[实用新型]一种耦合微生物燃料电池和电芬顿系统的污水处理装置

说明书

本实用新型属于污水处理与资源化领域，具体涉及一种耦合微生物燃料电池和电芬顿系统的污水处理装置。本实用新型将传统的MFCs燃料电池和电芬顿污水处理系统耦合，将MFC的系统阴极设置在电芬顿反应区，相当于将MFCs阴极室与电芬顿反应室集成在一个腔室，利用MFCs阴极对Fe³⁺的还原促进电芬顿系统Fe²⁺的再生，提高电芬顿系统对难降解有机物的去除矿化能力，电芬顿反应所产生的电子受体能提高MFCs的阴极电势，进而促进MFCs阳极产电菌对底物的氧化，提高了MFCs的输出电压。

技术领域

本实用新型属于污水处理与资源化领域，具体涉及一种耦合微生物燃料电池和电芬顿系统的污水处理装置。

背景技术

染料废水由于色度深、成分复杂、难生化降解，难以采用常规方法进行有效处理。且多数染料为生物毒性污染物，一直是水污染控制与治理领域继续解决的难题之一。电芬顿法通过外加电能在阴极还原氧气生成H₂O₂，通过Fe²⁺活化H₂O₂生成OH·对难降解的燃料分子进行氧化或矿化。

H₂O₂产率和系统中Fe²⁺浓度是决定电芬顿系统效率的两个最主要因素。电芬顿系统中，阳极氧化和芬顿反应使Fe²⁺快速氧化为Fe³⁺，而阴极则可以还原Fe³⁺促进Fe²⁺再生。有研究表明一些气体扩散电极有较高的H₂O₂产率，然而在高的还原电势下对Fe³⁺几乎没有还原能力，使体系中Fe²⁺浓度远不足以支持有效的芬顿反应。三维碳毡电极的H₂O₂产率不及一些气体扩散电极，但是对Fe³⁺的还原速率高。受Fe³⁺还原速率的限制，以气体扩散电极为阴极的电芬顿系统效率不及三维碳毡电极。

采用三维碳毡电极需要向系统中曝气。气体扩散电极可以制作成防水透气的空气阴极，采用空气阴极的电芬顿系统可以不需要曝气。相比较，不需曝气的系统具有投资和运营成本等方面的优势。

微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs)是一种集污水处理与能源回收于一体的环境工程技术。MFCs不需要外界能量输入，它能够将污水中的有机物矿化同时产生生物电子回收其中的化学能。MFCs可通过多种途径实现对有机污染物的去除，但由于难降解有机物较难被阳极产电菌利用，MFCs对于难降解污染物的处理效率较低。MFCs阴极可以接受多种电子受体。氧气由于具有较高的氧化还原电位、产物洁净等优势，是最常用的阴极电子受体。Fe³⁺/Fe²⁺的标准氧化还原电势(E₀＝0.77V vs.NHE)高于MFCs阳极，Fe³⁺也可以作为MFCs的阴极电子受体。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种耦合微生物燃料电池的空气阴极电芬顿污水处理系统，其通过将微生物燃料电池与空气阴极电芬顿系统耦合，将MFCs阴极室与电芬顿反应室集成在一个腔室，构建了MFCs与电芬顿耦合系统，提高各自对有机物的去除效率，由此解决现有的电芬顿污水处理系统或MFCs系统有机物去除效率不佳的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种耦合微生物燃料电池和电芬顿反应系统的污水处理装置，该污水处理装置包括MFCs反应区和电芬顿反应区，其中，所述MFCs反应区和电芬顿反应区通过质子交换膜隔开；

所述电芬顿反应区设置有电芬顿系统阴极和电芬顿系统阳极；所述电芬顿系统阴极和电芬顿系统阳极构成电流回路；

所述电芬顿反应区内还设置有MFCs系统阳极；