/o工藝處理生活污水并產電的微生物燃料電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微生物燃料電池，尤其涉及一種耦合A2/0工藝處理生活污水并產電的微生物燃料電池。
【背景技術】
[0002]A2/0工藝是以傳統的活性污泥法處理污水的技術，污水在厭氧池中發生厭氧消化反應，在缺氧池中發生缺氧反硝化反應進行脫氮。A2/0工藝作為污水處理的關鍵技術在現代城市污水處理中起到舉足輕重的作用，同時降低A2/0在污水處理過程中的高能耗是近年來的研宄重點。城市生活污水中含有大量的有機污染物，據估計其中含有的能量是處理污水所消耗能量的9.3倍，若將廢水中的化學能回收利用，不但處理了生活污水還產生了額外的電能。
[0003]微生物燃料電池(MicrobialFuelCell，MFC)是一種利用微生物作為催化劑直接將廢水中的有機化學能轉化為電能的裝置。因為污水中含有許多有機污染物，蘊藏著大量的化學能，MFC技術可以利用微生物的代謝活性有效地將各種有機物降解并轉移電子，所以MFC技術不但可以用來處理污水，而且還能從污水中獲得電能，從而受到學術界的廣泛關注。
[0004]根據A2/0工藝的特點結合MFC技術處理生活污水并產電實現了資源的合理化利用，是可持續的污水處理新技術。本發明以A2/0工藝為基礎，利用MFC技術在處理污水的同時產生電能，以A2/0工藝的厭氧池作為MFC的陽極室，A2/0工藝的缺氧池作為MFC的陰極室。在陽極室(厭氧池)產電微生物富基于碳刷電極上氧化有機物產生電子和質子，電子通過外電路傳遞到陰極室(缺氧池)參與在陰極室(缺氧池)發生的反硝化脫氮反應或氧還原反應；質子在水流的作用下傳遞到陰極室(缺氧池)與硝酸根離子或者氧氣結合產生水。在陰極室(缺氧池)從曝氣室回流的硝酸根離子或者氧氣可直接作為陰極的電子受體，無需另外添加電子受體；該發明無需添加電子中介體，以含氮生活污水為產電基質，陰、陽兩極處于同相溶液內，不設置質子交換，可以有效降低電池內阻，電池性能好，提高產電效率。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是利用A2/0工藝和MFC技術的特點，提供一種耦合A2/0工藝處理生活污水并產電的微生物燃料電池。
[0006]為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種耦合A2/0工藝處理生活污水并產電的微生物燃料電池，該微生物燃料電池的反應器整體(19)由陽極室(13)、陰極室(12)和曝氣室(8)組成；陽極室(13)和陰極室(12)之間通過隔板(16)隔開，陽極室(13)和陰極室(12)之間的隔板(16)上設有小孔，以保證污水和污泥順利流過；陰極室(13)和曝氣室⑶之間同樣設置隔板(16)隔開，陰極室(13)和曝氣室⑶之間的隔板(16)上設有小孔，保證陰極室(12)在缺氧狀態的同時提供污水和污泥的流通；陽極室(13)和陰極室(12)上面設置有密封蓋(4)，用以創造陽極室(13)的厭氧環境和陰極室(12)的缺氧環境；所述密封蓋(4)上固定有數組陽極碳刷電極(2)和陰極碳刷電極(3)，各組電極并排放置且各電極之間通過負載(15)相連，并用導線與數據采集卡(7)連接；所述陽極室(13)的一側設置有進水口(I);所述曝氣室⑶與進水口(I)同側設置有出水口(5);所述出水口(5)的上方3cm處設置內回流出水口(6);所述曝氣頭(9)位于曝氣池(8)內；所述曝氣泵(10)位于反應器(19)外，曝氣泵(10)通過曝氣管與曝氣頭(9)相連；所述蠕動泵(11)位于反應器(19)夕卜，蠕動泵(11)與進水口⑴連接；厭氧污泥(14)位于陽極室(13)內部；陰極室(12)的一側設置內回流進水口(17)，與進水口(I)異側；所述反硝化污泥(18)位于陰極室(12)內部。
[0007]所述的反應器陽極室(13)和陰極室(12)長寬高之比均為5:2:3?5:2:2.5;反應器陽極室(13)、陰極室(12)和曝氣室⑶的容積比例為1:1:3;反應器總體(19)的長寬高之比為4.5:2:1.5?4.5:2:1.2。反應器內溶液占反應器體積的90 %以上，產電污泥占陽極室體積的1/10?1/5。
[0008]所述的污水為COD含量在300?500mg/L的生活污水，并且含有小于30mg/L的氨氮，pH 值為 7.5 ?8.5。其中添加 0.5g/L 的 NaCl，0.05g/L 的 MgCl2，0.015g/L 的 CaCl2.7H20，還有一些其他微量元素和營養物質等。
[0009]所述的陽極室(13)和陰極室(12)上面設置密封蓋(4)，密封蓋上面打孔固定各組陽極碳刷電極(2)、陰極碳刷電極(3)，各組陽極碳刷電極(2)、陰極碳刷電極(3)之間間距在5cm到8cm，各電極組數根據具體需要而定；陰、陽電極對之間的距離在8cm到10cm。
[0010]所述陽極碳刷電極(2)、陰極碳刷電極(3)、的電極材料為碳刷電極，電極直徑為5cm，長10cm，浸沒于水面之下，距離反應器(19)底部0.5?1.0cm ;碳刷由鈦絲和碳纖維制成，碳纖維是在丙酮溶液中浸泡24h，并經450°C馬弗爐中烘烤Ih處理。
[0011]所述隔板(16)在靠近反應器(19)器壁一側開有的小孔尺寸為Icm?1.5cm。
[0012]所述的陽極室(13)和陰極室(12)之間為開口的無膜結構，反應器溶液中無添加傳質介體，屬于無膜無介體微生物燃料電池。
[0013]本發明與現有技術相比的有益效果是:1)以A2/0工藝為基礎，利用MFC技術的特點，實現了脫氮除碳的同時產生電能。2)陰、陽兩極處于同相溶液中，不需要添加電子中介體，不需要質子交換膜，硝酸根離子或者氧氣可接直接作為陰極電子受體，裝置結構簡單，易于放大和工程應用。3)陽極產生的電子被傳遞到陰極，強化了陰極的脫氮效果，并且可以根據污水含氮量的大小適當調節內回流比，為陰極提供足夠的電子受體。4)反應器構造簡單，可以直接對傳統A2/0工藝進行改造，就能實現良好污水的處理效果并且產生穩定的電能。實驗室運行結果表明，耦合A2/0工藝處理生活污水并產電的微生物燃料電池具有良好的同步脫氮除碳產電性能，污染物去除率高，產電性能穩定。
【附圖說明】
[0014]圖1是耦合A2/0工藝處理生活污水并產電的微生物燃料電池結構示意圖；
[0015]圖2是耦合A2/0工藝處理生活污水并產電的微生物燃料電池俯視圖。
[0016]圖中:1、進水口 ；2、陽極碳刷電極；3、陰極碳刷電極；4、密封蓋；5、出水口 ；6、內回流出水口 ；7、數據采集卡；8、曝氣室；9、曝氣頭；10、曝氣泵；11、蠕動泵；12、陰極室；13、陽極室；14、厭氧污泥；15、負載；16、隔板；17、內回流進水口 ；18、反硝化污泥；19、反應器整體。
【具體實施方式】
[0017]如圖1-2所示，一種耦合A2/0工藝處理生活污水并產電的微生物燃料電池，污水由進水口(I)進入陽極室(13)，在厭氧污泥(14)的作用下發生厭氧消化反應，后流入陰極室(12)在反硝化細菌(18)的作用下發生反硝化反應。最后污水在曝氣室(8)中發生好氧硝化反應，由曝氣泵(10)和置于曝氣室(8)內的曝氣頭(9)提供氧氣。曝氣后的混合液由蠕動泵(11)從曝氣室的回流口(6)和陰極室的回流口(17)進行內回流循環，處理后的水經由出水口(5)進入二沉池。
[0018]具體而言，污水由進水