一种微生物燃料电池堆处理有机废水的反应器及方法技术

本发明专利技术属于污水净化与废水资源化利用的技术领域，具体公开了一种微生物燃料电池堆处理有机废水的反应器及方法，包括厌氧室阳极室一和阳极室二、缺氧室以及好氧室阴极室一和阴极室二，可构成一个完整的微生物燃料电池堆系统。本发明专利技术以自溶解氧自流式微生物燃料电池工艺作为新型生物处理技术，达到在处理有机废水的同时产生电能的目的。本发明专利技术将微生物燃料电池有效利用，并与废水自流、跌水曝气等工艺联合起来，在工艺原理和反应器结构上表现出了明显优势；在提高有机废水处理质量，产生电能等方面，为微生物燃料电池耦合工艺提供了新思路，为解决我国能源短缺和水污染问题寻找一条新的技术途径。新的技术途径。新的技术途径。

【技术实现步骤摘要】
一种微生物燃料电池堆处理有机废水的反应器及方法


[0001]本专利技术属于污水净化与废水资源化利用的
，具体涉及一种微生物燃料电池堆处理有机废水的反应器及方法。

技术介绍

[0002]随着现代社会的不断发展，每年废水的排放量也在不断地增加，而处理有机废水需要消耗的能量是巨大的。与此同时，机遇与危机共存，污水中含有的大量有机物可被生物降解，而其中蕴藏的能量相当可观。通过计算，1kg的化学需氧量(COD)可以产生3.86kWh的能量。从理想的角度来说，如果这些能量被利用，可以在不耗费其他能量的情况下有效处理有机废水，并向外输出多余的电能。
[0003]近年来，利用微生物电化学的方法处理污水已经在水处理行业中得到了广泛的研究。微生物燃料电池(MFC)是一种在小规模产电领域最有前景的技术，它可利用废水中含有的大量有机污染物为微生物提供足够的能量和电子。在污水处理领域，MFC和成熟的处理工艺结合，不仅能有效的去除废水中的小分子有机物，分解复杂的大分子有机物，还可以净化氮、硫等，同时产生电能。跌水曝气技术的应用有利于节约曝气装置消耗的电能，使水中含有更多的溶解氧。
[0004]然而，在目前的水处理工艺中，多为利用MFC工艺单独处理有机废水。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述现有技术存在的不足，提供一种微生物燃料电池堆处理有机废水的反应器及方法，采用自溶解氧自流的方式，利用MFC耦合厌氧、缺氧、跌水曝气、废水自流等工艺，实现了有机废水中有机物的去除，并实现微生物产电资源的回收。r/>[0006]本专利技术的第一个目的在于，提供一种微生物燃料电池堆处理有机废水的反应器，包括阳极室一，所述阳极室一的一侧设有阴极室一，所述阴极室一的上部设有缺氧室，所述缺氧室的宽度小于阴极室一的宽度，所述阳极室一和缺氧室相邻的侧板上部开设有相连通的溢流孔一；所述缺氧室位于阴极室一内侧的侧板上开设有溢流台阶，所述阴极室一通过泵连接有阳极室二，所述阳极室二的一侧设有阴极室二，所述阴极室二和阳极室二相邻的侧板上部开设有相连通的溢流孔二；所述阳极室一和阳极室二上均设有盖板，所述盖板上安装有阳极电极，所述阳极室一和阳极室二内填充有活性炭生物电极；所述阴极室一和阴极室二内均设有阴极电极，所述阳极室一和阳极室二的两个阳极电极通过导线串联接入外接电阻并连接由导线串联的两个阴极电极。
[0007]通过采用上述技术方案，构成了一个完整的微生物燃料电池堆系统，需要处理的有机废水依次经过厌氧室阳极室一、缺氧室、好氧室阴极室一、厌氧室阳极室二以及好氧室阴极室二的处理，可对有机污染物进行有效脱除；微生物燃料电池堆系统的阴极室一和阴极室二，作为曝气室自能产电的同时，对有机物进行氧化；厌氧室中的有机废水溢出到好氧曝气室阴极室一中，这一有机废水的跌落过程会吸收空气中的氧气，从而大大提高水中的
氧气含量，对之后降解有机污染物需要氧气的反应提供了一定的条件，节约了曝气时所需要的能量。本专利技术不仅有效提高了有机废水中的有机物去除效率，同时利用微生物自身代谢作用氧化有机物产生电能，节约了成本，实现了废水中有机质的去除。
[0008]进一步，所述缺氧室内填充有火山岩滤料，所述阴极室二内也填充有火山岩滤料。
[0009]通过采用上述技术方案，火山岩滤料具有丰富孔隙，具有吸附功能，可以物理吸附有机废水中的有机污染物、氨、氮、磷等，表面电荷有利于微生物附着，调节改善亲水性。
[0010]进一步，所述缺氧室内靠近阳极室一的一侧设有折流板一，所述折流板一的顶部不低于溢流孔一的顶部，所述折流板一的底部与缺氧室的底部之间留有距离。
[0011]通过采用上述技术方案，阳极室一内的有机废水从溢流孔一流入缺氧室内时，由于折流板一与缺氧室开设有溢流孔一的侧板之间形成折流腔，有机废水从溢流孔一流下先进入折流腔，再经过折流板一的底部在缺氧室内从下往上填充，能够使有机废水更好地与火山岩滤料接触，充分发挥其吸附功能，提高对有机废水的处理效果。
[0012]进一步，所述缺氧室的两个侧板上设有挡板，两个所述挡板与开设有溢流台阶的侧板构成“凵”字型结构。
[0013]通过采用上述技术方案，挡板可以起到引流的作用，使有机废水由缺氧室经溢流台阶跌落至阴极室一的过程中，尽可能地流入缺氧室下方的阴极室一内。
[0014]进一步，所述阳极室二内靠近阴极室二的一侧设有折流板二，所述折流板二的顶部不低于溢流孔二的顶部，所述折流板二的底部与阳极室二的底部之间留有距离。
[0015]通过采用上述技术方案，阳极室二内填充的活性炭生物电极可吸附产电菌等微生物，折流板二与阳极室二开设有溢流孔二的侧板之间可形成折流腔，阳极室二内的有机废水需要先经过折流板二的底部进入折流腔内，才能通过溢流孔二流入阴极室二内，能够使有机废水更好地与活性炭生物电极接触，充分发挥其吸附功能，提高对有机废水的处理效果。
[0016]进一步，所述活性炭生物电极在阳极室一和阳极室二内的填充率均为50％～70％。
[0017]通过采用上述技术方案，可以很好地发挥活性炭生物电极吸附产电菌等微生物的效果。
[0018]进一步，两个阳极电极均为碳棒电极，两个阴极电极均为碳毡电极。
[0019]通过采用上述技术方案，两个碳棒电极作为微生物电池堆的共同阳极，并通过导线串联；两个碳毡电极作为电解系统的共同阴极，并由导线串联。
[0020]本专利技术的第二个目的在于，提供一种使用上述反应器的微生物燃料电池堆处理有机废水的方法，包括如下步骤：
[0021]1)产电微生物培养
[0022](1)将厌氧污泥与活性炭生物阳极混合培养一周，使微生物完全附着在活性炭表面，培养期间加入人工配置的营养基；
[0023](2)将培养完毕的活性炭生物阳极放入微生物燃料电池堆系统的阳极室一和阳极室二中，并分别插入阳极电极，同时继续加入步骤(1)中的营养基；
[0024](3)将曝气装置加入微生物燃料电池堆系统的阴极室一及阴极室二中，并分别放入阴极电极，且阴极电极要低于液面位置；
[0025](4)通过不断换水驯化，直到微生物燃料电池堆系统的电压稳定，获得最适宜的产电微生物；
[0026]2)有机废水处理
[0027]将需要处理的有机废水放入阳极室一中，通过阳极室一后，经溢流孔一流入缺氧室中，缺氧室充满有机废水后，废水由高处跌入阴极室一中；有机废水通过泵从阴极室一进入到阳极室二中，再通过阳极室二上部的溢流孔二进入到阴极室二中；
[0028]3)测定微生物燃料电池堆的电压
[0029]两个阳极电极用导线进行连接，测量微生物燃料电池堆的阳极电压；
[0030]两个阴极电极作为微生物燃料电池堆的共同阴极并通过导线连接，两个阳极电极作为微生物燃料电池堆的共同阳极并通过导线进行连接，将共同阴极和共同阳极通过导线连接并接入外接电阻，通过电势采集器测量微生物燃料电池堆的系统电压。
[0031]本专利技术通过培养合适的微生物作为微生物燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微生物燃料电池堆处理有机废水的反应器，其特征在于，包括阳极室一(1)，所述阳极室一(1)的一侧设有阴极室一(2)，所述阴极室一(2)的上部设有缺氧室(3)，所述缺氧室(3)的宽度小于阴极室一(2)的宽度，所述阳极室一(1)和缺氧室(3)相邻的侧板上部开设有相连通的溢流孔一(4)；所述缺氧室(3)位于阴极室一(2)内侧的侧板上开设有溢流台阶(5)，所述阴极室一(2)通过泵连接有阳极室二(6)，所述阳极室二(6)的一侧设有阴极室二(7)，所述阴极室二(7)和阳极室二(6)相邻的侧板上部开设有相连通的溢流孔二(8)；所述阳极室一(1)和阳极室二(6)上均设有盖板(9)，所述盖板(9)上安装有阳极电极，所述阳极室一(1)和阳极室二(6)内填充有活性炭生物电极；所述阴极室一(2)和阴极室二(7)内均设有阴极电极，所述阳极室一(1)和阳极室二(6)的两个阳极电极通过导线串联接入外接电阻并连接由导线串联的两个阴极电极。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述缺氧室(3)内填充有火山岩滤料。3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述缺氧室(3)内靠近阳极室一(1)的一侧设有折流板一(10)，所述折流板一(10)的顶部不低于溢流孔一(4)的顶部，所述折流板一(10)的底部与缺氧室(3)的底部之间留有距离。4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述阴极室二(7)内填充有火山岩滤料。5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述缺氧室(3)的两个侧板上设有挡板(11)，两个所述挡板(11)与开设有溢流台阶(5)的侧板构成“凵”字型结构。6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述阳极室二(6)内靠近阴极室二(7)的一侧设有折流板二(12)，所述折流板二(12)的顶部不低于溢流孔二(8)的顶部，所述折流板二(12)的底部与阳极室二(6)的底部之间留有距离。7.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：高常飞，徐源，王建华，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：