提高微藻阴极微生物燃料电池产电和脱氮除磷性能方法技术

本发明专利技术公开了一种提高微藻阴极微生物燃料电池产电和脱氮除磷性能方法，步骤一：生物炭

【技术实现步骤摘要】
提高微藻阴极微生物燃料电池产电和脱氮除磷性能方法


[0001]本专利技术涉及污水控制
，特指一种提高微藻阴极微生物燃料电池产电和脱氮除磷性能方法。

技术介绍

[0002]随着工农业快速发展，氨氮废水的污染源的数量和排放总量呈现日益增加趋势，由此引起的水体富营养化和水体黑臭严重威胁到水体生态平衡和人类正常的生产生活，水体中氨氮的治理刻不容缓。研究开发经济、高效的除氮处理技术已成为水污染控制工程领域研究的重点领域之一。
[0003]生物电化学系统中通过利用产电微生物的自身代谢进而实现了从化学能向电能的转化，其中，微生物燃料电池技术通过产电微生物代谢，将污染物蕴含的化学能转化成电能，在环境修复领域受到越来越广泛的关注。微藻处理法是目前新兴的污水处理方式，畜禽养殖污水中含有的丰富的氮、磷等营养物质可为微藻提供营养，利用微藻处理污水同时可与微藻的大规模生产相藕联，实现资源的循环利用。微藻应用于微生物阴极，通过光合作用产生氧气可以提供充足电子受体，根据微生物燃料电池系统中微藻的作用划分，微藻型微生物燃料电池可分为微藻生物阴极、微藻生物阳极以及微藻阳极底物三种。
[0004]藻类作为水生态环境重要的初级生产者，应用于微生物燃料电池阴极，吸收水中氮、磷维持其生长和繁殖，通过光合作用固定二氧化碳，产生的氧气可以充当电子受体，提高污染物资源化程度。
[0005]微藻固定化技术实现了藻细胞高密度培养，增强了其抗逆性，提高了微藻微生物燃料电池产电和废水处理能力。然而，以海藻酸钠和壳聚糖等为代表的固定化材料制备的微藻胶球传质性能较差，限制了胶球中微藻的生长和水中污染物的去除。
[0006]因此，本专利技术人对此做进一步研究，研发出一种提高微藻阴极微生物燃料电池产电和脱氮除磷性能方法，本案由此产生。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种提高微藻阴极微生物燃料电池产电和脱氮除磷性能方法，能高效去除废水中氮、磷的同时，还能够获得更多用于制备生物油脂的微藻，并能够提高微生物燃料电池产电。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术的技术解决方案是：
[0009]一种提高微藻阴极微生物燃料电池产电和脱氮除磷性能方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一：生物炭-海藻酸钠联合固定化微藻胶球的制备：1)取藻液于离心管，离心，舍弃部分上清液，离心浓缩藻液；2)称取海藻酸钠粉加水并利用磁力搅拌加热炉加热溶解，待溶解完全之后，加入适量的生物炭，搅拌均匀，待溶液温度降低至室温加入藻液，混合均匀；3)将混合液逐滴滴入0.5％-3％的CaCl2溶液之中，静置，用去离子水冲洗，得到生物炭-海藻酸钠联合固定化微藻胶球；
[0011]步骤二：构建双室微生物燃料电池：由阴极室、阳极室构成，中间由质子交换膜分隔，微藻生物阴极双室微生物燃料电池的阳极室接种活性污污泥，阳极液为人工废水，阳极室内的微生物分解废水中的有机物，经过分解代谢之后产生H
+
、e-以及CO2，在双室微生物燃料电池的阴极室中，阴极接种生物炭-藻酸钠联合固定化微藻胶球，通过光合作用可产生O2，直接将其作为电子受体，H
+
通过质子交换膜传递到阴极，e-则通过外部导线传至阴极电子受体氧气，形成闭合回路。
[0012]进一步，步骤一中，离心条件为：在3500r/min条件下离心3min。
[0013]进一步，所述生物炭为废弃生物质碳化制备后研磨后获得。
[0014]进一步，废弃生物质具体为秸秆或柚子皮。
[0015]进一步，在步骤一中，藻液里的微藻为小球藻、拟微绿球藻、栅藻、金藻、紫球藻、三角褐脂藻、雨声红球藻、鱼腥藻、集胞藻和聚球藻中的一种或多种。
[0016]进一步，在步骤二中，阴极和阳极的电极材料均采用碳毡。
[0017]采用上述方案后，由于生物炭由于孔隙结构发达、比表面积大和生物相容性好等特点，生物炭介导海藻酸钠固定化小球藻制备胶球，提高固定化胶球的传质性能，充分发挥生物炭吸附和微生物降解的协同作用，建立吸附-降解-吸附协同工艺，实现微生物燃料电池阴高密度微藻去除高浓度氮磷，促进了微藻生长获得更多微藻生物质的同时，提高了固定化微藻阴极微生物燃料电池脱氮除磷和产电性能。本方法具有脱氮除磷及产电性能好，抗冲击负荷能力强、处理成本低等优点。
附图说明
[0018]图1本专利技术的流程示意图；
[0019]图2是在光暗条件下三种微藻生物阴极双室微生物燃料电池的输出电压变化曲线；
[0020]图3是固定化小球藻的生长影响变化对比曲线；
[0021]图4是固定化微藻阴极微生物燃料电池总磷的去除变化对比曲线；
[0022]图5是固定化微藻阴极微生物燃料电池氨氮的去除变化对比曲线。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详述。本专利技术所揭示的是一种提高微藻阴极微生物燃料电池产电和脱氮除磷性能方法，如图1所示，为本专利技术的较佳实施例，包括以下步骤：
[0024]步骤一：生物炭-海藻酸钠联合固定化微藻胶球的制备：1)取藻液于离心管，在3500r/min条件下离心3分钟，舍弃部分上清液，离心浓缩藻液；2)称取海藻酸钠粉加水并利用磁力搅拌加热炉加热溶解，待溶解完全之后，加入适量的生物炭，搅拌均匀，待溶液温度降低至室温加入藻液，混合均匀；3)采用注射器将混合液逐滴滴入0.5％-3％(在本实施例中，优选值为1％)的CaCl2(氯化钙)溶液之中，静置30min，用水冲洗3遍，即可放入培养基之中，得到生物炭-海藻酸钠联合固定化微藻胶球；
[0025]步骤二：构建双室微生物燃料电池：由阴极室、阳极室构成，中间由质子交换膜分隔，微藻生物阴极微生物燃料电池的阳极室中，阳极接种活性污污泥，阳极液为人工废水，
阳极室内的微生物分解废水中的有机物，经过分解代谢之后产生H
+
、e-以及CO2，在微生物燃料电池阴极室中，阴极接种生物炭-藻酸钠联合固定化微藻胶球，藻类通过光合作用可产生O2，直接将其作为电子受体，H
+
通过质子交换膜传递到阴极，e-则通过外部导线传至阴极电子受体氧气，形成闭合回路，反应持续进行。
[0026]其反应过程可用下式表示：
[0027]阳极反应：(CH2O)
n
+nH2O
→
nCO2+4ne-+4nH
+
[0028]阴极反应：O2+4H
+
+4e-→
2H2O
[0029]进一步，所述生物炭为废弃生物质碳化制备后研磨后获得。
[0030]进一步，具体为秸秆或柚子皮。
[0031]进一步，在步骤一中，藻液里的微藻为小球藻、拟微绿球藻、栅藻、金藻、紫球藻、三角褐脂藻、雨声红球藻、鱼腥藻、集胞藻和聚球藻中的一种或多种。
[0032]进一步，在步骤二中，阴极和阳极的电极材料均采用碳毡。
[0033]采用透明亚克力板构建的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高微藻阴极微生物燃料电池产电和脱氮除磷性能方法，其特征在于：步骤一：生物炭-海藻酸钠联合固定化微藻胶球的制备：1)取藻液于离心管，离心，舍弃部分上清液，离心浓缩藻液；2)称取海藻酸钠粉加水并利用磁力搅拌加热炉加热溶解，待溶解完全之后，加入适量的生物炭，搅拌均匀，待溶液温度降低至室温加入藻液，混合均匀；3)将混合液逐滴滴入0.5-3％的CaCl2溶液之中，静置，用去离子水冲洗，得到生物炭-海藻酸钠联合固定化微藻胶球；步骤二：构建双室微生物燃料电池：由阴极室、阳极室构成，中间由质子交换膜分隔，微藻生物阴极双室微生物燃料电池的阳极室中，阳极接种活性污污泥，阳极液为人工废水，阳极室内的微生物分解废水中的有机物，经过分解代谢之后产生H
+
、e-以及CO2，在双室微生物燃料电池的阴极室中，阴极接种生物炭-藻酸钠联合固定化微藻胶球，通过光合作用可产生O2，直接将其作为电子受体，H
+

【专利技术属性】
技术研发人员：吴义诚，欧阳云祥，张建发，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：