本實(shí)用新型涉及廢水處理裝置，具體涉及一種除硫脫氮微生物燃料電池。

背景技術(shù)：

近年來，厭氧生物處理技術(shù)因節(jié)約能源、污泥量少，以及資源回收利用率高而迅速發(fā)展，但厭氧出水中往往有高濃度的硫化物和氨氮的存在，需進(jìn)一步脫氮除硫。微生物燃料電池在廢水脫氮或廢水除硫的同時(shí)可回收電能，是處理含硫化物和氨氮的廢水的有效方法。微生物燃料電池對(duì)廢水中硫化物的去除一般是利用電化學(xué)作用或微生物作用將硫化物氧化成單質(zhì)硫或者硫酸鹽；而對(duì)于氨氮，首先要將氨氮在好氧狀態(tài)下氧化成硝酸鹽，然后在缺氧狀態(tài)下通過反硝化作用將硝酸鹽還原為氮?dú)狻?/p>

現(xiàn)有的除硫和脫氮微生物燃料電池一般包括三種：一是在陽極室厭氧環(huán)境下通過自發(fā)電化學(xué)和微生物作用將硫化物轉(zhuǎn)化成硫單質(zhì)或硫酸鹽，這種微生物燃料電池只能去除廢水中的硫污染；二是在陽極室中去除硫污染的同時(shí)設(shè)置缺氧陰極，以硝酸鹽作為電子受體同步反硝化脫氮，但對(duì)于含硫化物和氨氮的廢水仍需另外的設(shè)備完成硝化階段；三是在陽極室中去除硫污染的同時(shí)設(shè)置好氧陰極，利用好氧陰極的曝氣系統(tǒng)將廢水中的氨氮氧化成硝酸鹽，但該微生物燃料電池仍需另外的設(shè)備完成后續(xù)缺氧處理反硝化脫氮?，F(xiàn)有的除硫和脫氮微生物燃料電池?zé)o法在一個(gè)設(shè)備內(nèi)完成含硫化物和氨氮廢水的除硫脫氮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種除硫脫氮微生物燃料電池，該燃料電池能夠在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成含硫化物和氨氮廢水的除硫脫氮處理。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：

一種除硫脫氮微生物燃料電池，包括依次設(shè)置的缺氧陰極室、陽極室和好氧陰極室；在缺氧陰極室、陽極室之間設(shè)有質(zhì)子交換膜，在陽極室、好氧陰極室之間設(shè)有質(zhì)子交換膜，氫離子通過質(zhì)子交換膜從陽極室轉(zhuǎn)移到兩側(cè)陰極室；所述缺氧陰極室、陽極室和好氧陰極室上分別設(shè)有進(jìn)水管和出水管，且缺氧陰極室的進(jìn)水管與好氧陰極室的出水管連接，好氧陰極室的進(jìn)水管與陽極室的出水管連接，陽極室的進(jìn)水管與污水池連接；

所述缺氧陰極室、陽極室和好氧陰極室分別包括由鈦絲和碳纖維絲組成的碳纖維刷，缺氧陰極室的鈦絲通過第一外電路與陽極室的鈦絲連接，陽極室的鈦絲通過第二外電路與好氧陰極室的鈦絲連接；

在缺氧陰極室、陽極室的頂部設(shè)有氮?dú)夤夤?，以保持反?yīng)室內(nèi)的厭氧和缺氧環(huán)境；在好氧陰極室的頂端設(shè)有空氣進(jìn)氣管，空氣進(jìn)氣管的一端與鼓風(fēng)機(jī)連接，空氣進(jìn)氣管的另一端與好氧陰極室底部的曝氣頭連接。

含氨氮和硫化物的廢水首先進(jìn)入陽極室，在自發(fā)電化學(xué)作用和微生物代謝作用下硫化物被氧化成硫單質(zhì)而附著于碳纖維絲上，同時(shí)產(chǎn)生的電子通過鈦絲傳遞到外電路，最終傳遞到好氧陰極和缺氧陰極，陽極室的出水即為去除硫污染后只含氨氮的廢水。陽極室的出水進(jìn)入好氧陰極室，好氧陰極室內(nèi)有曝氣頭供氧，以溶解氧作為陰極電子受體的同時(shí)將陽極出水完成硝化過程。好氧陰極室的出水進(jìn)入缺氧陰極室，在微生物代謝作用下進(jìn)行反硝化脫氮。缺氧陰極室出水即為除硫脫氮后的處理水。

更進(jìn)一步的方案是，在缺氧陰極室、陽極室和好氧陰極室的頂部設(shè)有橡膠塞。

更進(jìn)一步的方案是，在缺氧陰極室、陽極室的底部分別設(shè)置有磁力攪拌子，該磁力攪拌子在磁力攪拌器控制下對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行攪拌，使反應(yīng)更充分。

更進(jìn)一步的方案是，所述第一外電路、第二外電路分別包括電阻箱或用電設(shè)備。

更進(jìn)一步的方案是，第二外電路的電阻值大于第一外電路的電阻值，能夠平衡陽極電極向兩側(cè)陰極傳遞電子速率，在好氧陰極硝化作用的同時(shí)不對(duì)缺氧陰極反硝化造成抑制作用。

更進(jìn)一步的方案是，三個(gè)反應(yīng)室的進(jìn)水管均位于下部，三個(gè)反應(yīng)室的出水管均位于上部。

更進(jìn)一步的方案是，缺氧陰極室、陽極室均通過氮?dú)夤夤芘c氮?dú)馐占噙B，出水時(shí)氮?dú)馔ㄟ^氮?dú)夤夤苓M(jìn)入缺氧陰極室、陽極室，進(jìn)水時(shí)水壓將氮?dú)鈮喝氲獨(dú)馐占?，既保持了缺氧陰極室、陽極室所需要的厭氧和缺氧的環(huán)境，又可以起到維持缺氧陰極室、陽極室內(nèi)氣壓平衡的作用。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

采用碳纖維絲有利于微生物和產(chǎn)生的單質(zhì)硫附著于碳纖維刷上，且有利于單質(zhì)硫的回收；

將陽極室位于中間，好氧陰極室與缺氧陰極室位于其兩側(cè)，均以質(zhì)子交換膜相隔，能夠使兩個(gè)陰極室共用同一個(gè)陽極室，含硫化物和氨氮的廢水在陽極室內(nèi)通過自發(fā)電化學(xué)作用和微生物作用下將硫化物轉(zhuǎn)化成硫單質(zhì)達(dá)到除硫的目的，在好氧陰極室內(nèi)曝氣充氧下將氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，在缺氧陰極室內(nèi)將硝酸鹽反硝化轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，同時(shí)實(shí)現(xiàn)除硫、硝化和反硝化過程；

好氧陰極與缺氧陰極同時(shí)接受陽極傳遞的電子，分別達(dá)到硝化和反硝化效果，能在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同步完成含硫化物和氨氮廢水的除硫脫氮處理；

在陽極室與缺氧陰極室底部均采用磁力攪拌子對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行攪拌，既能保持其厭氧和缺氧環(huán)境，又使微生物與廢水充分接觸，避免了反應(yīng)室內(nèi)死角的出現(xiàn)。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本實(shí)用新型除硫脫氮微生物燃料電池的正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型除硫脫氮微生物燃料電池的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型除硫脫氮微生物燃料電池的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1、鈦絲；2、碳纖維絲；3、氮?dú)夤夤埽?、出水管；5、進(jìn)水管；6、質(zhì)子交換膜；7、磁力攪拌子；8、橡膠塞；9、空氣供氣管；10-1、第一外電路；10-2、第二外電路；11、陽極室；12、好氧陰極室；13、缺氧陰極室；14、曝氣頭。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1-圖3所示，一種除硫脫氮微生物燃料電池，包括依次設(shè)置的缺氧陰極室13、陽極室11和好氧陰極室12；在缺氧陰極室13、陽極室11之間設(shè)有質(zhì)子交換膜6，在陽極室11、好氧陰極室12之間設(shè)有質(zhì)子交換膜6，氫離子通過質(zhì)子交換膜6從陽極室11轉(zhuǎn)移到兩側(cè)陰極室；缺氧陰極室13、陽極室11和好氧陰極室12的下部分別設(shè)有進(jìn)水管5，缺氧陰極室13、陽極室11和好氧陰極室12的上部分別設(shè)有出水管4，缺氧陰極室13的進(jìn)水管5與好氧陰極室12的出水管4連接，好氧陰極室12的進(jìn)水管5與陽極室11的出水管4連接，陽極室11的進(jìn)水管5與污水池連接；

缺氧陰極室13、陽極室11和好氧陰極室12分別包括由鈦絲1和碳纖維絲2組成的碳纖維刷，缺氧陰極室13的鈦絲1穿過橡膠塞8與第一外電路10-1的一端連接，陽極室11的鈦絲1穿過橡膠塞8與第一外電路10-1的另一端連接；陽極室11的鈦絲1穿過橡膠塞8與第二外電路10-2的一端連接，好氧陰極室的鈦絲穿過橡膠塞8與第二外電路的另一端連接；第一外電路10-1、第二外電路10-2分別包括電阻箱，且第二外電路10-2的電阻值大于第一外電路10-1的電阻值，能夠平衡陽極電極向兩側(cè)陰極傳遞電子速率，在好氧陰極硝化作用的同時(shí)不對(duì)缺氧陰極反硝化造成抑制作用；

在缺氧陰極室13、陽極室11的頂部與氮?dú)夤夤?連接，該氮?dú)夤夤?與氮?dú)馐占噙B，出水時(shí)氮?dú)馔ㄟ^氮?dú)夤夤?進(jìn)入缺氧陰極室13、陽極室11，進(jìn)水時(shí)水壓將氮?dú)鈮喝氲獨(dú)馐占?，既保持了缺氧陰極室13、陽極室11所需要的厭氧和缺氧的環(huán)境，又可以起到維持缺氧陰極室13、陽極室11內(nèi)氣壓平衡的作用；在缺氧陰極室13、陽極室11的底部分別設(shè)置有對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行攪拌的磁力攪拌子7，磁力攪拌子7由磁力攪拌器控制，使反應(yīng)更充分；在好氧陰極室12的頂端設(shè)有空氣進(jìn)氣管9，空氣進(jìn)氣管9的一端與鼓風(fēng)機(jī)連接，空氣進(jìn)氣管9的另一端與好氧陰極室12底部的曝氣頭14連接。

含氨氮和硫化物的廢水首先進(jìn)入陽極室11，開啟磁力攪拌器和鼓風(fēng)機(jī)，磁力攪拌子7在磁力攪拌器的作用下在陽極室11內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，廢水中的硫化物作為電子供體，在自發(fā)電化學(xué)作用和微生物代謝作用下硫化物被氧化成硫單質(zhì)而附著于碳纖維絲2上，電子由鈦絲1連接的外電路傳遞到好氧陰極室12和缺氧陰極室13，質(zhì)子則通過質(zhì)子交換膜6移動(dòng)到好氧陰極室12和缺氧陰極室13，陽極室11的出水即為去除硫污染后只含氨氮的廢水。陽極室11的出水進(jìn)入好氧陰極室12，好氧陰極室12內(nèi)有曝氣頭14供氧，在好氧陰極室12內(nèi)的曝氣頭14不斷釋放出氧氣，作為電子受體與質(zhì)子及電子結(jié)合生成水，同時(shí)將氨氮氧化成硝酸鹽。好氧陰極室12的出水進(jìn)入缺氧陰極室13，廢水中的硝酸鹽利用陽極傳遞來的電子以及經(jīng)過質(zhì)子交換膜6傳遞來的氫離子進(jìn)行反硝化作用，從而達(dá)到脫氮的目的。缺氧陰極室13的出水即為除硫脫氮后的處理水。

本實(shí)例采用間歇式進(jìn)水方式，含硫化物和氨氮的廢水首先進(jìn)入陽極室11內(nèi)，開啟磁力攪拌器和鼓風(fēng)機(jī)，運(yùn)行12h后，陽極室11的出水進(jìn)入好氧陰極室12，運(yùn)行12h后，好氧陰極室12的出水進(jìn)入缺氧陰極室13，缺氧陰極室13的出水即為經(jīng)過除硫脫氮后的處理水。三室內(nèi)均采用碳纖維絲刷作為電極材料，其中碳纖維刷直徑為5cm，中間的鈦絲1直徑為1.5mm。陽極電極與好氧陰極之間的第二外電路由銅導(dǎo)線和電阻箱組成，微生物燃料電池的陽極、電阻箱和好氧陰極通過銅導(dǎo)線依次連接，電阻箱中的電阻值設(shè)置為1000Ω；陽極電極與缺氧陰極之間所采用的第一外電路由銅導(dǎo)線和電阻箱組成，微生物燃料電池的陽極、電阻箱和缺氧陰極通過銅導(dǎo)線依次連接，電阻箱中的電阻值設(shè)置為10Ω。

缺氧陰極室13、陽極室11和好氧陰極室12可采用有機(jī)玻璃構(gòu)建。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。