[发明专利]一种微生物燃料电池耦合电极生物膜除磷脱氮系统及应用

说明书

技术领域

本发明属于能源与水处理领域，具体涉及一种微生物燃料电池耦合电极生物膜除磷脱氮系统及应用。

背景技术

近年来，随着化肥、洗涤剂、农药和各种其它化学物质的广泛使用，城市污水中的有机物、氮、磷含量不断增加，用于处理污水的电能消耗巨大。目前，水污染控制领域的热点之一是将微生物产电原理应用到污水处理过程中，利用微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells，MFCs)在净化污水的同时收获电能，能在一定程度上缓解能源问题。

与现有的其它利用有机物产能的技术相比，微生物燃料电池具有操作上和功能上的优势：首先，它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率；其次，不同于现有的所有生物能处理，微生物燃料电池在常温环境条件下能够有效运作；第三，微生物燃料电池不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量；第四，微生物燃料电池不需要输入较大能量，因为若是单室微生物燃料电池仅需通风就可以被动的补充阴极气体；第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，微生物燃料电池具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。

但是，微生物燃料电池的产电功率较低，只能输出低压电流。目前关于微生物燃料电池的原理展开了大量研究，但对其产生电能的应用研究仍处在探索阶段。另外，微生物燃料电池对氮的去除效率一般，对磷的去除效率很低，除磷脱氮效果还需进一步加强。

发明内容

发明目的：针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种成本低廉、绿色环保的利用产电菌、反硝化菌等微生物强化除磷脱氮的生态型微生物燃料电池耦合电极生物膜系统。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种强化除磷脱氮的生态型微生物燃料电池耦合电极生物膜系统，该系统由E-MFC子系统和BER子系统组成，所述E-MFC子系统包括E-MFC反应池、设于E-MFC反应池底端一侧的E-MFC进水口、设于E-MFC反应池顶端一侧的E-MFC出水口、铺设于E-MFC反应池底部的不导电的基质、置于不导电的基质中的E-MFC阳极电极、位于E-MFC反应池顶部的E-MFC阴极电极、种植于E-MFC阴极电极表面的植物，所述BER子系统包括BER反应池、设于BER反应池底端一侧的BER进水口、设于BER反应池顶端一侧的E-MFC出水口、位于BER反应池中的BER阳极电极和BER阴极电极，所述E-MFC出水口与BER进水口相连通，所述E-MFC阳极电极通过第一导线与BER阴极电极相连，所述E-MFC阴极电极通过第二导线与BER阳极电极相连。

进一步地，所述E-MFC阴极电极为带孔不锈钢板，带孔不锈钢板底部用不锈钢条固定，不锈钢丝与不锈钢条相互垂直接合，不锈钢丝与不锈钢条均通过焊接固定在带孔不锈钢板上。

进一步地，所述E-MFC阴极电极的底部设有靠近植物根系的毛毡，悬挂在不锈钢丝上，为大量微生物提供附着生长的载体。

进一步地，所述E-MFC阳极电极为石墨板。

进一步地，所述不导电的基质为砾石和页岩中的一种或两种。

进一步地，所述植物在夏秋季节为空心菜，冬春季节为水芹菜。

进一步地，所述BER阴极电极为石墨毡。

进一步地，所述BER反应池比E-MFC反应池的液面低10-15cm。

将活性污泥接种至BER反应池中，通电挂膜，在富集反硝化菌的同时进行驯化。

本发明的E-MFC子系统利用产电微生物降解有机物产生电能，并为BER子系统提供易降解的底物，包括硝态氮和磷酸盐；BER子系统则利用E-MFC产生的电能对污水进一步反硝化脱氮，并去除磷酸盐。