[发明专利]可按比例缩放的连续流微生物燃料电池

说明书

本申请公开了用于通过生物电化学废物发电转化工艺处理废水和产生电能的模块化微生物燃料电池(MFC)设备、系统和方法。在一些方面中，模块化MFC系统包括：废水预处理系统，其用于接收和预处理原废水以将经预处理废水进料而用于生物电化学加工；一个或多个模块化MFC设备，其用于通过同时产生电能和消化废水中的有机污染物和颗粒而以生物电化学方式加工经预处理废水以产生经处理的、更清洁的水；和水收集模块，其用于接收来自一个或多个模块化MFC设备的经处理的水并且存储经处理的水和/或将经处理的水从系统送出。

对相关申请的交叉引用

本专利文件要求2018年6月28日提交的题为“SCALABLE CONTINUOUS FLOWMICROBIAL FUEL CELL SYSTEMS,DEVICES AND METHODS”的美国临时专利申请No.62/691,426、和2018年10月15日提交的题为“SCALABLE CONTINUOUS FLOW MICROBIAL FUEL CELLS”的美国临时专利申请No.62/745,896的优先权和权益。将前述专利申请的全部内容通过参考引入作为本专利文件的公开内容的一部分。

技术领域

本专利文件涉及微生物燃料电池技术。

背景技术

微生物燃料电池(MFC)为使用活细胞例如细菌，并且模仿和/或促进它们的自然相互作用以产生电流的生物电化学系统。一些实例MFC系统包括介导MFC，其使用介体来将电子从细菌细胞转移至阳极。其它MFC系统包括未介导MFC，其利用如下类型的细菌：所述细菌典型地在它们的外膜上具有电化学活性的氧化还原蛋白质(例如，细胞色素)，所述外膜可将电子直接转移至阳极。

发明内容

公开了用于通过生物电化学废物发电(垃圾发电，waste-to-energy)转化工艺处理废水和产生电能的模块化微生物燃料电池(MFC)设备、系统和方法。

在一些方面中，用于能量产生和废水处理的系统包括：废水渠首工程系统(headworks system)，其用于通过除去固体颗粒而预处理原废水并且产生从废水渠首工程系统输出的经预处理废水；一个或多个模块化微生物燃料电池(MFC)设备，其用于通过同时产生电能并且消化经预处理废水中的有机污染物和颗粒而以生物电化学方式加工经预处理废水以产生经处理的水，一个或多个模块化MFC设备包括外壳(housing)和包围在外壳内的生物电化学反应器，其中生物电化学反应器包括布置在阴极组件之间的多个阳极；和水收集系统，其用于接收来自一个或多个模块化MFC设备的经处理的水并且存储经处理的水和/或将经处理的水从所述系统送出。

在一些方面中，用于能量产生和废水处理的方法包括：通过从废水流体除去至少一些固体颗粒而预处理原废水，这产生经预处理废水；通过生物电化学转化工艺加工经预处理废水，所述生物电化学转化工艺通过消化废水流体中的物质而产生电能并且同时清洁经预处理废水以产生经处理的水；提取所产生的电能用于存储或者转移至外部电气设备；和输出经处理的水。

在一些方面中，用于能量产生和废水处理的设备包括模块化微生物燃料电池(MFC)设备，模块化微生物燃料电池(MFC)设备能用于以生物电化学方式加工在流体中包括有机物质的废水，这同时产生电能并且消化所述有机物质以产生经处理的水，模块化MFC设备包括：外壳、和包围在外壳内的生物电化学反应器，生物电化学反应器包括布置在阴极组件之间的多个阳极，其中阴极组件包括分隔于所述多个阳极的两侧并且沿着流体通过生物电化学反应器的流动方向纵向布置的两个气体扩散阴极，所述气体扩散阴极能够容许氧气渗透到生物电化学反应器内的流体中。