[发明专利]一种调控电活性光合微生物代谢的有机废水处理和资源化装置

说明书

本申请涉及生物电化学废水处理的技术领域，尤其涉及一种调控电活性光合微生物代谢的有机废水处理和资源化装置。本申请包括：反应容器、三电极体系装置、光源装置和光合微生物膜，通过施加不同电势，调节富集产电光合微生物的优势种群，光合微生物通过光合作用和呼吸作用氧化废水中的有机污染物产生光合/呼吸电子，同时在电极电势驱动下加速光合微生物胞内电子利用自身排泄的醌类化合物和胞外膜色素作为胞外氧化还原介体传递光合/呼吸电子至工作电极，再通过外电路到达辅助电极，电子被溶液中的H⁺接收生成H₂从而形成电流，从而提高污水处理效率和产电效率。同时，光合微生物细胞生物质可用作饲料、肥料或用于生产高附加值生化产品。

技术领域

本申请涉及生物电化学的技术领域，尤其涉及一种调控电活性光合微生物代谢的有机废水处理和资源化装置。

背景技术

人类社会与经济的快速发展导致以化石燃料为主的不可再生能源快速消耗。同时，由于化石燃料使用导致的环境污染问题也越发严重。虽然长期以来，人类在环境污染控制与治理方面采取了大量措施，但并没有从根源上解决由化石燃料使用导致的环境污染问题。大力发展可再生的清洁能源是实现人类社会可持续发展和彻底解决日益严重的环境污染问题的有效途径。

微生物燃料电池(microbial fuel cell，MFC)是一种新型能源与环境治理技术。它可利用微生物的代谢作用，将有机废水中的化学能直接转化为清洁电能，具有广阔的发展前景。研究已经证明，几乎所有的有机废水都可以被用来产电，因此MFC技术可用于一切需要进行有机废水处理的领域，包括市政污水处理厂和产生高浓度废水的工业(例如处理畜牧场或者食品加工厂的废水等)。

光合微生物(如光合细菌、微藻等)是地球上广泛存在的最古老的微生物物种，其通过光合—呼吸作用直接影响大气成份和生态环境，并为其他生命体的生存生活创造条件。从代谢原理来看，光合微生物的光合代谢和呼吸代谢会在胞内产生大量电子，如果能将这些电子通过有效的技术手段提取出来获取生物电能可为人类提供一种新的可再生清洁能源途径。同时，光合微生物易于培养、生长迅速、代谢途径多样，具有利用废水产电的巨大应用潜力。获取具有高电化学活性的光合微生物和持续高效提取光合微生物的光合/呼吸电子是利用光合微生物高效处理废水和产电的前提和关键。

目前，利用光合微生物(如藻、光合细菌)处理废水和净化污染水体的装置，其污水处理效率和产电效率较低。

发明内容

本申请提供了调控电活性光合微生物代谢的有机废水处理和资源化装置，通过设置电极和调节电极电势的技术手段，施加不同电势，调节富集电活性光合微生物的优势种群、代谢速率、电子提取效率和自排泄醌类化合物胞外氧化还原电子介体的数量，从而提高污水处理效率和产电效率。

有鉴于此，本申请提供了调控电活性光合微生物代谢的有机废水处理和资源化装置，包括：

双层同心筒状反应容器，包括双层同心筒状本体，所述双层同心筒状本体包括内层筒体和外层筒体，所述内层筒体为中空结构，所述外层筒体的内壁与所述外层筒体的外壁之间设有环形腔体，所述外层筒体的顶部设有进水口，所述外层筒体的底部设有出水口，其中，所述双层同心筒状本体的材料为可透光材料；