[发明专利]一种过滤型阴极微生物脱盐电池及其应用

说明书

本发明涉及一种微生物脱盐电池，其特征在于，所述微生物脱盐电池包括过滤型阴极模块，并且所述过滤型阴极模块主要由导电微滤膜构成。本发明还涉及该微生物脱盐电池的应用。

技术领域

本发明涉及一种电池，尤其涉及一种微生物电池。本发明还涉及该电池的应用。

背景技术

传统的污水处理需要消耗大量能量，其中传统活性污泥法处理城市污水每吨水的能耗大约为0.2-0.4kW，导致仅城市污水处理能耗占到国家总能耗的1-3％。而另一方面，污水中的有机物含有大量的化学能，污水中化学能的能量密度大约为1.93kW/m³，远高于污水处理需要消耗的能量。然而，在传统活性污泥法对污水的处理过程中，这部分有机物的化学能通常被直接氧化成二氧化碳，或者转化成为剩余污泥，并没有得到很好的回收和利用。

微生物脱盐电池(Microbial Desalination Cell,MDC)作为一种新型的生物电化学技术，能够同时实现污水处理、产电、脱盐。其基本原理是在产电微生物的作用下，阳极净化污水并将污水中有机物的化学能转化为电能，阴极实现氧气的还原，而中间脱盐腔体则在内部电场作用下实现含盐水的淡化。由于具有这些特点，近些年微生物脱盐电池受到了全球学者的广泛关注，其性能也得到了大幅度提高。其中性能最优且最具实用潜力的构型是树脂填充型堆叠式MDC，其具有以下优点：

(1)电流效率高：堆叠式的构型可以实现一个电子的移动推动多对离子的迁移脱盐。

(2)内阻低：填充的阴阳离子交换树脂可以降低反应器内阻，促进产电从而强化脱盐。

然而，传统堆叠式微生物脱盐电池也具有一些缺点：

(1)脱盐过程中同时需要多种水体，包括阳极液(污水)、含盐水以及阴极液，增加了MDC的运行复杂性，限制了其应用领域及使用范围。

(2)会同时产生多种出水，包括阳极液出水、阴极液出水以及浓水出水，因而其淡水产率一般较低，不利于淡水资源的回收利用。

(3)除了淡水出水之外对其他出水处理效果差，比如无法对其阳极出水和阴极出水的悬浮物及盐分进行去除，导致其阳极和阴极出水水质一般较差。

发明内容

针对上述堆叠式MDC存在的问题，本发明将堆叠式MDC和导电微滤膜结合，研发了一种全新的过滤型阴极微生物脱盐电池。

本发明的一个目的在于，提供一种微生物脱盐电池，其特征在于，所述微生物脱盐电池包括过滤型阴极模块1，并且所述过滤型阴极模块1包括导电微滤膜。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述导电微滤膜的孔径在0.08-1.5微米之间，优选在0.1-1微米之间，更优选在0.3-0.7微米之间。

微滤膜作为一种多孔分隔材料，其孔径较小。由于其孔径小、孔隙率高、厚度薄等特点，因此，微滤膜能够截留固体悬浮物、细菌以及一些大分子量胶体等物质。

传统微生物脱盐电池中的产电型空气阴极模块只具备产电功能，不具备污水过滤性能。而本发明使用导电微滤膜作为阴极模块，可以起到导电、过滤和氧气还原的作用，能同时进行污染物的截留及产电。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述过滤型阴极模块包括导电微滤膜、阴极集电体、模块框体、模块进气口、模块出气口和模块出水口，所述模块框体上有可与外部连通的部分(例如有可与外部连通的孔或者穿孔板)，在该可与外部连通的部分上包覆有所述导电微滤膜，或者是通过模块进气口或模块出气口与外部连通。本发明的过滤型阴极模块的一个具体的实施方式的结构示意图可例如参见图2(A)。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述导电微滤膜由碳基材和/或金属基材制得。其应具有导电、氧气还原以及污水过滤的功能。