[发明专利]一种基于生物滤池阴极微生物燃料电池的生活污水处理装置

说明书

本发明涉及一种基于生物滤池阴极微生物燃料电池的生活污水处理装置，该装置包括阳极室，进水系统，水封罐(9)，生物滤池，滤池布水器(11)和负载(10)；所述的水封系统与进水系统分别置于阳极室的上方和下方，滤池布水器(11)设置在生物滤池顶部，阳极室与生物滤池之间通过负载(10)连通。与现有技术相比，本发明具有提高基质利用效率和缩短MFC启动周期，减少生物滤池堵塞，节约成本等优点。

技术领域

本发明涉及环境工程及水处理工程领域，尤其是涉及一种基质利用效率高，MFC启动周期短，生物滤池堵塞少的基于生物滤池阴极微生物燃料电池的生活污水处理装置。

背景技术

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)技术是近几年来发展起来的一种新型污水处理装置，在处理污水的同时，它能够利用污水中的有机物，将有机物中的化学能转化为电能。污水中的有机物在产电菌的作用下被分解利用同时产生电能，完成污水处理的同时实现电能的回收。在阳极室中，有机底物在微生物的催化作用下分解为碳氧化物(如CO₂)等小分子，同时释放电子和质子。电子通过外电路传递到阴极，质子通过质子交换膜传递到阴极，二者在阴极电极上与电子受体(如O₂)结合，发生还原反应(如生成水)。

MFC阴极分为非生物阴极型MFC和生物阴极型MFC两大类。非生物阴极型一般以氧气或者过氧化氢作为最终电子受体，但是在碳/石墨表面其氧化还原效率很低，通常需要催化剂或者电子传递中间介质。铂(Pt)是使用最广泛的催化剂，随着反应的进行，MFC的阴极溶液的pH值会逐渐升高，从而抑制Pt的催化能力。相比阳极，微生物燃料电池阴极性能的提升已成为瓶颈，高效经济的过渡金属催化剂研制、碳纳米管修饰、氮-化学修饰是近来阴极研究中的重要方向。阴极成本极高,一个典型的空气阴极MFC,使用Pt/C阴极时其费用占到总成本的47％，因此研制高效低成本的阴极是MFC走向应用的关键。Morris等曾首次报道选用PbO₂阴极催化剂来取代铂，系统的最高输出功率密度可明显提升2-4倍，成本降低2-17倍，但PbO₂对环境具有毒化作用，且阴极会产生铅渗漏，这限制了其广泛应用。生物阴极型MFC是指用微生物代替Pt等非生物催化剂，实现电子从阴极向最终电子受体传递的微生物燃料电池。本发明采用生物滤池为阴极室，微生物通过自我繁殖维持稳定的催化能力以提高MFC的稳定性。

常规的生物滤池的缺点是处理效率较低，容易产生淤积、堵塞等现象。本发明是在对生物滤池技术多年研究的基础上，针对现有微生物燃料电池反应器和工艺的不足，采用生物滤池型生物阴极的材料选择和优化设计，结合MFC技术提出的将生物滤池水质净化与MFC产电合二为一的新探索，旨在污水治理的同时实现能源化利用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种加工工艺简单，使用方法简单，适合生活污水处理使用的连续流生物滤池阴极微生物燃料电池反应器生活污水处理装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于生物滤池阴极微生物燃料电池的生活污水处理装置，该装置包括阳极室，阴极室和电极组件，该电极组件连接阳极室和阴极室，构成微生物燃料电池，其中阳极室内填充有厌氧颗粒污泥和颗粒活性炭组成的填料，所述的阴极室为生物滤池，待处理污水从底部进入阳极室，反应后从顶部流出，进入阴极室，待处理污水中的有机底物在阳极室内被微生物分解为小分子，发生氧化反应释放电子，通过电极组件进入阴极室，在阴极室发生还原反应，净化污水的同时产电。

进一步地，待处理污水通过进水系统输入阳极室，进水系统包括进水泵和布水器；所述的布水器由进水管和穿孔板组成，其中进水管连接进水泵，穿孔板设置在阳极室底部，污水通过进水泵和进水管输入穿孔板下方，升流通过穿孔板分布后，进入阳极室的反应区，水力停留时间为5-8h。

进一步地，所述的穿孔板上均匀分布有直径为10-15mm的孔。