[发明专利]一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池及其工作方法

权利要求书

1.一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池，其特征在于，包括外壳(5)和设置于外壳(5)中的密封板(8)、阴极电极(9)、阳极反应器和阴极生物膜(12)，阴极电极(9)和阳极反应器紧邻设置，阴极电极(9)和阳极反应器均呈卷簧状；阴极生物膜(12)设置于阴极电极(9)的表面；密封板(8)设置于外壳(5)内腔的上部，阴极电极(9)和阳极反应器位于密封板(8)的下部；阴极电极(9)和阳极反应器的上端均与密封板(8)连接，阳极反应器的上端与密封板(8)之间密封连接；阳极反应器内腔为阳极反应区(19)，阳极反应器中设有阳极电极(10)，阳极电极(10)采用零价铁，阳极反应器外壁(11)上设有质子交换膜(23)，质子交换膜(23)用于阳极反应区(19)与阴极反应区(20)进行物质交换；阳极反应器上端设有阳极进水管(3)，阳极反应器下端设有阳极产物排出管(17)和阳极出水管(15)，阳极进水管(3)、阳极出水管(15)和阳极产物排出管(17)均延伸至外壳(5)的外部；外壳(5)的下端设有阴极进水管(14)，外壳(5)上部设有阴极出水管(6)；阴极电极(9)和阳极电极(10)均连接有外接导线(4)，外接导线(4)延伸至外壳(5)外部。

2.根据权利要求1所述的一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池，其特征在于，阳极反应器下端呈螺旋下降的螺旋结构，阳极出水管(15)设置于阳极螺旋结构边缘下端，阳极产物排出管(17)设置于螺旋结构中心下端。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池，其特征在于，外壳(5)的下部设置阴极生物膜脱落斗(21)，阴极生物膜脱落斗(21)为漏斗状，阴极生物膜脱落斗(21)设有阴极生物膜脱落排出口(22)。

4.根据权利要求3所述的一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池，其特征在于，当阳极反应器下端呈螺旋下降的螺旋结构时，阳极反应器下端伸入阴极生物膜脱落斗(21)中，阳极产物排出管(17)从阴极生物膜脱落排出口(22)处伸出。

5.根据权利要求1所述的一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池，其特征在于，阳极电极(10)的上端延伸至密封板(8)，阳极电极(10)的下端延伸至阳极反应器的底部，阳极电极(10)的形状为与阳极反应器形状相同的卷簧状。

6.根据权利要求1所述的一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池，其特征在于，阳极反应器的上下两端均无端面，阳极反应器的上端与密封板(8)密封连接，阳极电极(10)悬挂固定于密封板(8)，阳极电极(10)的上端与外界导线(4)相连；阳极反应器的下端通过阳极硅胶密封条(13)密封；阳极反应器外壁(11)上间隔开设有若干纵向的开口，质子交换膜(23)设置于所述纵向的开口处。

7.根据权利要求1所述的一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池，其特征在于，阴极电极(9)包裹在阳极反应器外侧并紧邻阳极外壁(11)，阴极电极(9)两面均设置阴极生物膜(12)。

8.根据权利要求1所述的一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池，其特征在于，阳极反应器中填充含磷酸盐的产电基质，外壳(5)内腔中填充含硝酸盐的耗电基质，阴极生物膜(12)表面附着有DNRA菌。

9.根据权利要求1所述的一种基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池，其特征在于，外壳(5)和密封板(8)的材质为PVC，阳极反应器外壁(11)的材质为有机玻璃。

10.一种权利要求1-9任意一项所述基于零价铁的卷簧式同步脱氮除磷的微生物燃料电池的工作方法，其特征在于，包括如下过程：

阳极反应器采用序批式操作，将含磷酸盐的废水由阳极进水管(3)进入阳极反应区(19)，形成阳极电解质；阳极电极(10)失去电子成为可溶性二价铁离子进入到阳极反应区(19)，可溶性二价铁离子与阳极电解质的磷酸根离子反应生成蓝铁矿沉淀；蓝铁矿经沉淀由阳极产物排出口(17)排出；经过处理后的不含磷废水由阳极出水管(15)排出；

采用序批式操作，将含硝酸盐的废水由阴极进水管(14)采取上升式传质方式进入外壳(5)内腔的阴极反应区(20)，形成阴极电解质；

当阴极电极(9)和阳极电极(10)之间连接形成回路时，阴极生物膜(12)上的微生物利用来自阳极电极(10)失去的电子将阴极电解质中的硝酸盐转变为氨氮，产生的含氨氮的废水由阴极出水管(6)排出；

阳极电解质和阴极电解质通过阳极反应器外壁(11)的质子交换膜(23)维持电荷平衡。