[实用新型]一种用于含铀废水处理的微生物燃料电池

说明书

本实用新型公开了一种用于含铀废水处理的微生物燃料电池，包括：电池本体，其由两个反应器相接组成，相接处设有质子交换膜，将所述电池本体分割为阴极室和阳极室，形成相对密闭厌氧的反应室，所述阳极室中设有生物阳极，生物阳极上附着厌氧产电微生物，阳极室内注入经过培养训化的污泥及其营养液；所述阴极室中设有生物阴极，生物阴极上附着促进阴极还原反应的催化微生物，阴极室内注入经过含铀废水培养的污泥及其营养液和含铀废水；外电路系统，连接所述生物阳极和生物阴极。本实用新型以厌氧污泥中的微生物作为阴极的催化剂，加快阴极电子的转移，提高六价铀的还原效率，不产生二次污染，不需要提供电能，安全可靠，绿色环保。

技术领域

本实用新型属于含铀废水处理技术领域，具体涉及一种用于含铀废水处理的微生物燃料电池。

背景技术

能源是人类生存和发展的重要物质基础，随着人类的不断进步和工业的高速发展，当前能源存在两大主要问题：一方面是能源的有限性，另一方面是能源的污染性。为了能有效解决能源需求问题，人类正在极力的寻求新型清洁能源。微生物燃料电池是一种融合了污废水处理和生物产电的装置，它能够利用特定微生物将有机物中的化学能直接转化成电能，在处理污废水的同时收获电能。其基本原理是通过富集在阳极表面的产电微生物，于厌氧条件下分解代谢有机物并释放出电子和质子，而后将电子传递到阳极，电子依靠导电的电极材料在微生物体和阳极之间进行有效传递，并通过外电路到达阴极还原最终电子受体，而质子则穿过两室之间的质子交换膜传递到阴极，阴极室内的目标污染物得到电子被去除。

随着现代工业的日新月异，铀矿的不断开采、铀的精制、核燃料制造及反应堆运行已经对水体、土壤等环境造成严重污染。含铀废水的传统处理方法包括化学沉淀法、离子交换法、吸附法等，这些方法存在很多问题，如吸附法成本较高且不适用于处理大量含铀废水，化学沉淀法操作强度大、易对环境造成二次污染、去除效率不高等问题。如何能将含铀废水的成本降低及提高处理效率一直是本领域研究的热点问题。

生物阴极型微生物燃料电池除铀的原理是，在阳极室内产电微生物氧化降解有机物产生电子和质子，电子被阳极捕集并通过外电路转移到阴极上，质子则通过质子交换膜从阳极室迁移到阴极室，在阴极室中利用微生物作为催化剂将阴极的六价铀最终还原为四价铀，生成沉淀，从而达到除铀的目的。

实用新型内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型的目的是在于提供了一种用于含铀废水处理的微生物燃料电池，采用非曝气生物阴极，以厌氧污泥中的微生物作为阴极的催化剂，加快阴极电子的转移，提高六价铀的还原效率，不产生二次污染，不需要提供电能，安全可靠，绿色环保。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：

一种用于含铀废水处理的微生物燃料电池，包括：

电池本体，其由两个反应器相接组成，相接处设有质子交换膜，将所述电池本体分割为阴极室和阳极室，形成相对密闭厌氧的反应室，

所述阳极室中设有生物阳极，生物阳极上附着厌氧产电微生物，阳极室内注入经过培养训化的污泥及其营养液；

所述阴极室中设有生物阴极，生物阴极上附着促进阴极还原反应的催化微生物，阴极室内注入经过含铀废水培养的污泥及其营养液和含铀废水；

外电路系统，连接所述生物阳极和生物阴极。

优选的，所述生物阳极为碳布，其表面附着有厌氧产电微生物形成的微生物膜，碳布的面积与阳极室的体积之比为9～15m²：1m³。本实用新型中，碳布粗糙的表面更有利于混合菌在其上形成生物膜，挂膜后不易脱落，其阳极反应式为：

C₆H₁₂O₆+6H₂0→24H⁺+24e^-+6CO₂