一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术具体涉及一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置，包括微生物燃料电池与光电催化装置；微生物燃料电池包括通过微生物质子交换膜分隔开的阳极室和阴极室；污水由阳极室进由阴极室出；阳极室中液体内部放置包含希瓦氏菌的混合菌群；阳极电极与阴极电极通过导线相连并且与充电控制器相连；充电控制器与蓄电池电连接；水泵将经过微生物燃料电池的污水通过水管输入光电催化装置中；光电催化装置包括镀膜催化反应器；镀膜催化反应器与蓄电池电连；光电催化装置还包括紫外光灯；紫外光灯与蓄电池电连，且能够照射到镀膜催化反应器。本装置结构简单，使用方便，在进行农产品加工污水和家庭生活污水处理时，操作简便、清洁环保、科学有效。

A Coupling Device for Microbial Fuel Cell and Photoelectrocatalytic Technology

【技术实现步骤摘要】
一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置
本专利技术涉及污水处理、微生物燃料电池技术与光电催化
，具体涉及一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置。
技术介绍
随着工业迅速发展，农产品加工污水的种类和数量迅猛增加，对水环境的污染也日趋广泛和严重，这严重的威胁到人类的健康和安全。农产品加工污水为高浓度有机废水，组成较为复杂，主要由设备清洗废水、消毒清洗废水、地面清洗水、果汁冷凝水、设备冷却水、空调冷却水地面清洗水及其他排放废水等部分组成。与此同时，随着世界人口越来越多，人类的活动越来越频繁，家庭生活污水也越来越多且里面含有的有机化学成分也越来越丰富。因此，对于家庭生活污水处理也受到更广泛的重视。采用传统的水处理方法(如物理法、化学法、生物法)在一定程度上能改善废水水质情况，但都有各自的不足或缺点。其中，物理法利用吸附、沉淀或阻隔等方式将杂质排除在外。如经典的活性炭吸附可有效净化水体，但随着时间的延长炭吸附能力将不断减弱，需定期进行清洗和更换，而且它并不能将有机污染物降解氧化，由此可能导致相转移，使问题进一步恶化。尤其是面对高浓度的工业废水中含有有机污染物时更显得力不从心。化学法包括氧化处理、中和处理、混凝处理等，拥有快速有效地去除污染物的能力，然而在实际操作中可能出现回收困难、很容易产生二次污染等问题。相比之下，生物法以其经济性和绿色环保性成为目前最受欢迎的水处理技术之一，但当废水中存在难降解有机物或含生物毒性污染物时，单一地采用生物法处理该废水难以得到理想的降解效果。而且生物处理效果提升难以掌握且不确定性很高。微生物燃料电池（MicrobialFuelCell，MFC）是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂（一般为氧气）在阴极得到电子被还原与质子结合成水。与常规燃料电池相比，MFC以微生物代替昂贵的化学催化剂，因而具有更多优点：燃料来源广泛，尤其可利用有机废水等废弃物；反应条件温和，常温常压下即可运行；环境友好，所产生的物质主要是CO2和H2O，无酸、碱、重金属等污染物产生，无需对其产物做任何后处理；因能量转化过程无燃烧步骤，故理论转化效率较高。以掺硼金刚石薄膜电极（BDD）为核心的净化设备，作为新一代的用于电化学法水处理的电极材料，与贵金属和钛基涂层电极（DSA）等传统材料相比，BDD电极具有最好的阳极氧化能力，最宽的电位窗口和最高的电流密度。金刚石稳定的sp3结构使其具有耐腐蚀、耐高温、抗氧化和抗污染性等优良特点。因此BDD电极具有极长的使用寿命（40-50年）。在电场作用下，BDD电极表面能够连续不断产生具有超强氧化性的自由态羟自由基•OH（标准氧化电位为2.80V，接近单质氟气的2.87V）、过氧自由基•HO2、臭氧O3和过氧化氢H2O2等氧化物种，在与高浓度工业废水反应的同时，还对各种微生物，包括细菌和病毒有着强烈的杀灭作用。将BDD用于MFC的电极材料，不但可以使电极拥有耐腐蚀、耐高温、抗氧化和抗污染性，而且可以更加高效的处理污水。光催化氧化法作为一种新型的水处理技术，利用廉价的太阳光作为反应能源，与常规物化处理方法相比，具有能彻底破坏有机污染物、不产生二次污染、能量消耗低、操作简单、反应条件温和、无选择性等优点。为了提高光催化效果，加入电场协助光催化的技术即为光电催化技术。将半导体氧化物薄膜作为工作电极，将TiO2等光催化剂涂覆在光阳极上，TiO2光电效应把导带电子的还原过程同价带空穴的氧化过程从空间位置上分开。明显减少了电子和空穴的复合，大大增加了半导体表面•OH的生成效率，防止了氧化中间产物在阴极上的再还原。凡是能利用光催化的有机污染物，采用光电催化后其反应效率均有较大提高。大量研究发现，采用光电催化技术能将水中的有毒有机污染物，如：染料、烃类、酚类等进行脱色、降解与矿化，最终分解为二氧化碳、水和无机盐。从而减少有机污水对环境的污染，其在生活污水和工业污水以及水源修复方面具有良好的应用前景和潜力。但仅仅依靠于微生物燃料电池来处理污水并不能达到极佳的效果，且考虑到其处理量少，并不能用于大规模的污水处理。
技术实现思路
1.所要解决的技术问题：为了解决上面提出的问题，本专利技术提出一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置。在本方法中将微生物燃料电池技术与光电催化技术有效的结合在一起的装置，并且在本装置中选用含有希瓦氏菌的混合菌群来代替原有的纯菌微生物，从而能够达到能源转换后循环利用、操作简便、清洁环保、高效科学的作用。2.技术方案：一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置，其特征在于：包括微生物燃料电池与光电催化装置；污水通过水路进入微生物燃料电池；所述微生物燃料电池包括通过微生物质子交换膜分隔开的阳极室和阴极室；污水由阳极室进入，由阴极室通过离心式水泵抽出；所述阳极室内设置阳极电极；所述阴极室设置阴极电极；所述阳极室中液体内部放置包含希瓦氏菌的混合菌群；所述阳极电极与阴极电极在水路外端通过导线相连；连接阳极电极与阴极电极的导线与充电控制器相连；所述充电控制器与蓄电池电连接并控制对蓄电池是否充电；离心式水泵将经过微生物燃料电池的污水通过水管输入光电催化装置中；所述光电催化装置包括镀膜催化反应器；所述镀膜催化反应器与蓄电池电连；所述光电催化装置还包括紫外光灯；所述紫外光灯与蓄电池电连，且能够照射到镀膜催化反应器。进一步地，所述微生物燃料电池的阴、阳极电池的材料均为多孔型掺硼金刚石薄膜电极；其中阴、阳极电池均为3组电极平行排列；所述每组阴、阳电极通过导线与充电控制器连接成完整的闭合回路。进一步地，所述质子交换膜为PEM9。进一步地，所述光电催化装置为方形结构；所述镀膜催化反应器包括光阳极与光阴极；所述光阳极表面涂覆TiO2；所述光阴极为石墨电极；两块光电极水平放置于所述光电催化装置内，且光阳极位于光阴极的竖直上部。进一步地，所述光电催化装置的方形结构的顶端安装石英玻璃。进一步地，还包括光敏电阻与继电器；所述光敏电阻、继电器、紫外灯串联。进一步地，所述紫外灯安装在能够收拢的紫外灯的装置中。3.有益效果：（1）通过本耦合装置出水口排出的水是经过微生物燃料电池MFC和光电催化装置处理完全的净化水，如果净化的是农产品加工污水可以直接排放于附近的江河湖泊，如果是家庭生活污水可以循环利用。（2）在本装置中将MFC产生的电能用于光电催化装置所需，将电能通过紫外光灯转换为光能。利用清洁廉价的太阳光能转换成化学能来对污水进行处理。这种能源合理转变、循环利用可减少能源流失、增大能源的利用效率。（3）本装置利用光电催化技术，光与电的协调作用能大大节省反应中的能耗。（4）光电催化装置中电极制作简单，稳定性好，使用寿命长，采用光电协同催化连续工艺处理，降解速率高，避免催化剂回收难的问题，最大限度的利用了太阳能。附图说明图1为本专利技术的整体结构图；图2为本申请中的微生物燃料电池工作原理图；图3为本申请中的光电催化装置结构简图。附图标记说明：微生物燃料电池污水进水口1、微生物燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置，其特征在于：包括微生物燃料电池与光电催化装置；污水通过水路进入微生物燃料电池；所述微生物燃料电池包括通过微生物质子交换膜分隔开的阳极室和阴极室；污水由阳极室进入，由阴极室通过离心式水泵抽出；所述阳极室内设置阳极电极；所述阴极室设置阴极电极；所述阳极室中液体内部放置包含希瓦氏菌的混合菌群；所述阳极电极与阴极电极在水路外端通过导线相连；连接阳极电极与阴极电极的导线与充电控制器相连；所述充电控制器与蓄电池电连接并控制对蓄电池是否充电；离心式水泵将经过微生物燃料电池的污水通过水管输入光电催化装置中；所述光电催化装置包括镀膜催化反应器；所述镀膜催化反应器与蓄电池电连；所述光电催化装置还包括紫外光灯；所述紫外光灯与蓄电池电连，且能够照射到镀膜催化反应器。

【技术特征摘要】
1.一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置，其特征在于：包括微生物燃料电池与光电催化装置；污水通过水路进入微生物燃料电池；所述微生物燃料电池包括通过微生物质子交换膜分隔开的阳极室和阴极室；污水由阳极室进入，由阴极室通过离心式水泵抽出；所述阳极室内设置阳极电极；所述阴极室设置阴极电极；所述阳极室中液体内部放置包含希瓦氏菌的混合菌群；所述阳极电极与阴极电极在水路外端通过导线相连；连接阳极电极与阴极电极的导线与充电控制器相连；所述充电控制器与蓄电池电连接并控制对蓄电池是否充电；离心式水泵将经过微生物燃料电池的污水通过水管输入光电催化装置中；所述光电催化装置包括镀膜催化反应器；所述镀膜催化反应器与蓄电池电连；所述光电催化装置还包括紫外光灯；所述紫外光灯与蓄电池电连，且能够照射到镀膜催化反应器。2.根据权利要求1所述的一种微生物燃料电池与光电催化技术的耦合装置，其特征在于：所述微生物燃料电池的阴、阳极电池的材料均为多孔型掺硼金刚石薄膜电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中有，
申请(专利权)人：江苏全给净化科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32