[实用新型]一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置

说明书

本实用新型具体涉及一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置，包括微生物燃料电池与光电催化装置；微生物燃料电池包括通过微生物质子交换膜分隔开的阳极室和阴极室；污水由阳极室进由阴极室出；阳极室中液体内部放置包含希瓦氏菌的混合菌群；阳极电极与阴极电极通过导线相连并且与充电控制器相连；充电控制器与蓄电池电连接；水泵将经过微生物燃料电池的污水通过水管输入光电催化装置中；光电催化装置包括镀膜催化反应器；镀膜催化反应器与蓄电池电连；光电催化装置还包括紫外光灯；紫外光灯与蓄电池电连，且能够照射到镀膜催化反应器。本装置结构简单，使用方便，在进行农产品加工污水和家庭生活污水处理时，操作简便、清洁环保、科学有效。

技术领域

本发明涉及污水处理、微生物燃料电池技术与光电催化技术领域，具体涉及一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置。

背景技术

随着工业迅速发展，农产品加工污水的种类和数量迅猛增加，对水环境的污染也日趋广泛和严重，这严重的威胁到人类的健康和安全。农产品加工污水为高浓度有机废水，组成较为复杂，主要由设备清洗废水、消毒清洗废水、地面清洗水、果汁冷凝水、设备冷却水、空调冷却水地面清洗水及其他排放废水等部分组成。

与此同时，随着世界人口越来越多，人类的活动越来越频繁，家庭生活污水也越来越多且里面含有的有机化学成分也越来越丰富。因此，对于家庭生活污水处理也受到更广泛的重视。

采用传统的水处理方法 (如物理法、化学法、生物法) 在一定程度上能改善废水水质情况，但都有各自的不足或缺点。其中，物理法利用吸附、沉淀或阻隔等方式将杂质排除在外。如经典的活性炭吸附可有效净化水体，但随着时间的延长炭吸附能力将不断减弱，需定期进行清洗和更换，而且它并不能将有机污染物降解氧化，由此可能导致相转移，使问题进一步恶化。尤其是面对高浓度的工业废水中含有有机污染物时更显得力不从心。化学法包括氧化处理、中和处理、混凝处理等，拥有快速有效地去除污染物的能力，然而在实际操作中可能出现回收困难、很容易产生二次污染等问题。相比之下，生物法以其经济性和绿色环保性成为目前最受欢迎的水处理技术之一，但当废水中存在难降解有机物或含生物毒性污染物时，单一地采用生物法处理该废水难以得到理想的降解效果。而且生物处理效果提升难以掌握且不确定性很高。

微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂（一般为氧气）在阴极得到电子被还原与质子结合成水。与常规燃料电池相比，MFC以微生物代替昂贵的化学催化剂，因而具有更多优点：燃料来源广泛，尤其可利用有机废水等废弃物；反应条件温和，常温常压下即可运行；环境友好，所产生的物质主要是CO₂和H₂O，无酸、碱、重金属等污染物产生，无需对其产物做任何后处理；因能量转化过程无燃烧步骤，故理论转化效率较高。

以掺硼金刚石薄膜电极（BDD）为核心的净化设备，作为新一代的用于电化学法水处理的电极材料，与贵金属和钛基涂层电极（DSA）等传统材料相比，BDD电极具有最好的阳极氧化能力，最宽的电位窗口和最高的电流密度。金刚石稳定的sp³结构使其具有耐腐蚀、耐高温、抗氧化和抗污染性等优良特点。因此BDD电极具有极长的使用寿命（40-50年）。

在电场作用下，BDD电极表面能够连续不断产生具有超强氧化性的自由态羟自由基•OH（标准氧化电位为2.80V，接近单质氟气的2.87V）、过氧自由基•HO₂、臭氧O₃和过氧化氢H₂O₂等氧化物种，在与高浓度工业废水反应的同时，还对各种微生物，包括细菌和病毒有着强烈的杀灭作用。将BDD用于MFC的电极材料，不但可以使电极拥有耐腐蚀、耐高温、抗氧化和抗污染性，而且可以更加高效的处理污水。