連續(xù)流雙cstr型微生物燃料電池“發(fā)電-除污”一體化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種利用厭氧混合培養(yǎng)發(fā)酵系統(tǒng)進行發(fā)電和除污的連續(xù)流雙CSTR型微生物燃料電池“發(fā)電-除污” 一體化的方法，連續(xù)處理糖蜜廢水，并間接處理電鍍廢水，同時達到產(chǎn)電效果的新工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人類的生活質(zhì)量達到了空前的繁盛，可隨之而來的代價便是生態(tài)平衡、全球氣候變暖、水體污染等一系列的環(huán)境問題，為此人類開始倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，運用先進的技術(shù)轉(zhuǎn)變能源利用方式，達到清潔生產(chǎn)、保護環(huán)境的目的。因此，開發(fā)新能源，尋求低能耗、無污染，且經(jīng)濟效益好的廢水處理工藝成了人們廣泛關(guān)注的焦點。
[0003]利用微生物的作用來進行能量交換，并把呼吸作用產(chǎn)生的電子傳遞到電極上的裝置為微生物燃料電池，微生物燃料電池作為一種新興的高效的生物質(zhì)能，成為了人們研究的焦點，它的主要用途有生物修復(fù)、廢水處理，主要應(yīng)用前景在環(huán)境保護方面，它可以利用污水產(chǎn)電，降解有機物，同時對污水進行處理，并對其中有價值的成分加以利用，這不僅解決了環(huán)境問題，同時又能帶來一定的經(jīng)濟效益。微生物燃料電池在作為污水處理技術(shù)以及將無用資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭缮a(chǎn)能量的有用資源方面均提供了新的發(fā)展方向，并且微生物燃料電池可將污水中可降解有機物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)了污水處理的可持續(xù)發(fā)展。因此，對其進行深入擴展的基礎(chǔ)研究是極其有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明將兼顧發(fā)電和同步廢水處理的雙重目標，通過用活性污泥作為功能微生物源，糖蜜廢水中有機物作為底物，將電鍍廢水作為陰極液，構(gòu)造出微生物燃料電池。
[0005]厭氧混合培養(yǎng)制氫產(chǎn)醇復(fù)合能源生產(chǎn)發(fā)酵系統(tǒng)的污泥來源于生活污水排放溝底泥，經(jīng)過濾、沉淀、淘洗去除大顆粒的無機物質(zhì)后，用糖蜜廢水間歇好氧培養(yǎng)20天后，觀察污泥的顏色逐漸由灰色變?yōu)辄S褐色，并形成沉降性能良好的絮狀污泥。
[0006]實驗陽極的實驗廢水采用模擬甜菜制糖廠的糖蜜廢水。這種廢水有機物含量高，溶解性好，可生化降解性能好，是一種具有代表性的碳水化合物類有機廢水。陰極液采用模擬電鍍加工廠的重金屬離子溶液。這種陰極液含有金屬離子，可以間接影響反應(yīng)器的產(chǎn)電效能。實驗陽極和陰極有兩個連續(xù)流槽式反應(yīng)器(CSTR)中進行，中間需要由全氟質(zhì)子交換膜-Naf1n將兩極隔開，使兩極之間只能通過質(zhì)子，防止其它物質(zhì)(如有機質(zhì)和氧氣)的擴散。
[0007]將馴化后的污泥接種到連續(xù)流槽式反應(yīng)器(CSTR)中，采用計量泵將糖蜜廢水從泵入反應(yīng)器內(nèi)，通過計量泵的流量以保證系統(tǒng)進水恒定，控制HRT (水力停留時間)為16h。之后再在兩極安裝石墨電極，通過導(dǎo)線連接至IkQ的可調(diào)電阻，使反應(yīng)器能夠連續(xù)產(chǎn)生電流。
【具體實施方式】
[0008]下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明作進一步說明。
[0009]本實驗利用微生物間接污水達到產(chǎn)電除污，并且回收金屬的效果，【具體實施方式】和步驟如下:
[0010](I)實驗用接種污泥來源于生活污水排放溝的底泥。將其過濾、沉淀、淘洗后，在厭氧條件下保存，向內(nèi)投加自配的營養(yǎng)液進行培養(yǎng)馴化，以恢復(fù)污泥的活性并富集菌種。馴養(yǎng)20天后作為接種污泥投加到MFC陽極池中，接種量為20500mL，pH調(diào)至7左右。稀釋糖蜜廢水至COD為1000mg/L并利用計量泵泵入反應(yīng)器內(nèi)，調(diào)節(jié)進水流速控制水力停留時間為16h0
[0011](2)配制含有銀離子500mg/L的硝酸銀溶液，將其作為電池的陰極液投入到陰極反應(yīng)器中，進行陰極還原反應(yīng)。
[0012](3)當糖蜜廢水進入反應(yīng)器與馴化后污泥充分混合24小時以上，記錄利用萬用表測量反應(yīng)器電流電壓的數(shù)據(jù)，將反應(yīng)器出水口排放的出水進行COD濃度測量，同時取反應(yīng)器陰極液進行金屬離子濃度測量，根據(jù)測量結(jié)果分析反應(yīng)器運行狀態(tài)及處理廢水能力。
【主權(quán)項】
1.一種連續(xù)流雙CSTR型微生物燃料電池“發(fā)電-除污”一體化的方法，在實驗組裝過程中利用設(shè)計的連續(xù)流槽式反應(yīng)器(CSTR)的構(gòu)型與塑膠管和計量泵連接，在實驗運行過程中陽極室和陰極室可以分別處理糖蜜廢水和電鍍廢水，同時達到產(chǎn)電效果的新工藝方法，其特征工藝是利用連續(xù)流槽式反應(yīng)器(CSTR)連續(xù)處理廢水和產(chǎn)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)流雙CSTR型微生物燃料電池“發(fā)電-除污”一體化的方法，在陽極室中灌入馴養(yǎng)后的生活污水排放溝底泥與模擬配制的糖蜜廢水，在室外與塑膠管和計量泵連接，其特征是陽極室可以連續(xù)處理糖蜜廢水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)流雙CSTR型微生物燃料電池“發(fā)電-除污”一體化的方法，在陰極室中灌入配制含有銀離子500mg/L的硝酸銀溶液或者是含有其他金屬離子的溶液，在室外可以無需連接塑膠管和計量泵，其特征是陰極室在實驗過程中可以析出金屬，回收金屬單質(zhì)。
【專利摘要】本發(fā)明是一種連續(xù)流雙CSTR型微生物燃料電池“發(fā)電-除污”一體化的方法，連續(xù)處理糖蜜廢水，并間接處理電鍍廢水，同時達到產(chǎn)電效果的新工藝方法。工藝方法：實驗用接種污泥來源于生活污水排放溝的底泥。經(jīng)馴養(yǎng)后作為接種污泥投加到反應(yīng)器陽極中，采用計量泵將糖蜜廢水從泵入反應(yīng)器內(nèi)，同時將配制好的一定濃度的硝酸銀溶液作為電池的陰極液投入到陰極反應(yīng)器中，并用全氟質(zhì)子交換膜-Nafion將兩極隔開，利用石墨電極通過導(dǎo)線連接至1kΩ的可調(diào)電阻，使反應(yīng)器能夠連續(xù)產(chǎn)生電流。在作為污水處理技術(shù)以及將無用資源轉(zhuǎn)變?yōu)榭缮a(chǎn)能量的有用資源方面均提供了新的發(fā)展方向，實現(xiàn)了污水處理的可持續(xù)發(fā)展。因此，對其進行深入擴展的基礎(chǔ)研究是極其有必要的。
【IPC分類】H01M8-06, C02F3-12, H01M8-16
【公開號】CN104577170
【申請?zhí)枴緾N201310494795
【發(fā)明人】謝靜怡, 李永峰
【申請人】東北林業(yè)大學(xué), 謝靜怡, 李永峰
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月21日