一种变性生物电极微生物电解池制造技术

一种变性生物电极微生物电解池，电解池的一大一小两个独立功能腔室中均设置有至少一对功能强化的变性生物电极对，电极对在直流组合电源的调控下处于电极极性反转周期可调的加电运行状态来产CH4矿化有机质。独立的小腔室为大腔室的稳定运行提供了保障，灵巧便捷的电极对为大腔室的放大提供了便利；变性生物电极生物膜中嵌入的导电粉体材料，增强了生物电极的活性；直流组合电源调控下的电极极性周期反转不但可驯化出既能氧化有机质作阳极又能催化产CH4作阴极的变性生物电极，而且还避免了电极单向极化引起的离子浓缩甚至盐沉积导致的生物电极活性下降，确保了生物电极的长久运行，进一步降低了电解池的固定成本和运行成本。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微生物电化学领域，尤其涉及一种变性生物电极微生物电解池。
技术介绍
在传统的厌氧消化过程中，以H+和CO2为电子受体的有机质产CH4厌氧矿化在生物能的生产、废水处理、地下水和土壤（及沉积物）的生物修复等方面虽然有很好的发展前景，但由于该过程的复杂性，以及该过程表现出来的时间长、不彻底、易波动失效等缺陷，使得有机质产CH4厌氧矿化过程的工程应用受到了限制。多功能的微生物电解池技术出现之后，微生物电解池参与的有机质产CH4厌氧矿化过程在速度、彻底性、稳定性、产气质量等方面都表现出巨大的改进，使得拓宽有机质产CH4厌氧矿化过程在生物能的生产、废水处理、地下水修复、土壤（及沉积物）修复等能源环境领域的工程应用成为可能。多功能微生物电解池的前景虽然很好，但是高昂的固定成本和运行成本却成为其应用的巨大障碍。低成本的生物电极及其自我繁殖特性使其被寄予可长久运行，进而降低固定成本和运行成本的厚望。然而现有的电产CH4技术中，微生物电解池普遍采用的是直流稳压电源或恒电位仪长期单向加电的运行模式，这种加电模式下生物电极的极性长期恒定不变，而电极的长期单向极化不可避免地会导致离子浓缩，甚至出现盐沉积，高浓度的离子及盐沉积容易使生物电极（特别是生物阴极）的活性下降，从而影响了生物电极以及微生物电解池的长期运行。电产CH4专利（WO 2011/011829 A1）为解决阴阳极的pH差采用计算机控制的步进马达驱动系统并耦合计算机控制下的切换装置来实现转盘电极极性的周期反转，其结构、运行控制和维护复杂成本高，并且灵活性差，特别是其生物电化学转盘的不可放大性，限制了其应用。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的许多不足，本技术的目的在于提供一种变性生物电极微生物电解池，旨在解决现有微生物电解池的成本高、放大难、运行及维护过程复杂，灵活性差，特别是所述微生物电解池在运行过程中因长期单向极化导致的离子浓缩甚至盐沉积使生物电极的活性下降而不能长期稳定运行的问题。本技术的技术方案如下：一种变性生物电极微生物电解池，其中，包括第一腔室、第二腔室，所述第一腔室与第二腔室通过一隔板隔开，所述隔板上端设置有一开口，所述第一腔室底部设置有第一进水口和第一排泥口；所述第二腔室侧边设置有一出水口，所述第二腔室底部设置有第二进水口和第二排泥口，所述第二腔室顶部还设置有一出气口；所述第一腔室和第二腔室内分别设置有至少一电极对，所述电极对分别与直流组合电源的两个输出端子连接，所述直流组合电源包括直流电源和电源调控系统，所述直流电源的电压输出通过电源调控系统的调制成为极性反转周期可调的输出电压，使所述电极对处于电极极性反转周期可调的加电运行状态，运行过程中所述电极对上生成生物膜成为变性生物电极，待电解池产生稳定的最大电流后即可进行电产CH4矿化有机质；所述变性生物电极既能降解有机质作阳极又能催化产CH4作阴极。较佳地，所述变性生物电极微生物电解池，其中，所述电极对材料为任意导电的、易于生物膜附着生长的碳毡、石墨毡、碳纤维、碳棒、石墨板、石墨颗粒、生物焦、活性炭颗粒及导电高分子材料中的一种或其改性组合。较佳地，所述变性生物电极微生物电解池，其中，所述生物电极的生物膜中嵌入用于提高生物膜活性的导电粉体材料。较佳地，所述变性生物电极微生物电解池，其中，所述导电粉体材料为活性炭粉、石墨粉、碳黑、电气石粉、生物焦粉及磁性铁氧化物粉中的一种或多种。较佳地，所述变性生物电极微生物电解池，其中，所述第一腔室的容积小于第二腔室的容积。较佳地，所述变性生物电极微生物电解池，其中，所述第一腔室侧边还设置有一循环泵。有益效果：本技术提供的变性生物电极微生物电解池，与现有的技术相比，其结构简单、易放大，固定成本低；并且其运行自动化程度高、维护简单、可长久运行，运行成本低。本技术变性生物电极微生物电解池采用电极极性反转周期可调的加电运行方式，避免了生物电极因长期单向极化产生的离子浓缩和盐沉积对生物电极上微生物催化剂的伤害，从而确保生物电极微生物电解池可长久运行；进一步，本技术生物电极生物膜中嵌入的导电粉体材料可有效增强生物电极的处理能力。附图说明图1为本专利技术变性生物电极微生物电解池较佳实施例的结构示意图。具体实施方式本技术提供一种变性生物电极微生物电解池，为使本技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所述，本技术变性生物电极微生物电解池，包括第一腔室100、第二腔室200，所述第一腔室100的容积小于第二腔室200的容积，所述第一腔室100和第二腔室200底部分别设置有第一进水口110和第二进水口220，本技术将接种污泥与含待处理有机质（包含葡萄糖成分）的溶液按一定比例混合得到的混合液通过所述第一进水口110和第二进水口220分别进入第一腔室100和第二腔室200，所述第一腔室100和第二腔室200均可用于电产CH4矿化有机质；所述第一腔室100和第二腔室200之间设置有一隔板300，用于将第一腔室100中的混合液和第二腔室200中的混合液隔开，所述隔板上端设置有一开口310，用于将第一腔室100中的混合液以及产生的含CH4气体排入第二腔室200中；所述第一腔室100和第二腔室的底部分别设置有第一排泥口120和第二排泥口230用于排泥；所述第二腔室200侧边设置有一出水口210，用于将处理完的溶液排出；所述第二腔室200顶部还设置有一出气口240，用于收集第一腔室100和第二腔室200中产生的含CH4气体。所述第一腔室100和第二腔室200内分别设置有至少一电极对，所述电极对为任意导电的、易于生物膜附着生长的材料，可以为碳毡、石墨毡、碳纤维、石墨颗粒、活性炭颗粒及导电高分子材料中的一种或其改性组合。较佳地，所述第二腔室200可根据实际需要进行扩容，增加电极对数量，以提高电解池的处理能力；所述第一腔室100除了具有与所述第二腔室200同样的功能外，还可以独立启动新的电极对以替换所述第二腔室200中处理效能下降的电极对或修复第二腔室200中处理效能下降电极对的活性；所述第一腔室100还可以为第二腔室200驯化一些功能强化的电极对，强化废物流中需强化降解物种的降解处理，增强电解池的处理能力。所述电极对分别与直流组合电源400的两个输出端子连接，所述直流组合电源400包括直流电源和电源调控系统。进一步，本技术电解池可采用电极极性周期反转的加电模式电产CH4矿化有机质，保证了生物电极的长久运行。具体地，随着启动过程的进行，所述电极极性周期反转的加电模式可使所述电极对上逐渐形成并附着电活性生物膜成为变性生物电极，所述变性生物电极既能降解有机质作阳极又能催化产CH4作阴极。进一步，本专利技术在启动生物电极过程中，择机在所述第一腔室100和第二腔室200中填加导电的粉体材料。如图1所示，所述第一腔室100侧边还设置有一循环泵500，所述循环泵500用于第一腔室100内导电粉体浆液的循环，以加快所述导电的粉体材料嵌入生物膜中，从而形成活性增强的生物电极。进一步，所述导电的粉体材料可以为活性炭粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变性生物电极微生物电解池，其特征在于，包括第一腔室、第二腔室，所述第一腔室与第二腔室通过一隔板隔开，所述隔板上端设置有一开口，所述第一腔室底部设置有第一进水口和第一排泥口；所述第二腔室侧边设置有一出水口，所述第二腔室底部设置有第二进水口和第二排泥口，所述第二腔室顶部还设置有一出气口；所述第一腔室和第二腔室内分别设置有至少一电极对，所述电极对分别与直流组合电源的两个输出端子连接，所述直流组合电源包括直流电源和电源调控系统，所述直流电源的电压输出通过电源调控系统的调制成为极性反转周期可调的输出电压，使所述电极对处于电极极性反转周期可调的加电运行状态，运行过程中所述电极对上生成生物膜成为变性生物电极，待电解池产生稳定的最大电流后即可进行电产CH4矿化有机质；所述变性生物电极既能氧化有机质作阳极又能催化产CH4作阴极。

【技术特征摘要】
1.一种变性生物电极微生物电解池，其特征在于，包括第一腔室、第二腔室，所述第一腔室与第二腔室通过一隔板隔开，所述隔板上端设置有一开口，所述第一腔室底部设置有第一进水口和第一排泥口；所述第二腔室侧边设置有一出水口，所述第二腔室底部设置有第二进水口和第二排泥口，所述第二腔室顶部还设置有一出气口；所述第一腔室和第二腔室内分别设置有至少一电极对，所述电极对分别与直流组合电源的两个输出端子连接，所述直流组合电源包括直流电源和电源调控系统，所述直流电源的电压输出通过电源调控系统的调制成为极性反转周期可调的输出电压，使所述电极对处于电极极性反转周期可调的加电运行状态，运行过程中所述电极对上生成生物膜成为变性生物电极，待电解池产生稳定的最大电流后即可进行电产CH4矿化有机质；所述变性生物电极既能氧化有机质作...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄军芳，宋英姬，刘杉杉，宋铁红，茹婷婷，倪弘昕，蒋宝军，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22