一种微生物电池制造技术

本实用新型专利技术涉及微生物电池技术领域，尤其是一种能够同时去除污水有机物和盐分的微生物电池。其包括：阳极室、集盐室和阴极室，其中，所述阳极室与所述集盐室由阳离子交换膜连接，所述集盐室与所述阴极室由阴离子交换膜连接；以及能够连通所述阳极室和所述阴极室的外部电阻或外加电源。本实用新型专利技术的微生物电池既能够有效地去除污水中的有机物，又能够有效地除去污水中的盐分，克服了传统的微生物电池不能同时有效去除污水中有机物和盐分的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微生物电池
，尤其是一种能够同时去除污水有机物和盐分的微生物电池。
技术介绍
传统的城市污水中均含有一定有机物和有盐分。而工业废水如食品加工、纺织印染、皮革制造、石油生产、药物制造等所含盐分和有机物浓度更高，其盐分浓度能达到几百克每升，而COD则能达到十万以上，属于高盐、高氮、高有机物的污水。传统的污水处理中对有机物的去除方法主要有活性污泥法和生物膜法等生物处理技术，然而工业废水中的高含盐量会抑制传统生物方法中微生物的生长及活性，影响污水中有机物的去除效果。另一方面，常见的水体脱盐方法包括反渗透、电渗析等，但它们均要求盐水进水中不能含有太高的有机物，否则有机物形成的膜污染会迅速降低脱盐装置的寿命，使其无法正常运行。微生物脱盐电池(Microbial Desalination Cell，MDC)作为一种新型的生物电化学技术，能够同时实现污水处理、产电、脱盐。其基本原理是在阳极和阴极产电微生物的作用下，阳极净化污水并将污水中有机物的化学能转化为电能，中间脱盐腔体则在内部电场作用下实现含盐水的淡化。由于具有这些特点，近些年微生物脱盐电池受到了全球学者的广泛关注，其性能也得到了大幅度提高。然而，传统生物阴极微生物脱盐电池也具有一些缺点：(1)阳极不能取得良好的有机物去除效果，尤其是难以对难降解污染物进行降解去除。(2)无法对阳极和阴极污水中的盐分进行去除。(3)中间脱盐室无法对含有高浓度有机物的盐水进行脱盐，否则会导致膜污染和腔体堵塞。因此如何找到一种能同时去除有机物和盐分的水处理技术势在必行。
技术实现思路
本技术提供了一种微生物电池，其包括：阳极室、集盐室、阴极室以及能够连通所述阳极室和所述阴极室的外部电阻或外加电源；其中，所述阳极室与所述集盐室由阳离子交换膜连接，所述集盐室与所述阴极室由阴离子交换膜连接。其中，外部电阻可以为用电器。本技术针对传统生物工艺和脱盐技术的不足，本工艺本着节能减排、能源回收的原则，针对污水中的污染物和其蕴含的化学能，研发了一种新型的微生物电池，其阳极室内含
有阳极，阳极上附着阳极厌氧产电微生物，能实现有机物的氧化并产生电子；其阴极室内设有阴极，阴极上附着阴极好氧产电微生物，能实现氧气的还原并接收电子。同时阳极的厌氧微生物和阴极的好氧微生物还能实现有机物的降解。阳极和阴极间的离子交换膜对形成集盐室，在电场作用下能收集由与其相邻的阳极室和阴极室内的污水中迁移过来的盐分离子，巧妙地实现了盐分在阴阳极污水中的脱除和在集盐室的回收。集盐室中可以填充有混合的阴阳离子交换树脂，以降低微生物脱盐电池内阻，强化产电脱盐效果。因此，本技术的微生物电池既能够有效地去除污水中的有机物，又能够有效地降低污水中的盐浓度，克服了传统的微生物电池不能同时有效去除有机物和盐分的缺陷。在一个具体实施例中，所述阴极室内还设有曝气装置。通过曝气装置向阴极室内输送空气或氧气，可以保证好氧微生物的正常生长，从而有利于污水中的有机物及难降解有机物等污染物的去除。在一个具体实施例中，所述微生物电池为多级串联式的微生物电池。通过多级串联多个阳极室、集盐室和阴极室，可以实现污水的逐级净化，直到满足需求为止。在一个具体实施例中，所述阳极室和所述阴极室分别设有入水口和出水口，且所述微生物电池的所述阳极室的一端和所述阴极室的一端连通。如此可以实现了污水的循环供给，可以大大提高污水处理的工作效率。在一个具体实施例中，所述阳极室和所述阴极室独立地与盐浓度检测装置相连。通过阳极室和所述阴极室独立地与盐浓度检测装置的相连，可以实现自动化控制。例如，将微生物电池中的阳极室和阴极室分别和盐浓度检测装置相连，便能够实时监测每个阳极室和阴极室内的盐浓度，当处理后的污水的盐浓度低于检测装置的设定值时，可以辅以相应的自动化操作收集盐浓度处理合格的污水。在一个具体实施例中，所述阳极室和所述阴极室独立地与COD检测装置相连。通过阳极室和所述阴极室独立地与COD检测装置的相连，同样可以实现自动化控制。例如，将微生物电池中的阳极室和阴极室分别和COD检测装置相连，便能够实时监测每个阳极室和阴极室内的COD值等指标，当处理后的污水的COD值等指标低于检测装置的设定值时，可以辅以相应的自动化操作收集COD值等指标处理合格的污水。而且，进一步的，所述盐浓度检测装置和COD检测装置可以集成为一个统一的检测装置，从而更有利于监测污水的各个指标。所述盐浓度检测装置和所述COD检测装置为两者的集成式检测装置。在一个具体实施例中阳极材料和阴极材料独立地选自活性炭颗粒、石墨颗粒、碳毡和碳刷中的至少一种填料，优选所述填料的等效粒度为0.5-1cm。该粒径可以很好防止填料堵塞，且具有较大的表面积供微生物附着生长，利于产电和污染物降解。在一个具体实施例中阳极用微生物接种于污水处理厂厌氧污泥，其含有希瓦氏菌(Shewanella)等厌氧或兼性厌氧产电菌；和/或阴极用微生物接种于污水处理厂好氧污泥，其含有地杆菌(Geobacter)等氧气还原催化产电菌。在一个具体实施例中，所述阳离子交换膜选自电渗析阳离子交换膜；所述阴离子交换膜选自电渗析阴离子交换膜；优选所述电渗析阳离子交换膜和所述电渗析阴离子交换膜的厚度为0.2-1.0mm，优选为0.2-0.5mm；更优选所述电渗析阳离子交换膜和所述电渗析阴离子交换膜的透过率不小于90％，爆破强度不小于0.3MPa。在一个具体实施例中，在所述集盐室内含有混合的阴阳离子交换树脂，其能够降低微生物脱盐电池的内阻，强化产电和脱盐。所述混合阴阳离子交树脂可为强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂的混合物，或者弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂的混合物。附图说明图1是一种多级浸没式微生物电池及其运行流程示意图。图2是另一种多级浸没式微生物电池及其运行流程示意图。图中：1-阳极室；2-阴极室；3-阳离子交换膜；4-阴离子交换膜；5-集盐室(内部填充混合阴阳离子交换树脂)；6-曝气装置；7-外部电阻；8-外加电源(根据条件选择加或不加，加电时可以强化废水的脱盐效果)；9-污水进水；10-污水出水；11-集盐室进水口；12-集盐室出水口。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术做以下详细说明。实施例1如图1所示，微生物电池可以被阳离子交换膜和阴离子交换膜分隔为2n+1个腔室，其中n为自然数；微生物电池被分割后得到的腔室包括阳极室1、阴极室2和集盐室5。阳离子交换膜3设在靠近阳极室的一侧，阴离子交换膜4设在靠近阴极室的一侧，阳离子交换膜3和阴离子交换膜4之间形成的腔室即为集盐室5，这样可以构成一个微生物电池。另外，对于多级串联式的多个微生物电池，阳极室和阴极室必须交替设置，且阳极室和阴极室之间设有集盐室5，微生物电池两端的腔室可以均为阳极室，也可以均为阴极室，还可以是一个阳极室和一个阴极室。或多个微生物电池。通过多级串联式形成的多个微生物电池(即微生物电池组)，可以实现污水的逐级净化，直到满足需求为止。所述阳极室1和所述阴极室2还可以分别设有入水口和出水口，且所述微生物电池的所述阳极室的一端和所述阴极室的一端连通。如此可以实现了污水的循环供给，可以大大提高污水处理的工作效率。其中，所述阳极室的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微生物电池，其包括：阳极室、集盐室、阴极室以及能够连通所述阳极室和所述阴极室的外部电阻或外加电源；其中，所述阳极室与所述集盐室由阳离子交换膜连接，所述集盐室与所述阴极室由阴离子交换膜连接。

【技术特征摘要】
1.一种微生物电池，其包括：阳极室、集盐室、阴极室以及能够连通所述阳极室和所述阴极室的外部电阻或外加电源；其中，所述阳极室与所述集盐室由阳离子交换膜连接，所述集盐室与所述阴极室由阴离子交换膜连接。2.根据权利要求1所述的微生物电池，其特征在于，所述阴极室内还设有曝气装置。3.根据权利要求1或2所述的微生物电池，其特征在于，所述微生物电池为多级串联式。4.根据权利要求1或2所述的微生物电池，其特征在于，所述阳极室和所述阴极室分别设有入水口和出水口，且所述阳极室的一端和所述阴极室的一端连通。5.根据权利要求1或2所述的微生物电池，其特征在于，阳极材料和阴极材料独立地选自活性炭颗粒、石墨颗粒、碳毡和碳刷中的至少一种填料。6.根据权利要求5所述的微生物电池，其特征在于，所述填料的等效粒度为0.5-1cm。7.根据权利要求1或2所述的微生物电池，其特征在于，阳极用微生...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄霞，左魁昌，陈熹，梁鹏，张潇源，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11