[发明专利]一种生物阴极自然充氧的微生物燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物阴极自然充氧的微生物燃料电池，属于污水处理技术领域。

背景技术

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，简称MFC)是一种利用微生物的催化氧化作用，将燃料中的化学能转化为电能的电化学装置。利用微生物燃料电池的原理，可以在净化污水的同时回收电能，因此作为一种节能型的污水处理新技术，近年受到了越来越多的关注，并具有良好的应用前景。微生物燃料电池主要由阳极、阴极和分隔材料构成，阴极对微生物燃料电池体系的性能影响很大。利用空气中的氧气作为电子受体具有较大的成本优势和实用价值。目前，微生物燃料电池中常用的好氧生物阴极曝气方式为机械曝气，耗费能源，因此，有必要提供一种能够实现生物阴极自然充氧的微生物燃料电池。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物阴极自然充氧的微生物燃料电池，从而可以利用好氧生物阴极的自动充氧实现产电和处理污水过程。

本发明提供的一种生物阴极自然充氧的微生物燃料电池，包括阳极室和阴极室，所述阳极室与所述阴极室之间设有阳离子交换膜；所述阳极室内和所述阴极室内分别设有阳极集电材料和阴极集电材料；所述阳极集电材料与所述阴极集电材料通过导线相连通形成外电路；所述阴极室由上至下依次包括布水区、接触氧化区和底槽；所述布水区内设有布水装置，所述布水区与所述底槽均为开口设置。

上述的生物阴极自然充氧的微生物燃料电池中，所述布水区和接触氧化区构成了滴滤工艺；所述布水区上端的开口和所述底槽上的开口形成了上下流通的风场。

上述的生物阴极自然充氧的微生物燃料电池中，所述阳极集电材料和阴极集电材料均可为钛丝网或不锈钢丝网。

上述的生物阴极自然充氧的微生物燃料电池中，所述布水装置可为布水管或布水板；所述布水管或布水板为均匀布置，保证进水均匀的滴入所述阴极室。

上述的生物阴极自然充氧的微生物燃料电池的产电机理为产电微生物将呼吸链的电子传递到阳极电极上，由所述阳极集电材料收集后，经外电路再由所述阴极集电材料导入所述阴极室，与电子受体结合，发生还原反应，完成产电过程。

本发明还提供了上述微生物燃料电池在废水处理中的应用。

上述的应用中，所述废水可为含氮有机废水。

上述的应用中，所述阳极室内的有机物中的化学能在微生物的作用下直接转化为电能，有机物被降解，完成净化过程。

本发明提供的微生物燃料电池强化了自然充氧效果，为生物阴极上的好氧微生物提供了充足溶解氧，使大量氧气可作为电子受体。生物阴极的自然富氧，省去了生物阴极通常需要的机械曝气，在去除污染物的同时节省了生物阴极的曝气能耗，提高了微生物燃料电池回收电能的比例。本发明提供的微生物燃料电池也可用于同步处理污水和产电。

附图说明

图1为本发明的生物阴极自然充氧的微生物燃料电池的结构示意图。

图中各标记如下：1阳极室、2阴极室、3阳离子交换膜、4钛丝网、5布水区、6中部接触氧化区、7底槽、8布水板。

具体实施方式

下述结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

本发明提供的生物阴极自然充氧的微生物燃料电池包括阳极室1和阴极室2；阳极室1和阴极室2之间设有阳离子交换膜3；阳极室1和阴极室2内分别均填充有碳毡粒状电极材料，该碳毡粒状电极材料分别经1mol硝酸、1mol丙酮和1mol乙醇预处理，粒径为1cm-1.5cm；阳极室1内设置的集电材料为钛丝网4，阴极室2内设置的集电材料也为钛丝网4；阳极室1和阴极室2内的钛丝网4通过导线相连通形成外电路，实现良好集电；阴极室2从上至下依次包括布水区5、中部接触氧化区6和底槽7；布水区5的上部为开口设置(图中未示出)，从而使其与外界相通；底槽7的下部也为开口设置(图中未示出)，从而使其与外界相通，进而形成了上下流通的风场；布水区5内设有均匀布置的布水板8；经阳极室1部分降解的污水进入阴极室2，然后经过布水区5中的布水板8后点滴落入中部接触氧化区域6，最后进入底槽6并出水。

上述的生物阴极自然充氧的微生物燃料电池中，阳极集电材料和阴极集电材料均还可为不锈钢丝网；布水装置还可选择为布水管。

使用时在上述电池阴极室和阳极室内分别接种好氧污泥和厌氧污泥，并在电池外部连负载，导通进出污水，待微生物生长一段时间后即可实现产电。