[发明专利]一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池及其工作方法

说明书

本发明公开了一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池及其工作方法，阴极电极和阳极反应器均呈卷簧状；阴极生物膜设置于阴极电极的表面；阴极电极和阳极反应器的上端均与密封板连接；阳极反应器中设有零价铁的阳极电极，阳极反应器外壁上设有质子交换膜；阳极反应器上端设有阳极进水管，阳极反应器下端设有阳极产物排出管和阳极出水管，阳极进水管、阳极出水管和阳极产物排出管均延伸至外壳的外部；外壳的下端设有阴极进水管，外壳上部设有阴极出水管；阴极电极和阳极电极均连接有外接导线，外接导线延伸至外壳外部。本发明能够解决我国碳源不足的污水脱氮除磷难题，实现废水氮磷资源回收，具有经济、环保、资源再利用等多个优点。

技术领域

本发明属于微生物燃料电池技术领域，具体涉及一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的 微生物燃料电池及其工作方法。

背景技术

向自然水体中排入的氮、磷等营养物的量超过水体接纳能力，就会使得受纳水体富营养化， 水体中水生生物尤其是藻类和一些水生植物过度生长繁殖，水体生态系统被破坏，从而导致水 体丧失应有功能。水体富营养化是一种突出的全球性环境问题，日渐严重的水体富营养化问题 给人类生活、生产和整个生态系统带来了巨大的负面影响。

建设污水处理厂是减少我国污水排放量、减轻水体环境负荷、提高人类生产生活用水数量 和质量的有效办法。废水生物处理技术是现代城镇污水处理的主流技术。经过生物处理后的废 水有机物浓度基本达标，但氮磷浓度依然超标。对于这类低C:N:P比废水，传统反硝化工艺 已不能满足排放标准，这是因为传统反硝化技术过程需要有机物作为电子供体。同样，传统生 物除磷工艺在生物摄磷过程通常也需要有机物提供能源物质。碳源不足已成为城镇污水生物脱 氮除磷的瓶颈因子。

近年来，铁和铁盐在污水处理过程中被广泛应用，包括零价铁、二价铁盐和三价铁盐等。 亚铁型自养反硝化技术已成功实现于实验室小试装置，该技术利用二价铁盐替代有机物作为反 硝化的电子供体，但是铁盐耗损量巨大。

发明内容

本发明的目的是要解决我国低C:N:P比污水脱氮除磷的难题，通过改变微生物燃料电池 (MFC)反应构型提高产电、去污能力，提供一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生 物燃料电池及其工作方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池，包括外壳和设置于外壳中的密 封板、阴极电极、阳极反应器和阴极生物膜，阴极电极和阳极反应器紧邻设置，阴极电极和阳 极反应器均呈卷簧状；阴极生物膜设置于阴极电极的表面；密封板设置于外壳内腔的上部，阴 极电极和阳极反应器位于密封板的下部；阴极电极和阳极反应器的上端均与密封板连接，阳极 反应器的上端与密封板之间密封连接；阳极反应器内腔为阳极反应区，阳极反应器中设有阳极 电极，阳极电极采用零价铁，阳极反应器外壁上设有质子交换膜，质子交换膜用于阳极反应区 与阴极反应区进行物质交换；阳极反应器上端设有阳极进水管，阳极反应器下端设有阳极产物 排出管和阳极出水管，阳极进水管、阳极出水管和阳极产物排出管均延伸至外壳的外部；外壳 的下端设有阴极进水管，外壳上部设有阴极出水管；阴极电极和阳极电极均连接有外接导线， 外接导线延伸至外壳外部。

阳极反应器下端呈螺旋下降的螺旋结构，阳极出水管设置于阳极螺旋结构边缘下端，阳极 产物排出管设置于螺旋结构中心下端。

外壳的下部设置阴极生物膜脱落斗，阴极生物膜脱落斗为漏斗状，阴极生物膜脱落斗设有 阴极生物膜脱落排出口。

当阳极反应器下端呈螺旋下降的螺旋结构时，阳极反应器下端伸入阴极生物膜脱落斗中， 阳极产物排出管从阴极生物膜脱落排出口处伸出。

阳极电极的上端延伸至密封板，阳极电极的下端延伸至阳极反应器的底部，阳极电极的形 状为与阳极反应器形状相同的卷簧状。