[实用新型]耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池

说明书

本实用新型公开了耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池，包含厌氧阳极主体、厌氧阴极主体、厌氧密闭采样系统、气压稳定系统、磁力搅拌系统、外电路及隔膜、数据采集系统。本实用新型间歇运行，装置结构简单，与传统阴极反硝化脱氮型MFC相比，脱氮效果显著，氮负荷明显提高，产电效果良好，实用性大增，为微生物燃料电池和厌氧氨氧化技术开辟出一种新的应用。

技术领域

本实用新型属于微生物电化学系统技术领域，尤其涉及一种耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池。

背景技术

近年来，随着产业规模的扩大和人类活动的加剧，生活污水和工业废水中的氮污染呈现浓度增高、排放量增大的趋势，高氮含量废水的随意排放，不仅容易引起水体富营养化，还会大量消耗水中的溶解氧，造成严重的水体环境破坏。同时由于能源日趋紧张，污染治理过程中的能耗问题逐渐被重视起来，开发节能工艺与产品是国内外环保界的重点研究方向。

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,简称MFC)是一种以产电微生物为催化剂，通过生物降解作用将存储在污染物中的化学能直接转化为电能的装置，阴极脱氮型MFC作为其应用的一种，兼具了同步脱氮除碳产电的性能，具有相当的现实意义和应用前景。其阳极中，有机物被降解产生电子，随即电子通过阳极电极、外电路、外置电阻后到达阴极电极，硝态氮和亚硝态氮等氮素污染物在阴极得到电子被还原成N₂。目前脱氮型MFC研究主要基于同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、同步脱碳氨氧化等反应去除氮素，但其共同的缺陷在于反应路线长、剩余污泥量大、能耗高，系统复杂，维护成本高。

厌氧氨氧化技术(Anaerobic Ammonium Oxidation，简称Anammox)是一种同时去除氨氮和亚硝氮的式高效脱氮技术，其在厌氧氨氧化菌作用下，以铵盐为电子供体，亚硝酸盐为电子受体，一步同时将两种污染物转化为氮气。将Anammox与双室型MFC耦合，创造阴极高效脱氮环境的同时获得电压输出是最新出现的理念，这不仅能解决MFC细菌氮负荷低的缺陷，还能给Anammox技术提供一个崭新的应用方向，很好地利用其高氮负荷、低污泥浓度、高反应速率的特点，非常值得进一步研究。

本实用新型所述MFC的原理为：阴、阳极室由质子交换膜隔开，形成相对独立的反应环境，在生物电化学耦合成功后，阴、阳极反应通过电子传递形成联系并相互影响，阳极中乙酸盐由电化学活性菌催化降解，产生的电子传递并富集于阳极电极上，随后其通过外电路传递至阴极电极，阴极室在发生厌氧氨氧化反应的同时，生成的硝酸盐因获得电子被进一步去除。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有阴极脱氮型MFC的缺陷，提供一种耦合厌氧氨氧化技术的阴极高效脱氮型微生物燃料电池，具体技术方案如下。