本发明专利技术属于污水生物处理回用与资源化技术领域，涉及一种小球藻微生物燃料电池反应器。该反应器主要由阳极室、阴极室、导线、负载、质子交换膜等几部分构成，所述的阳极室和阴极室通过质子交换膜分隔，阳极室内设置有阳极，阴极室内设置有阴极。启动反应器并驯化处理高浓度有机废水的阳极菌群；将高浓度有机废水通入阳极室，室温下由阳极细菌厌氧处理10天后阳极出水再通入阴极室由阴极小球藻深度脱氮除磷并进一步吸收有机物，最终出水达到城镇污水处理的三级排放标准；收获阴极小球藻体并萃取生物柴油粗油脂。本发明专利技术实现了高浓度有机废水的低成本处理，在获得清洁出水的同时可以回收电能及生物柴油，达到了真正的废物资源化利用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污水生物处理回用与资源化
，涉及一种小球藻微生物燃料电池反应器，具体是一种面向高浓度有机废水处理的小球藻阴极微生物燃料电池反应器。
技术介绍
人类社会活动产生的废水主要是有机废水，也是对人类生存环境危害最大的废水，对有机废水进行有效处理是人类面临的重大课题。高浓度有机废水是一种严重的水污染物，由于其成分复杂并对人体有毒，各国都投入大量人力、物力进行研究。现阶段，国内外普遍采用生物化学的方法，利用污泥中的土著微生物降解有机物来处理废水。根据处理过程中是否需要曝气，可把生物处理法分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法两大类，处理设备分为厌氧生物反应器、好氧生物反应器和厌氧-好氧联合生物反应器，由于厌氧-好氧联合生物反应器兼有厌氧反应器和好氧反应器两者的特点，对有机废水处理更为有效。微生物燃料电池(microbial fuel cell，MFC)是一种新型能源与环境治理技术。 它可利用微生物的代谢作用，将有机废水中的化学能直接转化为清洁电能，具有广阔的发展前景。研究已经证明，几乎所有的有机废水都可以被用来产电，因此MFC技术可用于一切需要进行有机废水处理的领域，包括市政污水处理厂和产生高浓度废水的工业(例如处理畜牧场或者食品加工厂的废水等)，但现有技术的MFC阳极厌氧处理装置和方法均仅能针对有机物进行处理，对待氮、磷等无机物并无很好的处理效果，且厌氧生物处理后的出水仍存在一定的COD和B0D，必须再经好氧处理后才能达到排放标准。小球藻是一类分布广泛、生长迅速、生物量高的普生性单细胞绿藻，因细胞油脂含量高，普遍被用来作为微藻生物柴油的藻种。其光合作用过程中吸收水中的氮和磷而生长繁殖，从而可作为三级处理单元对城市生活污水的二级出水进行深度脱氮除磷，且环境耐受性强，可利用无机盐降解农药、烷烃、酚类等多种有机物，并能超负荷吸收重金属。同时， 藻类可在吸收CO2的同时释放氧气，本申请专利技术人团队的在先申请(ZL201110374823. 7，专利技术名称“用于小球藻培养的微生物燃料电池反应器”)证实在MFC阴极中加入藻类等生物， 利用其自身可产生氧气的特点提供充足的电子受体，从而减少外界氧气的供应，降低了设备运行成本。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是解决现有技术的微生物燃料电池处理高浓度有机废水中存在的有机物处理不完全、氮磷等无机物处理效果不佳及处理成本高的问题，从而提供一种新型小球藻阴极微生物燃料电池反应器，以及其有效低能耗处理高浓度有机废水的方法。为了实现本专利技术的技术目的，本专利技术的技术方案如下。—、一种小球藻微生物燃料电池反应器，主要由阳极室、阴极室、阳极电极、阴极电极、导线、负载、质子交换膜、三相分离器构成；所述的阳极室和阴极室连通并通过质子交换膜分隔开；阳极室的室腔内设置有阳极电极，阴极室的室腔内设置有阴极电极，阳极电极和阴极电极通过导线分别与设置在阳极室和阴极室外部的负载两端连接；阴极室底部侧面开口设置进水口，顶部侧面开口设置出水口 ；阳极室底部开口设置进水口，底部侧面开口设置回流口，顶部侧面分别开口设置回流口、出水口和排气口 ；三相分离器设置在阳极室顶部周围。进一步地，本专利技术所述的阳极室是上流式厌氧污泥床(UASB)结构。本专利技术所述的阴极室是平板光生物反应器结构。该结构在满足阳极室便捷且有效处理污水的能力下同时满足阴极室小球藻的快速生长。本专利技术所述的质子交换膜与阳极室、阴极室的连接处垫加真空垫，以保持密封。本专利技术所述的阴极室的室壁为有机玻璃制成(以保证阳光投射充足)，阴极室内投加了小球藻。本专利技术所述的负载理解为任何需要通电后工作的电器设备及元件装置。其包括但不限于电阻、电灯、变压器等输电装置。例如，当负载为电阻时，用于电池启动时的稳定电压调试操作；当负载为电灯时，即是将本专利技术所述的小球藻微生物燃料电池反应器发电得到的电能用于照明系统；当负载为变压器时，可将小球藻微生物燃料电池反应器的直流电转变为交流电输出。本专利技术所述的阳极电极的材料包括碳毡、碳纸或碎碳毡填充物。本专利技术所述的阴极电极的材料包括碳毡、碳纸、碎碳毡填充物或载钼碳纸。本专利技术的小球藻微生物燃料电池反应器的基本工作原理如下。高浓度有机废水先通过其进水口通入阳极室，由阳极室内部启动时驯化好的厌氧微生物菌膜分解代谢消耗大部分有机物，产生电子、质子及二氧化碳；电子由阳极电极通过外电路到达阴极电极，质子透过质子交换膜到达阴极电极；随后阳极室的出水通过其出水口流出并通入阴极室的进水口进入阴极室培养小球藻，小球藻通过光合作用固定二氧化碳产生氧气，同时吸收氮、磷及一定量的有机物进行自身的生长，可进一步深度处理污水；氧气在阴极电极得到电子被还原与质子结合生成水，当外电路连接了负载时，便可以获得连续的电流和功率输出；将阴极室的藻液进行膜分离可以得到清洁出水，同时收获小球藻体；收获的小球藻可制备生物柴油，藻渣可作肥料、厌氧发酵制备沼气或MFC阳极底物再利用。二、利用本专利技术所述的小球藻微生物燃料电池反应器处理高浓度有机废水的方法，包括如下步骤1)启动反应器室温下将生活污水或微生物燃料电池的阳极出水(作为菌源)和阳极液分别通过阳极室的进水口注入阳极室；向阴极室内投加小球藻，并通过阴极室的进水口注入磷酸缓冲盐和BGll培养基配方的溶液；阳极电极和阴极电极之间连接电阻并监测电阻电压变化情况；用不同初始COD浓度的阳极液逐级驯化阳极菌群，浓度梯度分别为IOOOmg/ L, 1500mg/L，2000mg/L，2500mg/L，3000mg/L，3500mg/L，4000mg/L，使得最终在初始 COD 浓度为4000mg/L时电池产电稳定，即完成了小球藻微生物燃料电池的启动。其中，所述的小球藻的接种浓度为OD68tl=O. 5。所述阳极液的配方是=NH4Cl0. 31 g/L，NaH2PO4 2.452 g/L，Na2HPO4 4.576 g/L， KCl 0. 13 g/L，pH=7. 0，葡萄糖 1 g/L (COD 为 lOOOmg/L)或葡萄糖 1. 5 g/L (COD 为 1500mg/ L)或葡萄糖2 g/L (COD为2000mg/L)或葡萄糖2. 5 g/L (COD为2500mg/L)或葡萄糖3 g/ L (COD 为 3000mg/L)或葡萄糖 3. 5 g/L (COD 为 3500mg/L)或葡萄糖 4 g/L (COD 为 4000mg/L)。所述的磷酸缓冲盐的配方是=NaH2PO42.452 g/L, Na2HPO4 4.576 g/L, KCl 0. 13 g/L, pH=7. O0BGll 培养基配方是NaNO3 1. 5 g/L, K2HPO4 · 3H 20 0. 04 g/L, MgSO4 · 7H20 0. 075 g/L, CaCl2 · 2H20 0. 036 g/L, Na2CO3 0. 02 g/L，柠檬酸 0. 006 g/L，柠檬酸铁 0. 006 g/L, Na2 · EDTA 0. 001 g/L, H3BO3 0. 061 g/L, MnSO4 · H2O 0. 169 g/L, ZnSO4 · 7H20 0. 287 g/L, CuSO4 · 5H20 0. 0025 g/L，钼酸铵 0. 0125本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种小球藻微生物燃料电池反应器，其特征在于主要由阳极室(1)、阴极室O)、阳极电极⑶、阴极电极、导线(5)、负载(6)、质子交换膜(7)、三相分离器(13)构成；所述的阳极室(1)和阴极室( 连通并通过质子交换膜(7)分隔开；阳极室(1)的室腔内设置有阳极电极⑶，阴极室⑵的室腔内设置有阴极电极⑷，阳极电极⑶和阴极电极⑷ 通过导线(5)与设置在阳极室(1)和阴极室(2)外部的外电路分别连接负载(6)两端；阴极室( 底部侧面开口设置进水口(15)，顶部侧面开口设置出水口(14)；阳极室(1)底部开口设置进水口(8)，底部侧面开口设置回流口(9)，顶部侧面分别开口设置回流口(10)、 出水口(11)和排气口(12)；三相分离器(13)设置在阳极室(1)顶部周围。2.根据权利要求1所述的小球藻微生物燃料电池反应器，其特征在于所述的阳极室(1)是上流式厌氧污泥床结构。3.根据权利要求1所述的小球藻微生物燃料电池反应器，其特征在于所述的阴极室(2)是平板光生物反应器结构。4.根据权利要求1或3所述的小球藻微生物燃料电池反应器，其特征在于所述的阴极室O)的室壁为有机玻璃。5.根据权利要求1所述的小球藻微生物燃料电池反应器，其特征在于所述的所述的质子交换膜(7)与阳极室(1)、阴极室O)的连接处垫加真空垫。6.根据权利要求1所述的小球藻微生物燃料电池反应器，其特征在于所述的负载(6) 包括电阻、电灯或变压器。7.根据权利要求1所述的小球藻微生物燃料电池反应器，其特征在于所述的阳极电极(3)的材料包括碳毡、碳纸或碎碳毡填充物。8.根据权利要求1所述的小球藻微生物燃料电池反应器，其特征在于所述的阴极电极的材料包括碳毡、碳纸、碎碳毡填充物或载钼碳纸。9.利用权利要求1所述的小球藻微生物燃料电池反应器处理高浓度有机废水的方法，其特征在于包括如下步骤1)启动反应器室温下将生活污水或微生物燃料电池的阳极出水作为菌源和阳极液分别通过阳极室的进水口注入阳极室；向阴极室内投加小球藻，并通过阴极室的进水口注入磷酸缓冲盐和BGll培养基配方的溶液；阳极电极和阴极电极之间连接电阻并监测电阻电压变化情况，用不同初始COD浓度的阳极液逐级驯化阳极菌群，浓度梯度分别为1000 mg/ L, 1500 mg/L，2000 mg/L，2500 mg/L, 3000 mg/L，3500 mg...
【专利技术属性】
技术研发人员：周楚新，吴夏芫，宋天顺，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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