(O₂)为电子受体，未能赋予阴极脱氮的能力，且阴极材料成本高、可持续性低。

近年来，在MFC阴极以微生物作为催化剂得到不断发展，虽然微生物阴极型MFC赋予了阴极脱氮的能力，但因废水中的含氮化合物主要为氨氮(NH₄⁺-N)，利用MFC的阴极脱氮，需首先解决NH₄⁺-N的硝化问题，即如何将NH₄⁺-N转化为阴极可利用的基质硝态氮(NO₃^--N)，同时，因传统两室MFC中，阳极室和阴极室中间的阳离子交换膜自身存在缺陷，会导致阳极室进水中的NH₄⁺-N通过扩散作用直接进入阴极室，也会降低阴极脱氮效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种MFC阴极耦合SNAD的反应器及其应用，所述反应器是以SNAD构建MFC的阴极，以好氧氨氧化菌(Ammonia Oxidizing Bacteria，AOB)、厌氧氨氧化菌(ANaerobic AMMonia OXidizing bacteria，ANAMMOX)和反硝化菌(DeNitrifying Bacteria，DNB)作为阴极催化剂，在阴极进行同时短程硝化、厌氧氨氧化和反硝化，实现阴极高效脱氮的目的。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种MFC阴极耦合SNAD的反应器，包括阳极室、阴极室和外电路；在所述阳极室和阴极室之间设置阳离子交换膜，所述阴极室中以碳毡为阴电极；在所述阴电极上负载有SNAD混合菌；所述阴极室中与阳离子交换膜相对的侧面设置一个曝气孔、一个阴极出水口和一个阴极进水口；

所述阳极室中填充石墨颗粒，以石墨棒为阳电极，所述石墨颗粒表面负载厌氧污泥；所述阳极室中与阳离子交换膜相对的侧面设置一个阳极出水口和一个阳极进水口。

优选的，所述碳毡的四周包括一个长方体不锈钢框。

优选的，所述阴极室的长度为0.05m，所述阴极室的宽度为0.1m；所述阴极室的高度为0.1m。

优选的，所述曝气孔距水平底面高0.01m；所述阴极进水口距水平底面高0.03m；所述阴极出水孔距水平底面高0.08m。

优选的，所述阳极室的长度为0.05m，所述阳极室的宽度为0.1m；所述阳极室的高度为0.1m。

优选的，所述阳极出水口距水平底面高0.08m；所述阳极进水孔距水平底面高0.02m。