[实用新型]生物电化学系统

说明书

本实用新型公开了生物电化学系统，该生物电化学系统包括：壳体，所述壳体中限定出反应空间；阴极，所述阴极包括可催化产生双氧水的催化剂；臭氧曝气口，所述臭氧曝气口设置在所述壳体上；阳极，所述阳极和所述阴极电连接；以及产电微生物，所述产电微生物附着在所述阳极的外表面。由此，该阴极可以原位产生过氧化氢，产生的过氧化氢和臭氧可以对污水中的有机物进行高级氧化，提高了生物电化学系统的污水处理能力；并且，将臭氧催化氧化反应用于生物电化学系统中，系统的电势差可由污水中的能量进行提供，免去了外部大量的电能投入，节省能耗，应用性广。

优先权信息

本申请请求2018年06月15日向中国国家知识产权局提交的、专利申请号为201810620330.9的专利申请的优先权和权益，并且通过参照将其全文并入此处。

技术领域

本实用新型涉及环境、材料、能源领域。具体地，涉及生物电化学系统。

背景技术

环境问题与能源问题是当代社会发展面临的两大难题，净化污水的同时兼顾能源回收是污水处理技术面对的新挑战。以微生物燃料电池为典型代表的生物电化学系统是一种新兴的污水处理技术，能够在处理污水的同时将污染物中的化学能转化为电能，利用附着在阳极的产电微生物将污水中的有机物氧化，同时阴极接受电子完成氧还原反应。

然而，目前的生物电化学系统的性能仍有待提高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

随着人口规模的不断扩大和社会经济的持续发展，城市生活污水以及工业污水的排放量也随之增长，污水处理负荷持续加重，这对污水处理水平的要求也越来越高。目前常用的生物处理方法，对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理较困难，因此，目前常采用高级氧化法对可生化性差、相对分子量较大的物质进行降解处理。高级氧化法，是指利用通过一系列反应产生的氧化性能极强的羟基自由基，对污染物进行氧化降解的过程。高级氧化法能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，具有很好的应用前景。其中，臭氧催化氧化对污染物去除效果较好，是较为常用的高级氧化工艺之一，臭氧催化氧化反应中，臭氧与过氧化氢反应生成羟基自由基用于污染物的去除乃至矿化，具有较好的污水处理效果。发明人发现，目前的高级氧化工艺存在能耗较高、污水处理成本较高的问题。目前采用臭氧与过氧化氢反应生成羟基自由基的高级氧化工艺中，过氧化氢作为一种强氧化剂，在工业上主要通过蒽醌氧化法生产，但是由于其氧化性和不稳定性，在运输的过程中不仅易分解，而且容易爆炸，造成潜在的环境风险。因此，可以将高级氧化工艺应用在电化学系统中，利用电化学系统中阴极的氧还原反应，可原位产生过氧化氢，并将其用于臭氧催化氧化反应中，从而避免了过氧化氢的外部投加，提高了安全性。然而，发明人通过深入研究发现，该方法虽然避免了过氧化氢的外部投加，但是通过阴极的氧还原反应产生过氧化氢的过程中，需要较大的电能，能耗较高，不利于降低污水处理成本。

有鉴于此，在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种生物电化学系统。具体的，该生物电化学系统包括：壳体，所述壳体中限定出反应空间；阴极，所述阴极包括可催化产生双氧水的催化剂；臭氧曝气口，所述臭氧曝气口设置在所述壳体上；阳极，所述阳极和所述阴极电连接；以及产电微生物，所述产电微生物附着在所述阳极的外表面。由此，该阴极可以原位产生过氧化氢，产生的过氧化氢和臭氧可以对污水中的有机物进行高级氧化，提高了生物电化学系统的污水处理能力；并且，将臭氧催化氧化反应用于生物电化学系统中，系统的电势差可由污水中的能量进行提供，免去了外部大量的电能投入，节省能耗，应用性广。

具体的，所述阴极为空气阴极，所述阴极包括：催化剂层，所述催化剂层包括所述可催化产生双氧水的催化剂；集电层；以及扩散层。由此，该阴极可以实现空气中氧气的直接扩散、传质，节省了大量的曝气能耗，并且，可以催化氧气产生过氧化氢，产生的过氧化氢可以和臭氧作用，对有机物进行氧化降解，提高了该生物电化学系统的使用性能。