申请日2016.07.25
公开(公告)日2016.11.23
IPC分类号C02F1/36; C02F3/34; H01M8/16; C02F103/32
摘要
本发明涉及一种空化‑微生物燃料电池反应器及其处理污水的方法，所述反应器包括反应器本体(1)、原水箱(2)、进水泵(3)、空化发生器(4)、微生物燃料电池组件(5)、进水口(6)、布水隔板(7)、出水口(8);待处理废水通过进水泵由原水箱进入空化‑微生物燃料电池反应器的底部，经底部设置的多组空化发生器作用，增加废水中电子的传递，而后废水经上部微生物燃料电池作用，去除污水中的有机物，经过处理后的废水COD去除率大于94.5%，总氮的去除率大于95.3%。
权利要求书
1.一种空化-微生物燃料电池反应器，包括反应器本体(1)、原水箱(2)、进水泵(3)、空化发生器(4)、微生物燃料电池组件(5)、进水口(6)、布水隔板(7)、出水口(8);其特征在于：原水箱(2)通过进水泵(3)与反应器本体(1)的进水口(6)连接，所述进水口(6)设置在反应器本体(1)的下部，其布置为多个垂直于反应器本体(1)的进水通道并通过多组竖直管道(9)与布水隔板(7)上的通孔(10)相对应，其中所述的多组竖直管道(9)与布水隔板通孔数量相同且同轴设置，每个竖直管道(9)口处设置一空化发生器(4)，所述空化发生器(4)的出水口孔径大于通孔(10)的孔径设置;微生物燃料电池组件(5)设置于布水隔板(7)的上方，其包括多片阴极板(11)和阳极板(12)，每组阴极板(11)和阳极板(12)通过导线连接，阳极板上负载有微生物(13);出水口(8)设置于反应器本体(1)的右上方，出水口(8)上设置溢流堰(14);所述阴极板(11)和阳极板(12)之间设置有离子交换膜(15)。
2.根据权利要求1所述的空化-微生物燃料电池反应器，其特征在于：所述阳极板(11)和阴极板(12)的材质为石墨板或活性炭;所述每组阳极板(11)与阴极板(12)的极板间距为10-12cm。
3.根据权利要求1所述的空化-微生物燃料电池反应器，其特征在于：所述的阳极板(12)上沉积有蒽醌-2,6-二磺酸钠，所述微生物选自希瓦氏菌、红育菌或假单胞菌。
4.根据权利要求1所述的空化-微生物燃料电池反应器，其特征在于：必要时，可在池底增加超声波发生装置，增强空化效果。
5.根据权利要求1所述的空化-微生物燃料电池反应器，其特征在于：所述布水隔板通孔(10)的孔径设置为空化发生器(4)的出水口孔径的1/3-2/3;所述布水隔板(7)与阴极板(11)、阳极板(12)间的垂直间距为20-30cm。
6.根据权利要求1所述的一种空化-微生物燃料电池反应器处理废水的方法，其特征在于：待处理废水通过进水泵由原水箱进入空化-微生物燃料电池反应器的底部，经底部设置的多组空化发生器作用，增加废水中电子的传递，而后废水经上部微生物燃料电池作用，去除污水中的有机物，处理后废水经上方的溢流堰溢流出水。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述待处理废水中氨氮NH4+-N含量为50-500mg/L，炭氮比C/N为0.4：1-9：1，反应温度为25℃-40℃。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的废水为印染废水、啤酒废水、养殖废水。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在主反应区内，废水溶解氧DO值小于等于1.2mg/L。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：经过处理后的废水COD去除率大于94.5%，总氮的去除率大于95.3%。
说明书
一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理废水的方法
【技术领域】
本发明属于微生物燃料电池技术领域，尤其涉及一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理废水的方法。
【背景技术】
随着全球经济的快速增长，能源短缺和环境污染的压力急剧增大，对人类社会可持续发展构成了严重威胁。微生物燃料电池可利用微生物为催化剂将化学能直接转化为电能，是一种新的清洁能源生产技术，已成为当前能源和环境领域的研究热点。
微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells，MFCs)是以微生物为催化剂，将环境中污染物转化为电能的技术。这种兼具环境污染治理与废物能源化利用的革新技术已被应用于多种污染物如各种工业废水和生活废水、垃圾渗滤液、氯代有机物等的降解研究，显示出较好的应用前景。
废水中含有许多污染物，蕴含大量化学能。利用MFCs技术来处理废水，不仅可以治污，而且可以回收电能，它是废水处理技术的重大创新。由于有机污染物是废水中的主要污染物，因此人们首先在利用MFCs处理有机废水方面开展了大量研究，并取得了重大进展。
现阶段微生物燃料电池存在以下缺点：产点菌的电子传递效率低，需要额外添加电子中介体来强化电子传递，中介体大多有毒且价格昂贵;以空气作为电子受体时，虽然廉价易得，但其氧化还原速率低，需在阴极负载重金属催化剂;产电基质为有机物，电导率低，电池内阻大，产电效率低。
当液体温度一定，压力降低到该液体饱和蒸汽压时，会产生汽化现象，同时溶解于液体中的气体析出，形成汽泡(又称空泡、空穴)，当汽泡随水流运动到压力较高的地方后，泡内的蒸汽重新凝结，汽泡溃灭。这种液流内的空泡产生、发展、溃灭，以及由此产生的一系列物理和化学变化过程称为空化。空化发生时，液体的分子键会产生强烈的爆裂，空泡溃灭瞬间形成局部的高温和高压，并伴有强烈的冲击波和微射流。空化形成的特殊能量效应，能够对化学及物理反应过程起到强化作用。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种空化-微生物燃料电池反应器及其处理污水的方法。
一种空化-微生物燃料电池反应器，包括反应器本体(1)、原水箱(2)、进水泵(3)、空化发生器(4)、微生物燃料电池组件(5)、进水口(6)、布水隔板(7)、出水口(8);其特征在于：原水箱(2)通过进水泵(3)与反应器本体(1)的进水口(6)连接，所述进水口(6)设置在反应器本体(1)的下部，其布置为多个垂直于反应器本体(1)的进水通道并通过多组竖直管道(9)与布水隔板(7)上的通孔(10)相对应，其中所述的多组竖直管道(9)与布水隔板通孔数量相同且同轴设置，每个竖直管道(9)口处设置一空化发生器(4)，所述空化发生器(4)的出水口孔径大于通孔(10)的孔径设置;微生物燃料电池组件(5)设置于布水隔板(7)的上方，其包括多片阴极板(11)和阳极板(12)，每组阴极板(11)和阳极板(12)通过导线连接，阳极板上负载有微生物(13);出水口(8)设置于反应器本体(1)的右上方，出水口(8)上设置溢流堰(14);所述阴极板(11)和阳极板(12)之间设置有离子交换膜(15)。
所述阳极板(11)和阴极板(12)的材质为石墨板或活性炭;所述每组阴极板(11)与阳极板(12)的极板间距为10-12cm。
所述的阳极板(12)上沉积有蒽醌-2,6-二磺酸钠。
所述微生物选自希瓦氏菌、红育菌或假单胞菌。
必要时，可在池底增加超声波发生装置，增强空化效果。
所述布水隔板通孔(10)的孔径设置为空化发生器(4)的出水口孔径的1/3-2/3;所述布水隔板(7)与阴极板(11)、阳极板(12)间的垂直间距为20-30cm。
进一步地，本发明提供一种利用上述微生物燃料电池处理废水的方法，其特征在于，所述方法如下：
待处理废水通过进水泵由原水箱进入空化-微生物燃料电池反应器的底部，经底部设置的多组空化发生器作用，增加废水中电子的传递，而后废水经上部微生物燃料电池作用，去除污水中的有机物，处理后废水经上方的溢流堰溢流出水。
所述待处理废水中氨氮NH4+-N含量为50-500mg/L，炭氮比C/N为0.4：1-9：1，反应温度为25℃-40℃。
所述的废水为印染废水、啤酒废水、养殖废水。
在主反应区内，废水溶解氧DO值小于等于1.2mg/L。
经过处理后的废水COD去除率大于94.5%，总氮的去除率大于95.3%。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明设置了多组阴极和阳极电池板，增加了微生物燃料电池的接触反应面积，并且易于更换及检修;
(2)将微生物燃料电池与水力空化相结合，综合了两种技术的优势，利用水力空化作用，增强废水中的电子传递以及增强搅动，强化微生物燃料电池的处理效果，提高污染物的去除率;
(3)通过对进水方式的特殊改进，使得进水更为均匀的分布于反应器;同时，通过进水口与进水隔板的特殊配合，使得进水分布更为合理，利于反应器作用的最大化;
(4)隔板通孔的孔径设置为空化发生器的出水口孔径的1/3-2/3，布水隔板与阴极板、阳极板间的垂直间距为20-30cm，达到最优化设计，大大提高了废水中COD和总氮的去除率。
