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生物發(fā)電裝置和利用該生物發(fā)電裝置處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的方法、處理...的制作方法

文檔序號(hào):4870466閱讀:609來源:國知局

專利名稱::生物發(fā)電裝置和利用該生物發(fā)電裝置處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的方法、處理...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
:本發(fā)明涉及用于處理包含有機(jī)物質(zhì)如有機(jī)固體污染物質(zhì)和有機(jī)聚合物的廢水及其他廢棄物(統(tǒng)稱為"有機(jī)廢棄物"),例如畜牧業(yè)廢棄物、廢水、廢液、人糞尿、食品廢棄物以及污泥的技術(shù)。本發(fā)明還涉及其中有機(jī)廢棄物中的有機(jī)物質(zhì)與空氣中的氧之間的氧化還原反應(yīng)被分為涉及厭氧性微生物的氧化反應(yīng)與氧的還原反應(yīng)以從而實(shí)施發(fā)電的技術(shù),以及通過使用所得到的使處理對(duì)象分解的作用處理廢水及其他廢棄物的技術(shù)。
背景技術(shù)
:在含有有機(jī)污染物的廢水的處理中,傳統(tǒng)上已經(jīng)廣泛應(yīng)用好氧性的生物學(xué)方法。然而,該方法不僅耗能而且在包含大量難以分解的有機(jī)物質(zhì)的剩余污泥的處理方面存在嚴(yán)重問題。相比之下,傳統(tǒng)上已經(jīng)廣泛使用了厭氧性系統(tǒng)處理含有高濃度的有機(jī)污染物的廢水與有機(jī)污泥。該系統(tǒng)具有若干優(yōu)點(diǎn),包括不需要施加外部曝氣動(dòng)力,從而導(dǎo)致能量消耗較低;剩余污泥產(chǎn)生的量低,從而使得處理成本較低;并且具有回收可用作能源的沼氣的能力。作為天然氣的主要成分,甲垸是優(yōu)質(zhì)燃料,但由于其在常溫和常壓下是氣態(tài)的,因此它必須被儲(chǔ)存在大的儲(chǔ)氣罐中;并且為了通過施加壓力或者液化減少它的體積,需要大的或者復(fù)雜的設(shè)備以及大量能量。通過厭氧處理有機(jī)廢水或者廢棄物獲得的甲烷可以在鍋爐等中燃燒,但現(xiàn)狀是不能保證得到的熱能將被有效地利用。另一方面,電力是非常便利的能量形態(tài),其不僅可以用作各種型式的機(jī)器設(shè)備的動(dòng)力還可長距離輸送。通常使用內(nèi)燃機(jī)或者渦輪機(jī)將燃料的化學(xué)能經(jīng)過機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,以從燃料如甲烷制造電力。但是這種方法的效率視輸出功率的規(guī)模而改變。例如,在內(nèi)燃機(jī)中,在具有2MW輸出功率的大設(shè)備的情況下,從燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的轉(zhuǎn)化效率大約為40%,而在具有約10kW的小的設(shè)備中僅具有20-25%的效率。在燃?xì)廨啓C(jī)的情況下,具有100MW功率的設(shè)備具有30-35的效率,而在1MW等級(jí)的情況下則具有25-35%的效率,并且具有30kW輸出功率的微型燃?xì)廨啓C(jī)的效率為15-30%。從而,具有小規(guī)模的輸出功率的內(nèi)燃機(jī)以及渦輪機(jī)僅具有低的電力轉(zhuǎn)化效率??紤]到設(shè)備保養(yǎng)維修以及管理費(fèi),基本上必須利用大規(guī)模設(shè)備來回收能量。近年來,能夠直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電力的燃料電池技術(shù)已經(jīng)取得了進(jìn)展。最接近商業(yè)應(yīng)用的固相聚合物電解質(zhì)燃料電池(PEFC)能夠在lkW的小設(shè)備中以高達(dá)35-40%的效率轉(zhuǎn)化為電力,并且具有在許多領(lǐng)域中作為分散型發(fā)電設(shè)備應(yīng)用的前景。因?yàn)椴捎迷从趨捬跆幚碛袡C(jī)廢水和廢棄物的甲烷的能量回收效率大約為60-70%,所以預(yù)期利用燃料電池的系統(tǒng)能夠提供約20-30%的電力回收效率。然而,在其中通過厭氧處理有機(jī)廢水和廢棄物獲得的生物氣體用于原材料的情況下,用PEFC發(fā)電的關(guān)鍵的接觸劑被硫化氫或者氨氣毒害,因此必須從生物氣體中除去這些雜質(zhì)至lppm或者更低的水平。接觸劑還被一氧化碳污染,因此當(dāng)甲烷被重整為氫時(shí)產(chǎn)生的一氧化碳必須從重整氣中除去至10ppm或者更低的水平。已經(jīng)報(bào)道了一種使用微生物制造電流的方法,其中電子從陽極周圍的電子供體供給至陰極周圍的電子受體(主要為溶解氧),使得陽極和陰極間得以電氣連接以形成回路,從而獲得電流(專利文獻(xiàn)l、2和3)。在另一種情況下,已經(jīng)提出一種方法以通過向微生物恒定地飼以不足量的有機(jī)物質(zhì)使它們保持"饑餓狀態(tài)"以高效地取出電子(專利文獻(xiàn)4)。在另一種情況下,已經(jīng)提出用于制造酶電極的方法,其中作為用于氧化-還原酶的電子介體的氧化還原化合物被固定化在電極上(專利文獻(xiàn)5)。作為使用電子介體的微生物的電池技術(shù)已經(jīng)提出一種方法,其中含水的有機(jī)物質(zhì)或者其分解產(chǎn)物用作底物并且所述底物與氧之間的氧化-還原反應(yīng)被分為通過厭氧微生物進(jìn)行的氧化反應(yīng)和氧的還原反應(yīng)以發(fā)電(專利文獻(xiàn)3與非專利文獻(xiàn)1-3)。然而,那些方法存在以下問題,它們使用的電子介體的標(biāo)準(zhǔn)電極電位與用于微生物電池反應(yīng)的厭氧微生物最終電子接受物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位不一致,從而未能形成有效電位級(jí)聯(lián)。以下表1所示為迄今為止所提出的電子介體與它們的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。[表1]表1各種電子介體的標(biāo)準(zhǔn)電極電位<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>硫還原細(xì)菌與氧化鐵(III)還原細(xì)菌是用于一般的生物電池反應(yīng)的厭氧微生物,它們使用硫與鐵作為它們各自的最終電子接受物質(zhì),以下表2所示為它們各自的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。虔2]表2厭氧微生物的最終電子接受物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位最終電子接受反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電極電位Eo'(V)02/H20+0.82Pe(III)/Pa(n)+0.20S(0)/H2S-0.28如表2所示,硫還原細(xì)菌具有的電子傳遞體系中的末端還原酶(硫還原酶)可以還原具有-0.28V標(biāo)準(zhǔn)電極電位的物質(zhì),而氧化鐵(III)還原細(xì)菌具有的電子傳遞體系中的末端還原酶(氧化鐵(III)還原酶)可以還原具有+0,20V標(biāo)準(zhǔn)電極電位的物質(zhì)。這些末端還原酶存在于生物的外膜或者周質(zhì)中,并且因?yàn)樗鼈兡軌蜻€原細(xì)胞外的氧化鐵或者零價(jià)硫,所以這些酶可以是用于高效生物發(fā)電的有效的催化劑。然而,如表1所示,迄今為止提出的電子介體的標(biāo)準(zhǔn)電極電位中,所有的電子介體A至G具有比還原鐵需要的更低的標(biāo)準(zhǔn)電極電位,從而不能在氧化鐵(III)還原酶、所述電子介體以及所述陽極之間形成有效電位的級(jí)聯(lián)。類似地,如表1所示的電子介體C至G具有比還原硫需要的更低的標(biāo)準(zhǔn)電極電位,因此沒有有效電位級(jí)聯(lián)可以在所述硫還原酶、所述電子介體以及所述陽極之間形成。如表1所示的電子介體A和B具有比還原硫需要的高的標(biāo)準(zhǔn)電極電位,因此理論上它可能以所述硫還原酶實(shí)施還原,但是考慮到大于0.3V的位差,生物電子傳遞很可能是有問題的。另外,為了提高發(fā)電效率,需要在陰極的氧還原反應(yīng)中制造盡可能大的位差。然而,用高電位的電子介體會(huì)損失大于0.3V的位差,導(dǎo)致大量的能量損失。在這種情況下,己經(jīng)嘗試在利用硫還原細(xì)菌的微生物電池系統(tǒng)中為了改善電子傳遞的效率將蒽醌-2,6-二磺酸(AQ-2,6-DS)添加至陽極室中(非專利文獻(xiàn)2)。AQ-2,6-DS具有-0.185V的標(biāo)準(zhǔn)電極電位,被認(rèn)為是用于在硫還原酶和電子介體之間形成有效電位級(jí)聯(lián)的適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)。然而,在所提出的系統(tǒng)中,AQ-2,6-DS只不過是被加到液相中而不是固定化在陽極(氧化電極)上,因此其與電極的反應(yīng)性低,并且添加它的效果是電流值的不多于24%的增加。另一種問題出現(xiàn)在連續(xù)發(fā)電的情況下,當(dāng)陽極室中的基質(zhì)溶液被替換時(shí),電子介體同樣被排出至所述系統(tǒng)外,使得必須恒定地添加電子介體。因?yàn)樵诹蜻€原細(xì)菌和氧化鐵(III)還原細(xì)菌類別中至少一些微生物在某種程度上能夠甚至在沒有電子介體的環(huán)境中將電子直接傳遞至電極,因此已經(jīng)提出一種不使用任何電子介體的微生物電池技術(shù)(專利文獻(xiàn)6)。該方法具有不必在所述系統(tǒng)之內(nèi)保持任何電子介體的優(yōu)點(diǎn),但是另一方面卻無法實(shí)施電子從微生物至電極的有效傳遞,使得它不可能增加電流密度。因此,在實(shí)踐中獲得充分的發(fā)電速度是困難的。專利文獻(xiàn)1:特開JP2000-133327A號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:特開JP2000-133326A號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3:特開JP2002-520032A號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4:美國專利4652501的說明書專利文獻(xiàn)5:特開JP57-69667A號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6:特許3022431號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1:Roller等,1984,JournalofChemicalTechnologyandBiotechnology34B:3-12非專利文獻(xiàn)2:Bond等,2002,SCIENCE295:483-485非專利文獻(xiàn)3:Park等,2000,BiotechnologyLetters22:1301-1304非專禾U文獻(xiàn)4:AtsuharuIkeda,BookofAbstractsforthe31stSeminaronNewCeramics,2004。
發(fā)明內(nèi)容解決問題的方法為了解決獲得充分的發(fā)電速度的目的,本發(fā)明提供一種發(fā)電方法,其特征在于一個(gè)電極是具有電子介體固定化在其上的陽極并且在pH7下具有-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(EQ'),另一個(gè)電極是陰極,它們被電氣連接以形成閉合電路;使所述陽極接觸到在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物,并且接觸到含有有機(jī)物質(zhì)的溶液或者懸浮液,從而使涉及使用所述有機(jī)物質(zhì)作為電子供體的微生物的氧化反應(yīng)能夠進(jìn)行;所述陰極和所述溶液或者懸浮液通過電解質(zhì)膜分離,以便能夠在所述陰極進(jìn)行使用氧作為電子受體的還原反應(yīng);從而促進(jìn)所述生物反應(yīng)中的氧化反應(yīng)以發(fā)電。本發(fā)明還提供用于實(shí)施該發(fā)電方法的裝置。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn),在上述生物發(fā)電方法和裝置中,當(dāng)包含固體或者液體有機(jī)污染物的廢水或者廢棄物例如畜牧業(yè)廢棄物、人糞尿、食品廢棄物、污泥和廢水(有時(shí)于此統(tǒng)稱為"有機(jī)廢棄物")用作用于厭氧微生物的電子供體時(shí),這種有機(jī)廢水和廢棄物的環(huán)境影響可以減少,并且同時(shí),有機(jī)廢水和廢棄物中的有機(jī)物質(zhì)具有的化學(xué)能可以被直接轉(zhuǎn)化為電力而無需任何外部設(shè)備如儲(chǔ)氣罐或者重整裝置,其中實(shí)現(xiàn)的附加的優(yōu)點(diǎn)是提供了含有有機(jī)污染物的廢棄物的凈化處理。本發(fā)明的目的是提供一種使用上述生物發(fā)電技術(shù)的處理方法和裝置以保證在有機(jī)廢棄物的環(huán)境影響可以被高效減少的同時(shí)獲得電能。更具體地說,本發(fā)明的目的是提供一種在通過使用生物發(fā)電技術(shù)處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物時(shí),能夠?qū)⒂袡C(jī)固體污染物質(zhì)高效地轉(zhuǎn)化為相對(duì)容易處理的增溶的有機(jī)物質(zhì)的處理方法和裝置。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供當(dāng)在使用生物發(fā)電技術(shù)中被用來處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物時(shí),能夠?qū)⒂袡C(jī)聚合物高效轉(zhuǎn)化為分子量已經(jīng)減少以及容易處理的有機(jī)物質(zhì)的處理方法和裝置。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于處理有機(jī)污染物的方法和裝置,通過所述方法和裝置進(jìn)一步處理從生物發(fā)電裝置獲得的處理水以保證可以始終實(shí)現(xiàn)低于防止水污染法(WaterPollutionPreventionLaw)規(guī)定的統(tǒng)一排水標(biāo)準(zhǔn)(日平均)120mg/L的生物需氧量(BOD)。本發(fā)明涉及一種用于通過使用生物發(fā)電裝置處理含有有機(jī)物質(zhì)如有機(jī)固體污染物質(zhì)或者有機(jī)聚合物的廢棄物和廢水(有機(jī)廢棄物)的技術(shù),本發(fā)明具體而言涉及一種通過分解有機(jī)物質(zhì),同時(shí)通過有機(jī)廢棄物中的有機(jī)物質(zhì)和在空氣中的氧之間的、被分為通過厭氧微生物進(jìn)行的氧化反應(yīng)和氧的還原反應(yīng)的氧化-還原反應(yīng)生成電力的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明提供了一種生物發(fā)電裝置以及使用該生物發(fā)電裝置處理有機(jī)廢棄物的方法,所述生物發(fā)電裝置包括含有能夠在缺氧狀態(tài)之下生長的微生物和具有電子介體固定化在其上并且在pH7具有-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')的陽極的厭氧性區(qū)域,和含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域,以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜。所述具有電子介體固定化在其上的陽極優(yōu)選為使得至少一種選自以下組中的電子介體固定化在電極基材上蒽醌衍生物、萘醌衍生物、苯醌衍生物、以及異咯嗪衍生物;更優(yōu)選地,所述電子介體是選自以下組中的物質(zhì)蒽醌羧酸類(AQC)、氨基蒽醌類(AAQ)、二氨基蒽醌類(DAAQ)、蒽醌磺酸類(AQS)、二氨基蒽醌磺酸類(DAAQS)、蒽醌二磺酸類(AQDS)、二氨基蒽醌二磺酸類(DAAQDS)、乙基蒽醌類(EAQ)、甲基萘醌類(methylnaphtoquinones)(MNQ)、甲基氨基萘醌類(MANQ)、溴甲基氨基萘醌類(BrMANQ)、二甲基萘醌類(DMNQ)、二甲基氨基萘醌類(DMANQ)、拉帕醌(lapachol)(LpQ)、羥基(甲基丁烯基)氨基萘醌類(AlpQ)、萘醌磺酸類(NQS)、三甲基氨基苯醌類(TMABQ)、黃素單核苷酸(FMN)、以及其衍生物例如蒽醌-2-羧酸類(AQ-2-C)、1-氨基蒽醌類(AAQ)、1,5-二氨基蒽醌類(1,5-DAAQ)、蒽醌-2-磺酸類(AQ-2-S)、1,5-二氨基蒽醌-2-磺酸類(1,5-DAAQ-2-S)、蒽醌-2,6-二磺酸類(AQ-2,6-DS)、蒽醌-2,7-二磺酸類(AQ-2,7-DS)、蒽醌-l,5-二磺酸類(AQ-1,5-DS)、1,5-二氨基蒽醌二磺酸類(1,5-DAAQDS)、2-乙基蒽醌類(2-EAQ)、2-甲基-l,4-萘醌類(2-M國l,4誦NQ)、2-甲基-5-氨基-l,4-萘醌類(2-M-5-A-l,4-NQ)、2-溴代-3-甲基-5-氨基-l,4-萘醌類(2-Br-3-M-5-A-l,4-NQ)、2,3-二甲基-l,4-萘醌類(2,3-DM-l,4-NQ)、2,3-二甲基-5-氨基-1,4-萘醌類(2,3-DM-5-A-l,4-NQ)、拉帕醌(lapachol)(LpQ)、2-羥基-3-(3-甲基-2-丁烯基)-5-氨基-l,4-萘醌類(AlpQ)、1,2-萘醌-4-磺酸類(1,2-NQ-4國S)、2,3,5-三甲基苯醌類(2,3,5-TMABQ)、黃素單核苷酸(FMN)、以及其衍生物。在所述生物發(fā)電裝置中形成所述陽極的電極材料優(yōu)選為例如具有導(dǎo)電性的多孔材料,特別優(yōu)選的實(shí)例包括多孔石墨、復(fù)寫紙、石墨布、石墨氈(graphitefelt)、活性炭纖維、炭黑成型體、碳納米管成型體、氣相沉積碳纖維的成型體等。優(yōu)選使用既不抑制所述電子介體的氧化還原能力也不致使所述電子介體的標(biāo)準(zhǔn)電極電位顯著變化的固定化方法來將上述電子介體固定化至電極上。理想地,所述電子介體與電極之間的結(jié)合采取穩(wěn)定并且不容易在水相環(huán)境中分解的形式。還希望所述電子介體與電極以提供導(dǎo)電性的形式結(jié)合。然而,如果所述電子介體與所述電極之間的距離不高于200A,則它們不必直接結(jié)合,因?yàn)殡娮幽軌蛞苿?dòng)這樣的距離并且因此可以保持導(dǎo)電性。如果需要,官能團(tuán)可以被引入所述電子介體或者所述電極基材中,或者兩者中,以將所述電子介體固定化在所述電極上??梢栽趯⑺鲭娮咏轶w固定化到所述電極基材上之前首先通過使用電解聚合或者化學(xué)聚合將其聚合。或者,可以在將所述電子介體固定化在電極上之后將其聚合。如果需要,導(dǎo)電性纖維可以在所述電極上形成,然后所述電子介體被固定化在所述導(dǎo)電性纖維上。作為滿足這些條件的固定化方法,優(yōu)選使用以下表3和表4中所示的結(jié)合方法。[表3]表3各種電極與電子介體的的結(jié)合方法<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表4電子介體聚合的方法系統(tǒng)電子傳遞介質(zhì)的結(jié)構(gòu)聚合(層形成)方法聚合后的親水化方法a蒽醌衍生物萘醌衍生物苯醌衍生物引入硝基->還原用于轉(zhuǎn)化至氨基->至反應(yīng)系統(tǒng)b引入羧基或者磺酸基->至反應(yīng)系統(tǒng)c或者d借助于發(fā)煙硫酸、濃硫酸、氯磺酸、S03氣體、或者亞硫酸引入磺酸基b(二)氨基蒽醌衍生物氨基萘醌衍生物氨基苯醌衍生物電解聚合c蒽醌羧酸衍生物蒽醌(二)磺酸衍生物萘醌磺酸衍生物形成酰氯->(砜)酰胺與吡咯結(jié)合->電解聚合d蒽醌羧酸衍生物蒽醌(二)磺酸衍生物形成酰氯->(砜)酰胺與聚乙烯亞胺結(jié)合->吸附在陽極上因此,在本發(fā)明中為了將所述電子介體固定化在電極基材上,可以根據(jù)所述電極基材和所要使用的電子介體的組合從如表3和表4所示的方法中選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合方法。在用于本發(fā)明的發(fā)電裝置中,至少所述陰極的一部分優(yōu)選為由在它們的結(jié)構(gòu)中包含空隙的導(dǎo)電性多孔材料、網(wǎng)狀或者纖維材料構(gòu)成,在這些空隙中構(gòu)造有含有氫離子的水、空氣、和電子之間的界面,即其中空氣(氧)、氫離子和電子能夠彼此鄰接的位置。這樣,與在空氣中的氧和水表面的水的接觸效率可以被提高以促進(jìn)空氣中的氧的還原反應(yīng)(電極反應(yīng))。例如,如果具有微細(xì)孔隙而且具有導(dǎo)電性粒子(例如復(fù)寫紙、惰性金屬、或者金屬氧化物)借助于粘合劑樹脂與其結(jié)合的導(dǎo)電性多孔材料用作陰極,水可以通過毛細(xì)作用、在表面的親水化作用等等被有效地吸上來,以在所述微細(xì)孔隙之內(nèi)形成水/空氣接觸界此復(fù)寫紙、石墨布、石墨氈、活性炭纖維、碳納米管成型體、氣相沉積碳纖維的成型體等。此外,所述陰極上優(yōu)選地?fù)?dān)載包含含有至少一種選自鉑系元素、銀以及過渡金屬元素的合金或者化合物的催化劑,并且這有助于促進(jìn)在空氣中的氧的還原反應(yīng)(電極反應(yīng))。術(shù)語"鉑系元素"是指鉑(Pt)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、鋨(Os)或者銥(Ir)并且這些中任何元素作為電極催化劑是有效的。還可以優(yōu)選使用那些擔(dān)載摻雜鎳(Ni)、鉍(Bi)或二氧化鈦的銀粉,或者那些具有銀擔(dān)載在爐黑或膠體石墨上,或者那些使用鐵(Fe)、鈷(Co)、酞菁、氯高鐵血紅素、鈣鈦礦、Mn4N、金屬卟啉、Mn02、釩酸鹽或Y203-Zr02復(fù)合氧化物的電極催化劑。陰離子-交換膜還可以在本發(fā)明所述生物發(fā)電裝置中用作隔膜以分離厭氧性區(qū)域和好氧性區(qū)域。特別優(yōu)選的實(shí)例是一種具有氫氧化銨基的氫氧離子-交換膜。還可以優(yōu)選用作這種陰離子-交換膜的實(shí)例包括商品如IONICS制造的NEPTONAR103PZL-389、Tokuyama制造的NEOSEPTAALE、AsahiGlass制造的SelemionASV。這種情況下,如果存在于厭氧性區(qū)域的陰離子有機(jī)物質(zhì)如有機(jī)酸透過隔膜進(jìn)入好氧性區(qū)域(叫做"錯(cuò)流"的現(xiàn)象),則氧在那里被消耗并且有機(jī)物質(zhì)被白白氧化。同時(shí),好氧性微生物將在好氧性區(qū)域增殖并且從而污染陰極。因此,所用的陰離子-交換膜理想地起分子篩的效果,不會(huì)輕易透過如乙酸那樣分子量超過60的陰離子。具有這種性質(zhì)的陰離子-交換膜的實(shí)例是Astom制造的NEOSEPTAALE04陽4A掘6膜。可以被設(shè)置在本發(fā)明生物發(fā)電裝置中的隔膜的進(jìn)一步實(shí)例是那些沒有官能團(tuán)的,包括MF(微濾)和UF(超濾)膜、多孔濾材如陶瓷和燒結(jié)玻璃、以及由尼龍、聚乙烯、聚丙烯等構(gòu)成的紡織品。這些沒有官能團(tuán)的隔膜優(yōu)選為它們的孔徑不高于5pm并且非加壓條件下是氣體不透性的??蓛?yōu)選使用的實(shí)例是SchweizSeidengazefabrik制造的PE-10膜和FlonIndustry制造的NY1-HD膜。在用于本發(fā)明的生物發(fā)電裝置中,陽極和陰極是電氣連接的以形成閉合電路。另一方面,為了充分利用有機(jī)物質(zhì)的還原能力作為電能而無浪費(fèi),所述二電極必須被分離以阻止有機(jī)物質(zhì)和在空氣中的氧接觸,因此所述有機(jī)物質(zhì)不會(huì)在與所述氧化劑(要被還原的物質(zhì))即在空氣中的氧接觸時(shí)消耗它們的還原能力。為了同時(shí)滿足這些條件,希望通過利用一種例如固相聚合物電解質(zhì)膜的隔膜分離所述陰極與電極-活性微生物以及含有所述有機(jī)物質(zhì)的溶液或懸浮液。通過采取該結(jié)構(gòu),陰極可輕易與在空氣中的氧接觸,同時(shí),往返于陰極的氫離子的供給或氫氧離子的排出可經(jīng)在隔膜中的水實(shí)現(xiàn)。此外,隔膜優(yōu)選為使得可滲透其的空氣中的氧的量最小。優(yōu)選使用的隔膜的實(shí)例包括具有親水性和陽離子-交換能力高的磺酸基的全氟離子-交換膜(陽離子-交換膜)以及具有季銨鹽的氫氧離子-交換膜(陰離子-交換膜)。僅主鏈氟化的全氟-離子交換膜和芳烴膜可以用作為較低成本的隔膜。優(yōu)選用作這種離子-交換膜的實(shí)例包括商品如IONICS制造的NEPTONCR61AZL-389、Tbkuyama制造的NEOSEPTACM-1或CMB、AsahiGlass制造的SelemionCSV、IONICS制造的NEPTONAR103PZL、Tokuyama制造的NEOSEPTAAHA和AsahiGlass制造的SelemionASV。陽離子-交換膜可用于保證氫離子和在陰極還原氧所必需的水從陽極供給至陰極,并且陰離子-交換膜可用于保證從水和氧間反應(yīng)產(chǎn)生的氫氧離子從陰極供給至陽極。優(yōu)選地,用于本發(fā)明的生物發(fā)電裝置還包括控制厭氧性區(qū)域內(nèi)所處理的液體(如下文所述,其可以預(yù)先被增溶或降低分子量)的pH的機(jī)制。一種可應(yīng)用的pH控制機(jī)制是一般pH控制機(jī)制,包括用于測量被處理液的pH的pH計(jì)、用于基于所述pH計(jì)的測量結(jié)果控制堿性化學(xué)品的供應(yīng)的控制機(jī)制、以及用于容納所述堿性化學(xué)品的堿性化學(xué)品儲(chǔ)器。通過控制厭氧性區(qū)域內(nèi)被處理液的pH下降,可防止在陽極的所述還原型介體的氧化反應(yīng)的速度下降,并且甚至可以在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下獲得大的電流密度。厭氧性區(qū)域內(nèi)的pH優(yōu)選為保持在10.5至6.5的范圍內(nèi),更優(yōu)選為在9.5至6.5的范圍,并且最優(yōu)選為在9.0至7.5的范圍。通過以使得pH保持在這些范圍內(nèi)的方式控制pH,可以防止在陽極的氧化反應(yīng)速度下降。此外,微生物具有的許多酶的最適pH值在中性附近,而且過于強(qiáng)烈的堿性會(huì)抑制所述微生物的還原反應(yīng)??捎糜诒景l(fā)明處理裝置以實(shí)施所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域內(nèi)的pH控制的堿性物質(zhì)可以為在水溶液中顯示堿性的任何物質(zhì);并且優(yōu)選的實(shí)例包括堿金屬、堿土金屬以及其氫氧化物,由強(qiáng)堿和弱酸組成的鹽,以及氨。同樣可應(yīng)用的是在水溶液中顯示中性至弱堿性pH但其水溶液具有緩沖作用的高堿度的物質(zhì)。優(yōu)選的實(shí)例包括硼酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽等。當(dāng)上述的物質(zhì)用作堿性物質(zhì)時(shí),可以同時(shí)添加它們中的兩種或更多種。可以應(yīng)用于本發(fā)明生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域內(nèi)的厭氧微生物理想地是可以將電子傳遞至細(xì)胞外物質(zhì)以便容許最終將電子傳遞至電極的微生物(這種微生物以下簡稱為"電極活性微生物")。這種對(duì)于陽極的電極活性微生物優(yōu)選的實(shí)例包括硫S(0)還原菌、氧化鐵(ni)Fe(III)還原菌、二氧化錳(Mn02)還原菌、以及脫氯菌。具體而言這種微生物優(yōu)選的實(shí)例包括脫硫胞菌屬(Dew^^cwo"w脫亞硫酸菌屬(Dew/y^o6a"en'Mm5/.)、C7astn.d/wwf/^os"^^/rec/Mcews、嗜酸硫桿菌屬(爿"'d"/^'o6an.〃ws5p.)、Geo/Z^/x:^.、土桿菌屬(Geo6a"er以及腐敗希瓦氏菌(5Tzewa"e〃ap"^e/flc/era)。特別地,硫還原菌最終的電子受體硫具有-0.28V的很低的標(biāo)準(zhǔn)電極電位,因此它們可以將電子傳遞至具有比氧化鐵(III)還原菌更低電位的電子介體,由此在能量方面是有利的。具有這種硫還原活性并且優(yōu)選應(yīng)用的微生物包括例如脫硫胞菌屬(£^w//"raw0"^w.)、脫亞硫酸菌屬(Z)ew訴to6a"m'wwsjO、C7o^n'血附//n'c^^2/zye(iwcems/.以及嗜酸硫桿菌屬(A/必/^^"7/w^.)。己知許多上述電極活性微生物使得單糖如葡萄糖或低分子量有機(jī)酸如乳酸可以用作基質(zhì)(非專利文獻(xiàn)4)。本發(fā)明還涉及通過使用上述生物發(fā)電裝置處理有機(jī)廢棄物的裝置和方法。涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明的第一個(gè)方面尤其是以在有機(jī)固體污染物質(zhì)被供給入所述生物發(fā)電裝置之前被轉(zhuǎn)化為增溶的有機(jī)物質(zhì)為特征。涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明的第二個(gè)方面尤其是以在有機(jī)聚合物被供給入所述生物發(fā)電裝置之前被轉(zhuǎn)化為分子量降低的有機(jī)物質(zhì)為特征。涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明的第三個(gè)方面的特征在于包括后處理,其中生物發(fā)電裝置通過一次處理獲得的一次處理水被進(jìn)一步處理。<用于增溶含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的處理>根據(jù)用于處理有機(jī)廢棄物的本發(fā)明的第一個(gè)方面,提供了一種通過使用生物發(fā)電裝置處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的方法,所述生物發(fā)電裝置包括含有能夠在缺氧狀態(tài)之下生長的微生物和具有電子介體固定化在其上并且在?117具有-0.13¥至-0.28¥范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(EQ')的陽極的厭氧性區(qū)域,含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域,以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜,所述方法的特征在于包括增溶步驟,其中所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物中的有機(jī)固體污染物質(zhì)被增溶以形成包含增溶的有機(jī)物質(zhì)的增溶的被處理液;以及生物發(fā)電步驟,其中所述增溶的被處理液被供給入所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域,使得使用所述厭氧性區(qū)域內(nèi)增溶的有機(jī)物質(zhì)作為電子供體的通過微生物進(jìn)行的氧化反應(yīng)以及使用所述好氧性區(qū)域內(nèi)的氧作為電子受體的還原反應(yīng)被允許進(jìn)行,從而降低所述增溶的被處理液中的污染負(fù)荷同時(shí)生成電。所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物可以是任何包含固體有機(jī)物質(zhì)的廢水和廢棄物,實(shí)例包括食品加工殘余物如食品加工廠廢水、咖啡渣、廢棄的啤酒酵母和豆腐廢料、以及食品殘?jiān)?垃圾)、廢紙、牲畜糞尿、人糞尿、以及水處理設(shè)施的剩余污泥。這些含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物可以立即進(jìn)行所述增溶處理,但如果需要,所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物可以預(yù)先進(jìn)行固液分離,將所得到的液體供給入所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域,或者,可以將它們處理為具有小的分子量并且僅將固體進(jìn)行增溶處理。因此,本處理方法包括將含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物中的有機(jī)固體污染物質(zhì)增溶為增溶的有機(jī)物質(zhì)如可溶性物質(zhì)、可懸浮的物質(zhì)(懸浮液)或漿液,將包含所述由此增溶的有機(jī)物質(zhì)的被處理液(以下簡稱"增溶的被處理液")供給入所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域,以及允許所述增溶的有機(jī)物質(zhì)充當(dāng)用于電極活性微生物的基質(zhì)。在本發(fā)明中,"增溶的有機(jī)物質(zhì)"是指不能輕易地與介質(zhì)分離的溶質(zhì),并且它用來包括在溶液中的溶質(zhì)以及在分散體中的分散質(zhì)、在懸浮液中的懸浮物、以及在漿液中的微細(xì)固形物。增溶的程度可以表示為與增溶處理之前比較被處理液的可溶性部分(其為通過10分鐘10000轉(zhuǎn)/分的離心操作獲得的上清液)的COD。濃度的增加;優(yōu)選地,當(dāng)所述CODcr濃度增加至少約20。/。時(shí)有機(jī)物質(zhì)可以被認(rèn)為是巳經(jīng)增溶的。在本發(fā)明的處理方法中,所述增溶處理優(yōu)選為通過將所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物以至少一種選自機(jī)械破碎、物理處理、熱處理、酸或堿處理、氧化處理、以及水熱電解處理的方法處理完成。對(duì)于機(jī)械破碎處理,可以優(yōu)選應(yīng)用如在磨機(jī)或石臼上破碎或通過超聲波作用破碎。對(duì)于物理處理,優(yōu)選使用如蒸煮或爆破的方法。對(duì)于所述熱處理,可以在常壓氣氛下施加在80°C至300°C范圍內(nèi)、優(yōu)選在100°C至300°C范圍內(nèi)、最優(yōu)選在150°C至250°C范圍內(nèi)的熱處理20分鐘至300分鐘、優(yōu)選20分鐘至150分鐘、最優(yōu)選25分鐘至60分鐘。對(duì)于水熱電解處理,可以使用其中在不低于100°C但不超過所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的臨界溫度的溫度下并且在足夠維持所述液相的壓力之下施加直流電流,所述直流電流的量不高于通過水電解產(chǎn)生相當(dāng)于所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的化學(xué)需氧量(COD)的氧所需要的電量的一半。此外,可以使用一種方法,其中視所述有機(jī)固體污染物質(zhì)的性質(zhì)而定酌情選擇施用化學(xué)處理如酸/堿處理、臭氧處理、次氯酸處理或過氧化氫處理以改善它們?cè)谌軇┲械娜芙舛取T谝蕾囉跈C(jī)械處理或物理處理的情況下,所述有機(jī)固體污染物質(zhì)被微?;癁榫哂性黾拥谋砻娣e以促進(jìn)與來自電極活性微生物的胞外酶的接觸。在其中來自好氧性生物處理容器等的剩余污泥被用作所述有機(jī)固體污染物質(zhì)的情況下,通過增溶處理如機(jī)械處理或物理處理破壞在剩余污泥中的細(xì)胞使得所述細(xì)胞內(nèi)的可溶性物質(zhì)(溶質(zhì))溶于(溶劑),從而易受到所述電極活性微生物的分解作用的影響。在通過化學(xué)處理或熱處理進(jìn)行增溶處理的情況下,不僅改善了所述有機(jī)固體污染物質(zhì)的溶解度還可以將它們變?yōu)樯踔粮》肿恿康奈镔|(zhì),從而變?yōu)楦资艿剿鲭姌O活性微生物的分解作用的影響。在其中所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物是下水道污泥或某些具有可用泵抽的充分的流動(dòng)性并且相對(duì)均質(zhì)的其它物質(zhì)的情況下,可以利用在次臨界狀態(tài)實(shí)施電解的水熱電解處理(水熱電解法及裝置;參見WO99/07641的小冊(cè)子)進(jìn)行增溶處理。在所述水熱電解處理中,那些通常存在于有機(jī)廢水等的熱處理中而存在問題的難以分解的色度成分被分解(參見特開JP2003-290740A),并且同時(shí),難以分解的有機(jī)物質(zhì)可以被變?yōu)樯踔粮》肿恿康挠袡C(jī)酸,從而改善了所得到的處理水水質(zhì)。在本發(fā)明的處理方法中,在增溶步驟之后但在增溶的被處理液被供給入生物發(fā)電裝置之前,可以施用利用厭氧微生物的代謝反應(yīng)的生物處理或者利用通過酶的分解反應(yīng)的酶處理等以保證在所述增溶的被處理液中的聚合物被轉(zhuǎn)化為甚至更小分子量的物質(zhì)。通過實(shí)施該低分子化處理,通過在生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域中的厭氧微生物進(jìn)行的分解反應(yīng)更容易地進(jìn)行,從而既改善了處理效率又改善了發(fā)電效率。此外,根據(jù)本發(fā)明的處理可適用于將來自所述生物發(fā)電裝置的處理水進(jìn)行如水處理中通常實(shí)施的好氧性微生物處理。如果需要,源于所述好氧性微生物處理的部分或者所有的剩余污泥可以被返回至增溶步驟。此外,可以對(duì)來自所述生物發(fā)電裝置的處理水進(jìn)行后處理如絮凝及沉淀、通過活性炭過濾、脫磷、脫氮或者脫硫。在本發(fā)明的處理方法中,使所述增溶的被處理液進(jìn)行通過在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物(電極活性微生物)進(jìn)行的生物發(fā)電步驟。在所述生物發(fā)電步驟中,使用已經(jīng)供給入所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域內(nèi)的增溶的被處理液中的增溶的有機(jī)物質(zhì)作為電子供體的微生物的氧化反應(yīng)以及使用所述好氧性區(qū)域內(nèi)的氧作為電子受體的還原反應(yīng)被允許進(jìn)行,從而降低所述增溶的被處理液中的污染負(fù)荷同時(shí)生成電。在所述生物發(fā)電步驟中,所述增溶的被處理液被控制在可以維持厭氧性區(qū)域中的所述電極活性微生物的活性的條件下。例如,通過控制厭氧性區(qū)域內(nèi)增溶的被處理液的pH下降,可防止在陽極的所述還原型介體的氧化反應(yīng)的速度下降,并且甚至可以在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下獲得大的電流密度。所述厭氧性區(qū)域中的pH優(yōu)選為保持在10.5至6.5范圍內(nèi)、更優(yōu)選為在9.5至6.5范圍內(nèi)、并且最優(yōu)選為在9.0至7.5范圍內(nèi)。通過以使得pH保持在這些范圍內(nèi)的方式控制pH,可以防止在陽極的氧化反應(yīng)速度下降。此外,微生物具有的許多酶的最適pH值在中性附近,而且過于強(qiáng)烈的堿性會(huì)抑制所述微生物的還原反應(yīng)。可用于本發(fā)明處理以實(shí)施所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域內(nèi)的pH控制的堿性物質(zhì)可以為在水溶液中顯示堿性的任何物質(zhì);并且優(yōu)選的實(shí)例包括堿金屬、堿土金屬以及其氫氧化物,由強(qiáng)堿和弱酸組成的鹽,以及氨。同樣可應(yīng)用的是在水溶液中顯示中性至弱堿性pH但其水溶液具有緩沖作用的高堿度的物質(zhì)。優(yōu)選的實(shí)例包括硼酸鹽、磷酸鹽以及碳酸鹽。當(dāng)上述的物質(zhì)用作堿性物質(zhì)時(shí),可以同時(shí)添加它們中的兩種或更多種。在所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域中,所述增溶的被處理液的溫度優(yōu)選為保持在10。C至70°C范圍內(nèi)、優(yōu)選為在20°C至45°C范圍內(nèi)、以及最優(yōu)選為在25°C至35°C范圍內(nèi)。根據(jù)涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明的第一個(gè)方面,用于處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的裝置包括增溶容器,其中所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物中的有機(jī)固體污染物質(zhì)被增溶以形成包含增溶的有機(jī)物質(zhì)的增溶的被處理液;以及生物發(fā)電裝置,其包括配備有用于接收增溶的被處理液的被處理液接收入口、并且包含在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物以及具有電子介體固定化在其上且在pH7下具有在-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')的陽極的厭氧性區(qū)域,含有分子氧以及陰極的好氧性區(qū)域,以及限定所述厭氧性區(qū)域與好氧性區(qū)域的隔膜。所述增溶容器可以裝備有機(jī)械破碎裝置如磨機(jī)或者石臼,如超聲波發(fā)生器、蒸煮裝置、爆破裝置、水熱電解裝置或者加熱裝置的裝置,或者配備用于供給化學(xué)物質(zhì)如酸、堿、臭氧、次氯酸或者過氧化氫的機(jī)制以及攪拌裝置的容器。所述生物發(fā)電裝置包括包含所述電極活性微生物以及具有電子介體固定化在其上的陽極的厭氧性區(qū)域、含有陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域以及好氧性區(qū)域的隔膜。所述具有電子介體固定化在其上的陽極使得所述電子介體被固定化在電極基材上,并且它在pH7下具有在-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(EQ')。所述厭氧性區(qū)域具備用于接收所述增溶的被處理液的入口。使用已經(jīng)供給入?yún)捬跣詤^(qū)域的增溶的被處理液中的增溶的有機(jī)物質(zhì)作為基質(zhì),所述厭氧性區(qū)域中的電極活性微生物進(jìn)行氧化反應(yīng),而在好氧性區(qū)域中,在陰極進(jìn)行使用氧作為電子受體的還原反應(yīng)。這樣,所述生物發(fā)電裝置促進(jìn)所述生物反應(yīng)系統(tǒng)中的氧化反應(yīng)以發(fā)電。如果需要,本發(fā)明的處理裝置可以配備用于進(jìn)一步處理來自生物發(fā)電裝置的處理水的好氧性微生物處理容器。它還可以配備用于從所述好氧性微生物處理回收剩余污泥并將其返回至增溶容器的機(jī)制。這種情況下,來自所述好氧性微生物處理容器的部分或者所有的剩余污泥可以返回至增溶步驟,從而剩余污泥中的難以分解的有機(jī)物質(zhì)被增溶并分解作為用于生物發(fā)電裝置厭氧性區(qū)域中的微生物反應(yīng)的基質(zhì),由此提供減少剩余污泥的量的附加的優(yōu)點(diǎn)。還可能提供用于接收來自生物發(fā)電裝置的處理水的其它后處理設(shè)備,例如用于絮凝和沉淀、通過活性炭過濾、脫磷、脫氮以及脫硫的處理設(shè)備。如果需要,可以在所述增溶容器以及生物發(fā)電裝置之間提供用于進(jìn)一步將所述增溶的被處理液中的有機(jī)物質(zhì)處理至具有更小的分子量的聚合物降解容器。<用于使所述含有有機(jī)聚合物的廢液具有更小的分子量的處理〉本發(fā)明用于處理有機(jī)廢棄物的第二方面的特征在于在將所述廢棄物供給入生物發(fā)電裝置中之前使有機(jī)聚合物具有更小的分子量。具體地說,其提供通過使用一種生物發(fā)電裝置處理含有有機(jī)聚合物的廢水的方法,所述生物發(fā)電裝置包括含有電極活性微生物以及具有電子介體固定化在其上并在pH7具有在-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(EQ')的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧以及陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域以及所述好氧性區(qū)域的隔膜,其特征在于包括聚合物降解步驟,其中所述含有有機(jī)聚合物的廢液中的有機(jī)聚合物的分子量被降低以形成分子量更小并且包含分子量降低的有機(jī)物質(zhì)的被處理液;以及生物發(fā)電步驟,其中分子量更小的被處理液被供給入生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域,使得使用厭氧性區(qū)域內(nèi)分子量降低的有機(jī)物質(zhì)作為電子供體的通過微生物進(jìn)行的氧化反應(yīng)以及使用好氧性區(qū)域內(nèi)的氧作為電子受體的還原反應(yīng)被允許進(jìn)行,從而降低分子量更小的被處理液中的污染負(fù)荷同時(shí)生成電。所述含有有機(jī)聚合物的廢液不被以任何特定的方式限制,只要它為包含聚合物如可溶性蛋白質(zhì)、多糖等的廢液,實(shí)例包括來自食品加工廠的廢水、人糞尿等。此外,如果固體廢物的大小已經(jīng)降低至它們不會(huì)妨礙陽極接觸厭氧性區(qū)域內(nèi)的厭氧微生物或者如果它們是可溶性的,則甚至可以處理含有有機(jī)固體廢棄物的廢水例如食品加工殘余物如咖啡渣、廢棄的啤酒酵母、及豆腐廢料以及食品殘?jiān)?垃圾)、廢紙、牲畜糞尿、以及剩余污泥。在所述聚合物降解步驟中,優(yōu)選通過利用厭氧微生物的代謝反應(yīng)的生物處理或者利用通過酶進(jìn)行的分解反應(yīng)的酶處理降低包含在所述含有有機(jī)聚合物的廢液中的有機(jī)聚合物例如蛋白質(zhì)、纖維素、多糖、三酸甘油酯以及高級(jí)脂肪酸的分子量??梢杂糜谒錾锾幚碇械膮捬跷⑸锟梢詾榫哂薪到庥袡C(jī)聚合物的能力的任何厭氧微生物(其被稱作"有機(jī)聚合物降解厭氧微生物"),優(yōu)選的實(shí)例包括熱解纖維梭菌(C7o加W"m/ermoce〃wm)、糞堆梭菌(C/asdnWMwWercoran,ww)、CW/w/omo"os/oiw',那不勒斯棲熱袍菌(7Tzerwotoga"ea/o/Zto"")、魏氏熱厭氧桿菌(7Tier附omtaero6acterwi.ege/h')、解蛋白類賣A桿菌(Co;rof/jermo6ac&r/ra加/j"'cM^)、Co/raAer/wo6a"erp/a加57's,角軍蛋白喜熱菌(Ca/oraw她rpra&ocks/z'cw)、Ca/oramatorcoo//waw7W.Z,以及那些從其中間產(chǎn)物中產(chǎn)生VFA(揮發(fā)性脂肪酸)的微生物如醋弧菌屬(」c"/i^n》)、擬桿菌屬(Sacera/ifes)、瘤胃球菌屬(iwm'"ococcws)、乳木干菌屬(Z^"o6acz'〃ws)、芽孢乳桿菌屬(5^ora/acfo6acz'〃M)、鏈球菌屬(5^印tococc船)、以及雙歧桿菌屬(萬折Ak^^&m)。就實(shí)用而言,可以優(yōu)選使用包含于兩相甲烷發(fā)電裝置中的酸發(fā)酵容器內(nèi)的污泥中的酸發(fā)酵細(xì)菌的加富培養(yǎng)??捎糜谒雒柑幚淼膬?yōu)選的酶實(shí)例包括為纖維素分解酶的纖維素酶、為蛋白質(zhì)分解酶的蛋白酶、以及為三酸甘油酯分解酶的脂肪酶。所述通過生物或者酶處理使有機(jī)聚合物具有更小的分子量不需要昂貴的化學(xué)品,而只要在所述生物發(fā)電裝置中提供簡單的反應(yīng)容器(聚合物降解容器),從而提供了降低設(shè)備成本以及維修管理成本的附加的優(yōu)點(diǎn)。在所述含有有機(jī)聚合物的廢液被供給入生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域之前,通過上述聚合物降解步驟將其變成具有更小的分子量并且包含分子量己經(jīng)降低的有機(jī)物質(zhì)的被處理液。所述分子量已經(jīng)降低的有機(jī)物質(zhì)優(yōu)選為包含可以容易地被所述電極活性微生物氧化的單糖和揮發(fā)性脂肪酸作為主要成分;更優(yōu)選地,它們包含少量的單糖和揮發(fā)性脂肪酸作為主要成分;并且特別優(yōu)選地,所述用于電極活性微生物的碳源實(shí)質(zhì)上由揮發(fā)性脂肪酸組成。如果在所述分子量更小的被處理液中存在高濃度的糖類,則產(chǎn)生高粘度的細(xì)胞外聚合物的酸發(fā)酵微生物將變得占優(yōu)勢,并且所述細(xì)胞外聚合物有時(shí)可以附著于陽極的表面,不利地阻止陽極與電極活性微生物的接觸。將用于電極活性微生物的碳源限定為揮發(fā)性脂肪酸的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于使得除了所述電極微生物之外的微生物如那些將有機(jī)聚合物以適中的程度分解以產(chǎn)生中間代謝產(chǎn)物的微生物(例如熱解纖維梭菌(C7o^r誠"柳f/zermoce〃mw)、糞堆梭菌(C/os^Hd/wmWercoran'ww)、CW/m/owowojj'osm/,另卩不勒斯棲熱袍菌(TTzennotoga"ea/o//to"<3)、魏氏熱厭氧桿菌(7Tzerwoawaera6acferw/ege/")、解蛋白糞熱桿菌(Co/ra^ew7o6ac/erprafeo/jf/cMs)、G9pra^2erm06fl"er;/atem7.51,解蛋白喜熱菌(Ca/ora附atorpratoc/aWct^)、Ca/orawatorcoo/Z^os"".Z)以及另卩些分解所述中間代謝產(chǎn)物(例如糖類)以產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸的微生物(例如醋弧菌屬"ce"v/6Wo)、擬桿菌屬(Ba"erafcfes)、瘤胃球菌屬(i,zV70coc,)、孚L桿菌屬(丄fl"o6a"'〃w)、芽孢享L桿菌屬(—ratoo6acz'腸)、鏈球菌屬(&^tococcw)、以及雙歧桿菌屬(說yWo6a"enY/w))的增殖被抑制以使得所述電極活性微生物易于占有優(yōu)勢。可以被作為用于電極活性微生物的基質(zhì)的揮發(fā)性脂肪酸優(yōu)選是那些可以容易地被厭氧微生物氧化的具有不高于六個(gè)碳原子的揮發(fā)性脂肪酸,實(shí)例包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異戊酸、乳酸、琥珀酸以及己酸。在所述聚合物降解步驟中,所述含有有機(jī)聚合物的廢液的pH優(yōu)選為控制在4.0至6.5的范圍內(nèi)、特別是在4.5至5.5的范圍內(nèi)。當(dāng)所述有機(jī)聚合物分解厭氧微生物使用所述有機(jī)聚合物作為基質(zhì)進(jìn)行酸發(fā)酵之時(shí),所述分子量更小的被處理液的pH將減小。如果所述含有有機(jī)聚合物的廢液的pH減小至4.0或者更小,則所述有機(jī)聚合物分解厭氧微生物難以進(jìn)行酸發(fā)酵反應(yīng)(用于產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸的反應(yīng));在接近于中性(pH7)的條件下,很可能發(fā)生產(chǎn)生乙酸以及各種其它有機(jī)酸的混酸發(fā)酵,并且根據(jù)所使用的基質(zhì),在實(shí)現(xiàn)更小的分子量的過程中可能產(chǎn)生氫氣并從液相中逸出。允許氫氣產(chǎn)生不僅就安全管理方面而言是不良的,而且就能量回收效率方面而言也是不良的。如果供給具有高濃度的有機(jī)聚合物的廢水,則所述有機(jī)聚合物的分子量快速降低并且所述分子量更小的被處理液的pH將快速減小。這里假定低pH的分子量更小的被處理液被供給入所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域。由于生物發(fā)電方法中總反應(yīng)速率的速度限制因素為在陽極的氧化反應(yīng),因此在所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域中的溶液的pH將急速地下降,直接導(dǎo)致發(fā)電量的下降。由于電極活性微生物中的代謝反應(yīng)是酶促反應(yīng),其具有克服一定量的氫離子濃度變化的緩沖能力。另一方面,在所述陽極的氧化反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)并且由電子介體以及氫離子的濃度決定,如由以下方程式(l)所示。[化學(xué)式1](其中MediatorRed代表還原型氧化還原物質(zhì),Mediatorox代表氧化型氧化還原物質(zhì),e-代表電子,以及HT代表氫離子。)所述方法的平衡常數(shù)K由以下方程式(2)表示。[化學(xué)式2]"^f^klSU式(2)M函to^]在上述式(l)中產(chǎn)生的電子被從陽極排出至所述系統(tǒng)外,因此氫離子濃度是主要地有助于在陽極的反應(yīng)的因素。根據(jù)該原則,氫離子濃度越高所述氧化型氧化還原物質(zhì)的濃度越低;因此,反應(yīng)將容易地抵達(dá)平衡,并且電流將不再流動(dòng)。因此,要被供給入所述生物發(fā)電裝置的分子量更小的被處理液中的氫離子濃度最好不過度地高。在本發(fā)明中,如果適當(dāng)?shù)乜刂平档捅惶幚硪褐械挠袡C(jī)聚合物的分子量步驟中的氫離子濃度,則提供了另一個(gè)優(yōu)點(diǎn),即容易控制已經(jīng)通過聚合物降解步驟的被處理液被供給入其中的生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域中的氫離子濃度??刂扑龊杏袡C(jī)聚合物的廢液的pH優(yōu)選為通過從生物發(fā)電裝置的好氧性區(qū)域回收堿性溶液以及向厭氧性區(qū)域中供給所回收的堿性溶液進(jìn)行。該方式具有削減了所述堿性試劑的成本的優(yōu)點(diǎn)。然而這不是本發(fā)明的唯一情況,可以單獨(dú)地將堿性物質(zhì)添加至聚合物降解步驟中??梢杂糜诳刂苝H的堿性物質(zhì)可以是在水溶液中顯示堿性的任何物質(zhì),優(yōu)選的實(shí)例包括堿金屬、堿土金屬、以及其氫氧化物,由強(qiáng)堿和弱酸組成的鹽、以及氨。同樣可應(yīng)用的是在水溶液中顯示中性至弱堿性pH但其水溶液具有緩沖作用的高堿度的物質(zhì)。優(yōu)選的實(shí)例包括硼酸鹽、磷酸鹽以及碳酸鹽。當(dāng)上述的物質(zhì)用作堿性物質(zhì)時(shí),可以同時(shí)添加它們中的兩種或更多種。如它的第一個(gè)方面,涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明第二個(gè)方面可以適應(yīng)為使來自生物發(fā)電裝置的處理水進(jìn)行后處理如絮凝和沉淀、通過活性炭過濾、脫磷、脫氮或者脫硫。如果含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢液如污泥用作所述含有有機(jī)聚合物的廢液,則其優(yōu)選為在通過機(jī)械或者物理破碎將所述固體微細(xì)化為微粒或者通過化學(xué)反應(yīng)提高它們的溶解度之后進(jìn)行所述聚合物降解步驟。在用于處理有機(jī)廢棄物的本發(fā)明的第二個(gè)方面,然后使所述分子量更小的被處理液進(jìn)行生物發(fā)電步驟。在所述生物發(fā)電步驟中,其中使用在已經(jīng)供給入生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域的分子量更小的被處理液中的分子量已經(jīng)降低的有機(jī)物質(zhì)作為電子供體的微生物氧化反應(yīng)以及使用好氧性區(qū)域內(nèi)的氧作為電子受體的還原反應(yīng)被允許進(jìn)行,從而降低分子量更小的被處理液中的污染負(fù)荷同時(shí)生成電。在所述生物發(fā)電步驟中,所述分子量更小的被處理液被控制在可以維持厭氧性區(qū)域中的所述電極活性微生物的活性的條件下。例如,通過控制厭氧性區(qū)域內(nèi)分子量更小的被處理液的pH下降,可防止在陽極的所述還原型介體的氧化反應(yīng)的速度下降,并且甚至可以在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下獲得大的電流密度。厭氧性區(qū)域中的pH優(yōu)選為保持在10.5至6.5范圍內(nèi)、更優(yōu)選為在9.5至6.5范圍內(nèi)、以及最優(yōu)選為在9.0至7.5范圍內(nèi)。通過以使得pH保持在這些范圍內(nèi)的方式控制pH,可以防止在陽極的氧化反應(yīng)速度下降。此外,微生物具有的許多酶的最適pH值在中性附近,而且過于強(qiáng)烈的堿性會(huì)抑制所述微生物的還原反應(yīng)??捎糜诒景l(fā)明以實(shí)施所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域內(nèi)的pH控制的堿性物質(zhì)可以為在水溶液中顯示堿性的任何物質(zhì);并且優(yōu)選的實(shí)例包括堿金屬、堿土金屬以及其氫氧化物,由強(qiáng)堿和弱酸組成的鹽,以及氨。同樣可應(yīng)用的是在水溶液中顯示中性至弱堿性pH但其水溶液具有緩沖作用的高堿度的物質(zhì)。優(yōu)選的實(shí)例包括硼酸鹽、磷酸鹽以及碳酸鹽。當(dāng)上述的物質(zhì)用作堿性物質(zhì)時(shí),可以同時(shí)添加它們中的兩種或更多種。所述分子量更小的被處理液的溫度被保持在20°C至70°C范圍內(nèi),并且優(yōu)選在30°C至70°C范圍內(nèi)。根據(jù)涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明第二個(gè)方面的用于處理含有有機(jī)聚合物的廢液的裝置包括-聚合物降解容器,其中所述含有有機(jī)聚合物的廢液中的有機(jī)聚合物的分子量被降低以形成分子量更小并且包含分子量已經(jīng)降低的有機(jī)物質(zhì)的被處理液;以及生物發(fā)電裝置,其包括配備有用于接收分子量更小的被處理液的接收入口、并且包含在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物以及具有電子介體固定化在其上且在pH7下具有在-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')的陽極的厭氧性區(qū)域,含有分子氧以及陰極的好氧性區(qū)域,以及限定所述厭氧性區(qū)域與好氧性區(qū)域的隔膜。對(duì)所述聚合物降解容器的形狀和大小沒有特殊的限制,只要它是包含所述分子量已經(jīng)降低的有機(jī)物質(zhì)以及任選的用于控制所述被處理液的pH以降低分子量的pH控制機(jī)制的、包括用于接收所述含有有機(jī)聚合物的廢液的入口、用于排出所述分子量更小的被處理液的出口的容器。優(yōu)選的pH控制機(jī)制是包括將在下文中描述的用于回收來自生物發(fā)電裝置好氧性區(qū)域的堿性溶液的堿性溶液回收容器以及用于將所述回收的堿性溶液供給入聚合物降解容器的堿性溶液供給機(jī)制的pH控制機(jī)制。由于有可能不僅減少所需要的pH調(diào)節(jié)化學(xué)品的量而且減少來自所述生物發(fā)電裝置好氧性區(qū)域排出的堿性溶液,因此使用該pH控制機(jī)制是特別有利的。所述生物發(fā)電裝置包括包含所述電極活性微生物以及具有電子介體固定化在其上的陽極的厭氧性區(qū)域、含有陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域以及好氧性區(qū)域的隔膜。所述具有電子介體固定化在其上的陽極使得所述電子介體被固定化在電極基材上,并且它在pH7下具有在-0.13¥至-0.28¥范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')。所述厭氧性區(qū)域具備用于接收分子量更小的被處理液的入口。使用已經(jīng)供給入?yún)捬跣詤^(qū)域的分子量更小的被處理液中的分子量己經(jīng)降低的有機(jī)物質(zhì)作為基質(zhì),厭氧性區(qū)域中的電極活性微生物進(jìn)行氧化反應(yīng),而在好氧性區(qū)域中使用氧作為電子受體的還原反應(yīng)被允許在陰極進(jìn)行。這樣,所述生物發(fā)電裝置促進(jìn)所述生物反應(yīng)系統(tǒng)中的氧化反應(yīng)以藉此發(fā)電。優(yōu)選地,所述生物發(fā)電裝置進(jìn)一步包括控制厭氧性區(qū)域內(nèi)分子量更小的被處理液pH的機(jī)制。一種可應(yīng)用的pH控制機(jī)制是一般pH控制機(jī)制,包括用于測量所述分子量更小的被處理液的pH的pH計(jì)、用于基于所述pH計(jì)的測量結(jié)果控制堿性化學(xué)品的供應(yīng)的控制機(jī)制、以及用于容納所述堿性化學(xué)品的堿性化學(xué)品儲(chǔ)器。如果需要,根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)方面的處理裝置可以包括用于接收來自生物發(fā)電裝置的處理水的后處理設(shè)備,例如絮凝和沉淀容器、活性炭過濾容器、脫磷容器、脫氮容器、或者脫硫容器。如果含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢液如污泥在本發(fā)明的處理裝置中用作所述含有有機(jī)聚合物的廢液,則優(yōu)選在所述原水儲(chǔ)器和聚合物降解容器之間提供用于將固體微細(xì)化或者用于改善溶解度的裝置,例如機(jī)械破碎裝置(例如石臼或者磨機(jī))、超聲波發(fā)生裝置、水熱電解裝置、或者化學(xué)反應(yīng)容器。<后處理>涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明的第三個(gè)方面的特征在于包括后處理,其中生物發(fā)電裝置通過一次處理獲得的一次處理水被進(jìn)一步處理。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面,提供了通過使用一種生物發(fā)電裝置處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢水的方法,所述生物發(fā)電裝置包括含有在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物、以及具有電子介體固定化在其上且在pH7下具有在-0.13V至-0,28V范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電極電位(E。')的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜,所述方法包括生物發(fā)電步驟,其中含有有機(jī)污染物的廢液被供給入所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域,使得使用所述厭氧性區(qū)域內(nèi)的有機(jī)污染物作為電子供體的通過微生物進(jìn)行的氧化反應(yīng)和使用好氧性區(qū)域內(nèi)的氧作為電子受體的還原反應(yīng)被允許進(jìn)行,從而降低所述含有有機(jī)污染物的廢液中的污染負(fù)荷同時(shí)生成電;以及后處理步驟,其中通過所述生物發(fā)電步驟獲得的處理水中的污染負(fù)荷被進(jìn)一步降低。所述含有有機(jī)污染物的廢液可以是任何液體如包含生物可以降解的物質(zhì)的液體、分散體、懸浮液或者漿液,并且它可以是例如來自食品加工廠的廢水、人糞尿等。此外,有機(jī)固體廢棄物例如食品加工殘余物如咖啡渣、廢棄的啤酒酵母、及豆腐廢料,以及食品殘?jiān)?垃圾)、廢紙、牲畜糞尿、以及剩余污泥可以在磨機(jī)或者石臼上或者通過超聲波作用被機(jī)械破碎、用酸、堿或者臭氧以化學(xué)方法處理、或者通過熱或者以另外的方式處理使得它們作為微粒被分散或者懸浮和/或變?yōu)榭扇苄晕镔|(zhì),因此它們呈現(xiàn)不能輕易地與被處理液分離的狀態(tài);這種廢液也可以被處理。所述含有有機(jī)污染物的廢液還可以在它預(yù)先進(jìn)行生物處理以降低所述污染物質(zhì)的分子量之后被處理。值得考慮的處理方法包括兩步,第一步用于處理生物發(fā)電裝置中的有機(jī)污染物,以及隨后的處理液的后處理。首先將描述利用所述生物發(fā)電裝置的生物發(fā)電步驟。在值得考慮的處理方法中,所述含有有機(jī)污染物的廢液被首先供給入生物發(fā)電裝置中,所述生物發(fā)電裝置包括包含在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物以及具有電子介體固定化在其上并且在pH7下具有在-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域以及所述好氧性區(qū)域的隔膜,并且所述廢液中的有機(jī)污染物被厭氧性區(qū)域中的厭氧微生物分解,因此它們被變?yōu)槲廴矩?fù)荷較小的的物質(zhì)。優(yōu)選用于評(píng)價(jià)污染負(fù)荷的指標(biāo)為至少以下組中之一BOD(生化需氧量)、COD(化學(xué)需氧量)、氮濃度、以及磷濃度,特別優(yōu)選BOD。所述生物發(fā)電裝置包括在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物以及具有電子介體固定化在其上的陽極的厭氧性區(qū)域、含有陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域以允許流體連通的隔膜。所述具有電子介體固定化在其上的陽極使得所述電子介體被固定化在電極基材上,并且它在pH7下具有在-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')。所述厭氧性區(qū)域具備進(jìn)料口,通過其供給所述含有有機(jī)污染物的廢液。使用己經(jīng)供給入?yún)捬跣詤^(qū)域的含有有機(jī)污染物的廢液中的有機(jī)污染物作為基質(zhì),所述厭氧性區(qū)域中的厭氧微生物進(jìn)行氧化反應(yīng),而在好氧性區(qū)域中使用氧作為電子受體的還原反應(yīng)被允許在陰極進(jìn)行。這樣,所述生物反應(yīng)系統(tǒng)中的氧化反應(yīng)被促進(jìn)以發(fā)電,同時(shí)通過所述厭氧微生物凈化了所述含有有機(jī)物質(zhì)的廢棄物??梢赃M(jìn)一步包括已經(jīng)連同本發(fā)明涉及有機(jī)廢棄物的處理的第一和第二個(gè)方面說明的增溶處理和/或聚合物降解步驟。其次我們說明所述后處理步驟。所述后處理步驟優(yōu)選為至少以下組中之一絮凝和沉淀步驟、通過活性炭過濾步驟、借助于好氧性微生物的分解處理步驟、借助于厭氧微生物的分解處理步驟、脫氮步驟、脫磷步驟、酸分解步驟、以及借助于電極活性微生物的氧化還原處理步驟;特別優(yōu)選借助于電極活性微生物的氧化還原處理步驟,其中將來自生物發(fā)電裝置的處理水供給入?yún)捬跣詤^(qū)域,進(jìn)行使用厭氧性區(qū)域中的有機(jī)污染物作為電子供體的微生物的氧化反應(yīng)以及使用好氧性區(qū)域中的氧作為電子受體的還原反應(yīng),從而減低所述含有有機(jī)污染物的廢液中的污染負(fù)荷??蓱?yīng)用的絮凝和沉淀步驟包括添加絮凝劑如硫酸鋁或者聚丙烯酰胺??梢酝ㄟ^曝氣、在散水濾床分配等實(shí)施所述借助于好氧性微生物的分解處理步驟;所述借助于厭氧微生物的分解處理步驟可以利用甲烷生成作用等。對(duì)于所述脫氮步驟,可以使用配備脫氮容器和硝化容器的氮去除裝置。對(duì)于所述脫磷步驟,可以代表性地使用配備厭氧性容器和好氧性容器的脫磷裝置、或者載有磷酸鹽巖的脫磷裝置;或者,可以添加氯化鎂和堿。對(duì)于所述氧化分解步驟,可以使用臭氧、過氧化氫、高錳酸鉀、來自Fenton反應(yīng)的羥自由基、紫外線照射等。本發(fā)明特別優(yōu)選的后處理步驟是借助于電極活性微生物的氧化還原處理步驟,其中使用所述厭氧性區(qū)域內(nèi)的有機(jī)污染物作為電子供體的微生物的氧化反應(yīng)和使用好氧性區(qū)域內(nèi)的氧作為電子受體的還原反應(yīng)被允許進(jìn)行,從而降低所述含有有機(jī)污染物的廢液中的污染負(fù)荷。所述借助于電極活性微生物的氧化還原處理步驟優(yōu)選為使用可以與所述生物發(fā)電裝置基本上同樣地構(gòu)成的第二生物發(fā)電裝置實(shí)施。在所述后處理步驟中使用生物發(fā)電裝置是有利的,因?yàn)榧炔槐厥褂脵C(jī)械動(dòng)力用于曝氣、也不需要化學(xué)品如絮凝劑或者活性炭。如果第二生物發(fā)電裝置用于所述后處理步驟,則其中的陽極優(yōu)選具有比用于生物發(fā)電步驟的生物發(fā)電裝置中的陽極更高的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')。通過使用具有比用于生物發(fā)電步驟的生物發(fā)電裝置中的更高標(biāo)準(zhǔn)電極電位的陽極,變得容易將所述有機(jī)污染物除去到如此程度以致于BOD水平達(dá)到已經(jīng)不能通過生物發(fā)電步驟中的除去步驟獲得的低濃度。為了使得陽極具有不同的標(biāo)準(zhǔn)電極電位,可以將各種電子介體固定化在所述陽極上。具體地說,這可以通過保證被固定化在第二生物發(fā)電裝置中的陽極上的電子介體具有比固定化在用于生物發(fā)電步驟的生物發(fā)電裝置中的陽極上的電子介體更高的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eq')例如比-0.13V更高的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')而實(shí)現(xiàn)??梢员还潭ɑ诘诙锇l(fā)電裝置中的陽極上的電子介體優(yōu)選為例如至少以下組中之一蒽醌衍生物、萘醌衍生物、苯醌衍生物、異咯嗪衍生物、泛醌衍生物、細(xì)胞色素衍生物、以及富含鐵的蒙脫石衍生物。具體地說,優(yōu)選提到的為選自以下組中的至少之一蒽醌羧酸類(AQC)、氨基蒽醌類(AAQ)、二氨基蒽醌類(DAAQ)、蒽醌磺酸類(AQS)、二氨基蒽醌磺酸類(DAAQS)、蒽醌二磺酸類(AQDS)、二氨基蒽醌二磺酸類(DAAQDS)、乙基蒽醌類(EAQ)、甲基萘醌類(MNQ)、甲基氨基萘醌類(MANQ)、溴甲基氨基萘醌類(BrMANQ)、二甲基萘醌類(DMNQ)、二甲基氨基萘醌類(DMANQ)、拉帕醌(LpQ)、羥基(甲基丁烯基)氨基萘醌類(AlpQ)、萘醌磺酸類(NQS)、三甲基氨基苯醌類(TMABQ)、黃素單核苷酸(FMN)、泛醌(UQ)、1,4-苯醌(1,4-BQ)、細(xì)胞色素a、細(xì)胞色素b、細(xì)胞色素c、綠脫石、以及其衍生物。如果它們是含有醌的物質(zhì)如蒽醌衍生物、萘醌衍生物、苯醌衍生物、異咯嗪衍生物以及泛醌衍生物,如在固定化在用于所述生物發(fā)電步驟中的生物發(fā)電裝置的陽極上的情況下,可以采取如表3和4所示的化學(xué)結(jié)合方法以將這些電子介體固定化在陽極上。將細(xì)胞色素或它的衍生物作為電子介體固定化在電極基材上的方法為將N-琥珀酰亞胺基-3-馬來酰亞胺丙酸在已經(jīng)被引入用于陽極的導(dǎo)電性基質(zhì)中的氨基上脫水縮合,并且將細(xì)胞色素半胱氨酸殘基中的硫醇基親核加成結(jié)合至所述縮合產(chǎn)物。具體地說,如果石墨用作所述導(dǎo)電性基質(zhì),則首先使磺胺酸和亞硝酸鹽作用于石墨以通過重氮偶合反應(yīng)引入磺酸基。然后將其與草酰氯反應(yīng)以形成磺酰氯,使二胺如1,3-丙二胺在溶劑THF中與其作用從而引入氨基。添加相對(duì)于所述引入的氨基等摩爾或更大的量的N-琥珀酰亞胺基-3-馬來酰亞胺丙酸,并且在雙環(huán)己基碳二亞胺的存在下反應(yīng)從而在N-琥珀酰亞胺基-3-馬來酰亞胺丙酸中的羧基與石墨上的氨基之間形成酰胺鍵,以形成馬來酰亞胺的單分子層。添加相對(duì)于所述固定化的馬來酰亞胺等摩爾或更大的量的細(xì)胞色素,并且將細(xì)胞色素的半胱氨酸殘基中的硫醇基親核加成至馬來酰亞胺,從而可以將細(xì)胞色素最終固定化在石墨的表面上??蓱?yīng)用的固定化富含鐵的蒙脫石的方法包括用球磨機(jī)等將其粉碎、將顆粒懸浮在Nafion(DuPont的注冊(cè)商標(biāo))/異丙醇溶液或聚丙烯酸/甲醇溶液中、將所述懸浮液與炭黑粉末混合、以及將所述混合物涂覆至多孔石墨板等。可用于后處理步驟的第二生物發(fā)電裝置中的陰極、隔膜、以及電極活性微生物可以具有與用于生物發(fā)電步驟的生物發(fā)電裝置中的陰極、隔膜以及電極活性微生物相同的構(gòu)造。然而應(yīng)該注意,將設(shè)置在第二發(fā)電裝置中的陽極-陰極回路其間不必連接任何用電裝置,優(yōu)選使用導(dǎo)線以形成無負(fù)荷或僅接入極低負(fù)荷的回路。通過形成無負(fù)荷或僅接入極低負(fù)荷的回路,即使要在第二發(fā)電裝置中設(shè)置的具有相對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')的電子介體也可以有效地在陽極被氧化。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面,提供了一種用于處理含有有機(jī)污染物的廢水的裝置,所述裝置包括生物發(fā)電裝置和用于進(jìn)一步降低來自所述生物發(fā)電裝置的處理水中的污染負(fù)荷的后處理容器,所述生物發(fā)電裝置包括含有能夠在缺氧狀態(tài)之下生長的微生物和具有電子介體固定化在其上并且在?117具有-0.13¥至-0.28¥范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(E。')的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜。所述后處理容器優(yōu)選為至少以下組中之一絮凝和沉淀容器、活性炭過濾容器、通過好氧性微生物分解處理的容器、通過厭氧微生物分解處理的容器、脫氮容器、脫磷容器、酸分解容器、以及生物發(fā)電容器。發(fā)明的效果根據(jù)用于處理有機(jī)廢棄物的本發(fā)明的第一個(gè)方面,供給入生物發(fā)電裝置的含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物如廢水、廢液、人糞尿、食品廢棄物、以及污泥被預(yù)先增溶,使得所述生物發(fā)電裝置中的氧化還原反應(yīng)效率得以保證,以簡單并有效地得到電能同時(shí)凈化所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物。如果來自水處理設(shè)施中的好氧性微生物處理容器的剩余污泥用作所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物,則本發(fā)明也有助于降低所述含有大量難以分解的有機(jī)物質(zhì)的剩余污泥的量。此外,根據(jù)用于處理有機(jī)廢棄物的本發(fā)明的第二個(gè)方面,供給入生物發(fā)電裝置的含有有機(jī)聚合物廢液如廢水、廢液、人糞尿、食品廢棄物、以及污泥被預(yù)先處理以降低分子量,使得所述生物發(fā)電裝置中的氧化還原反應(yīng)效率得以保證,以簡單并有效地得到電能同時(shí)凈化所述含有有機(jī)聚合物的廢液。此外,根據(jù)用于處理有機(jī)廢棄物的本發(fā)明的第三個(gè)方面,可以同時(shí)滿足改善水處理的效率以及增加發(fā)電量這兩個(gè)抵觸的需要。以其中含有在相對(duì)緩慢的速度下生物分解的物質(zhì)如纖維素的廢液被連續(xù)地處理的情況舉例來說,單獨(dú)使用所述生物發(fā)電裝置,用于通過厭氧性區(qū)域中的微生物氧化有機(jī)物質(zhì)的反應(yīng)得以進(jìn)行并且BOD降低。特別地,在當(dāng)BOD下降至低于1000mg/L的時(shí)間點(diǎn),觀察到厭氧性區(qū)域中的氧化還原電位(ORP)逐漸地上升(轉(zhuǎn)變至氧化狀態(tài))同時(shí)生成更少的電。結(jié)果,除去BOD的速度降低,使得難以將BOD除去至充分低的濃度。簡而言之,在低BOD條件之下發(fā)電的量降低,同時(shí)厭氧性區(qū)域中的BOD負(fù)荷消耗的速度降低。為了澄清該現(xiàn)象的原因,本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了深入細(xì)致的研究并且獲得了以下評(píng)論。當(dāng)厭氧性區(qū)域中的BOD降低,從有機(jī)物質(zhì)供給至微生物的還原能力降低,微生物體內(nèi)的還原物質(zhì)還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的濃度也降低。然后,無論那一個(gè)是還原形式,末端還原酶或細(xì)胞外釋放電子介體(如甲萘醌衍生物)的濃度也降低。在該狀態(tài)中,固定化在陽極上的電子介體被還原的頻率也降低。然后,由于微生物側(cè)的還原反應(yīng)的速率限制,還原型電子介體的供給速度降低,通過氧化所述介體的陽極產(chǎn)生的電流的量也降低。特別地在其中具有低標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')的物質(zhì)用作具有電子介體固定化在其上的陽極的情況下,BOD降低以提供較低的還原能力,如果所述厭氧性區(qū)域的氧化還原電位(ORP)上升至超過所述具有電子介體固定化在其上的陽極的氧化還原電位的水平,則所述電子介體不再能處于還原形式,從而將幾乎沒有電流流動(dòng)。然而另一方面,為了從生物發(fā)電裝置獲得盡可能最大的電量,陽極和陰極之間的位差必須增加,并且為此,所述具有電子介體固定化在其上的陽極理想地具有在-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)但盡可能接近-0.28V的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。因此,存在兩個(gè)抵觸的需要為了降低處理水中的BOD濃度,所述具有電子介體固定化在其上的陽極應(yīng)該具有盡可能最高的標(biāo)準(zhǔn)電極電位,但為了保證所述發(fā)電裝置將產(chǎn)生大量的電,所述具有電子介體固定化在其上的陽極理想地具有盡可能最低的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)方面的處理方法和裝置其特征在于具有電子介體固定化在其上并且具有低標(biāo)準(zhǔn)電極電位的陽極用于所述生物發(fā)電步驟或所述生物發(fā)電裝置中以便確保高水平的發(fā)電量,而具有電子介體固定化在其上并且具有高標(biāo)準(zhǔn)電極電位的陽極用于所述后處理步驟或第二生物發(fā)電裝置中以便確保高BOD分解能力,從而可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的處理水以及高的發(fā)電能力。僅使用生物發(fā)電裝置的處理有機(jī)物質(zhì)的方法和使用好氧性微生物的生物處理如活化污泥法對(duì)比,具有產(chǎn)生的污泥量較小的特征,因此可以以更低的成本處理剩余污泥。然而另一方面,由于少量的剩余污泥產(chǎn)生,較少量的氮以及磷將被并入剩余污泥,偶爾導(dǎo)致高濃度的氮和磷流入處理水中。根據(jù)本發(fā)明所述處理方法和裝置,來自生物發(fā)電裝置的處理水可以在后處理步驟或后處理容器中被處理,從而自所述處理水中除去氮和磷。如上所述,根據(jù)本發(fā)明,簡單的裝置能夠在產(chǎn)生電能的同時(shí)有效地處理含有有機(jī)污染物如污泥、廢水、人糞尿、食品廢棄物和污泥的廢液;此外可以始終獲得低于防止水污染法所規(guī)定的統(tǒng)一排水標(biāo)準(zhǔn)(日平均)的120mg/L生物需氧量(BOD)的處理水。圖1是描繪根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面含有固體污染物的廢棄物的處理裝置的構(gòu)造的實(shí)施方案的流程圖。圖2是顯示本發(fā)明的生物發(fā)電裝置的基本構(gòu)造的示意圖。圖3是顯示以圖2中所示的生物發(fā)電裝置作為單元裝配(unitaryassembly)的生物發(fā)電裝置的概念圖。圖4是顯示生物發(fā)電裝置中的陰極構(gòu)造的實(shí)例的斷面圖。圖5是描繪根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的處理裝置的構(gòu)造的另一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。圖6是描繪根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)方面含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的處理裝置的構(gòu)造的另一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。圖7是顯示用于實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)用生物發(fā)電裝置的概念圖。圖8是描繪根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)方面含有有機(jī)聚合物的廢液的處理裝置的構(gòu)造的實(shí)施方案的流程圖。圖9是描繪根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)方面含有有機(jī)聚合物的廢液的處理裝置的構(gòu)造的另一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。圖10是顯示根據(jù)涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明第三個(gè)方面的、含有有機(jī)污染物的廢液處理裝置的實(shí)施方案的構(gòu)造示意圖。圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)方面的含有有機(jī)污染物的廢液的處理裝置的另一個(gè)實(shí)施方案的構(gòu)造示意圖。圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)方面的含有有機(jī)污染物的廢液的處理裝置的另一個(gè)實(shí)施方案的構(gòu)造示意圖。圖13是一對(duì)顯示實(shí)施例3中的測量結(jié)果的圖表。符號(hào)說明1含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物2原水儲(chǔ)器3增溶容器4被處理液供給配管5生物發(fā)電裝置5a厭氧性區(qū)域5b好氧性區(qū)域5c隔膜6處理水7pH調(diào)節(jié)化學(xué)品溶液儲(chǔ)器8,8apH控制器10堿溶液回收容器11二次處理水12曝氣容器13沉淀容器51陽極(具有電子介體固定化在其上的電極基材)52隔膜53陰極53a擔(dān)載催化劑的復(fù)寫紙53b集電極(Collector)54厭氧性區(qū)域(微生物室)55好氧性區(qū)域(空氣室)64空氣導(dǎo)入口66冷凝水排放設(shè)施103聚合物降解容器104較小的分子量的被處理液(較小的分子量的有機(jī)物質(zhì))供給配管63剩余污泥排出口65排氣口310后處理容器410第二發(fā)電裝置具體實(shí)施例方式以下參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明各種實(shí)施方式,但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明決不局限于這些方式。<增溶處理>圖1是描繪根據(jù)涉及有機(jī)廢棄物處理的本發(fā)明第一個(gè)方面含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的處理裝置的流程圖。在圖1中,本發(fā)明的處理裝置包括增溶容器3和配備由隔膜5c限定的厭氧性區(qū)域5a和好氧性區(qū)域5b的生物發(fā)電裝置5。配管4和泵連接在增溶容器3和生物發(fā)電裝置5之間用于將增溶的被處理液供給至生物發(fā)電裝置5。來自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品儲(chǔ)器7的配管和來自pH控制器8的配管連接至所述生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a。用于容納含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物1的原水儲(chǔ)器經(jīng)由配管和泵連接到增溶容器3。所述增溶容器3可以是機(jī)械破碎裝置如磨機(jī)或者石臼,如超聲波發(fā)生器、蒸煮裝置、爆破裝置、水熱電解裝置或者加熱裝置的裝置,或者是用于供給化學(xué)物質(zhì)如酸、堿、臭氧、次氯酸或者過氧化氫的機(jī)構(gòu)。圖2顯示生物發(fā)電裝置5的具體的實(shí)例。例如,圖2中舉例說明的生物發(fā)電裝置的具體的實(shí)例是由含有電子介體固定化在其上的生物發(fā)電用陽極51、隔膜(電解質(zhì)膜52)、以及含有多孔陰極53的好氧性區(qū)域55組成的三重筒狀體形式的。筒狀體最內(nèi)部的空間形式的厭氧性區(qū)域54預(yù)先載有含有電極活性微生物(厭氧性)的溶液或懸浮液。厭氧性區(qū)域54流有來自增溶容器3的包含增溶的有機(jī)物質(zhì)(有時(shí)稱為"基質(zhì)")的增溶的被處理液。筒狀體最外面空間形式的好氧性區(qū)域55充滿包含分子氧的空氣。好氧性區(qū)域55配備用于供給分子氧的手段(未顯示)。好氧性區(qū)域55內(nèi)的多孔陰極53使得至少所述陰極的一部分是由在它們的構(gòu)造中具有空隙的導(dǎo)電性多孔材料、網(wǎng)狀或纖維材料形成的。隔離所述厭氧性區(qū)域54以及所述好氧性區(qū)域55的隔膜52由具有大的物質(zhì)交換系數(shù)的隔膜例如固相聚合物電解質(zhì)膜如DuPont的產(chǎn)品Nafion(注冊(cè)商標(biāo))或ASTOM制造的NEOSEPTA(注冊(cè)商標(biāo))構(gòu)成。在厭氧性區(qū)域54中,微生物使用增溶的有機(jī)物質(zhì)作為電子供體進(jìn)行氧化反應(yīng),而好氧性區(qū)域55中將氧用作電子受體進(jìn)行還原反應(yīng)。這樣,在陽極51和陰極53之間存在位差。照此,陽極51和陰極53經(jīng)由導(dǎo)線56連接到用電裝置,因此位差電流流動(dòng);同時(shí),離子通過電解質(zhì)膜52在厭氧性區(qū)域54和好氧性區(qū)域55之間移動(dòng)從而形成閉合電路。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行之時(shí),氫離子在厭氧性區(qū)域54中產(chǎn)生,導(dǎo)致厭氧性區(qū)域54中的水溶液呈現(xiàn)酸性。另一方面,氫氧根離子在好氧性區(qū)域55中產(chǎn)生,導(dǎo)致好氧性區(qū)域55內(nèi)產(chǎn)生的水成為堿性溶液。根據(jù)基質(zhì)的流動(dòng)性,構(gòu)成發(fā)電單元的筒狀元件的內(nèi)徑可以設(shè)置在數(shù)毫米至數(shù)厘米,以至幾十厘米。圖2所示類型的發(fā)電單元可以通過適當(dāng)物質(zhì)的支持層或外殼保持以便增加它的物理強(qiáng)度。這種情況下,所述筒狀元件又可以被包圍在外殼里以在所述外殼和筒狀元件之間的形成空氣室,在空氣室中形成用于使空氣流入和流出空氣室的手段。圖2中所示的實(shí)施方式中,陽極51、隔膜52和陰極53適合于具有三層筒形構(gòu)造,通過隔膜52隔離陽極51和陰極53。該構(gòu)造有助于增加陽極51和陰極53的表面積以及保證在陽極51和基質(zhì)之間的有效接觸使得其中基質(zhì)不移動(dòng)的死區(qū)域最小化;因此在陽極51和陰極53之間確保了有效的離子交換;同時(shí),陽極51和陰極53被電氣絕緣,允許增溶的有機(jī)物質(zhì)(基質(zhì))上的電子被有效地輸送至陽極51。此外,通過使所述多孔陰極53接觸空氣在陰極53中的空隙內(nèi)形成空氣和水之間的接觸界面,可以增加與在空氣中的氧和水表面的水接觸的效率,從而在電極上可以有效地進(jìn)行氧的還原反應(yīng)。根據(jù)用途,圖2中所示的三層筒狀體形式的生物發(fā)電裝置的含有陽極的厭氧性區(qū)域可以置于外部,含有陰極的好氧性區(qū)域置于內(nèi)部,在所述好氧性區(qū)域中提供空氣流通手段,以及將全部裝置設(shè)置在基質(zhì)溶液內(nèi)并運(yùn)轉(zhuǎn)用于發(fā)電。如果需要,所述筒狀元件可以形成特定的形狀例如U狀,它的兩端自基質(zhì)溶液的液面突出,使得空氣可以流入所述筒狀體內(nèi)的空間。具有好氧性區(qū)域形成為內(nèi)筒的該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是即使由好氧性區(qū)域形成的內(nèi)筒的內(nèi)徑縮小至約數(shù)毫米或更小,也沒有發(fā)生阻塞的危險(xiǎn)。所述三層筒狀元件還可以適于使得所述內(nèi)側(cè)的筒狀元件提供含有多孔陰極的好氧性區(qū)域而外側(cè)的筒狀元件提供含有陽極的厭氧性區(qū)域,并且由于外側(cè)的陽極可以制造為具有比所述陰極更大的表面積,因此該設(shè)計(jì)是有利的。可以通過在陽極表面上提供凹凸不平或皺襞來進(jìn)一步增加陽極的表面積。對(duì)于還涉及反應(yīng)效率的跨越陰極的內(nèi)徑,其可以足以容許空氣容易地通過并且阻塞的危險(xiǎn)最少,所述內(nèi)徑可以被縮小至約數(shù)毫米或更小。這種情況下,所述筒狀元件又可以被包圍在外殼里以在筒狀元件外的空間中形成基質(zhì)可以流經(jīng)的微生物反應(yīng)室,在所述室中形成使基質(zhì)流入和流出微生物反應(yīng)室的手段。如果需要,圖2所示的筒狀形式或其它形式的多個(gè)生物發(fā)電單元可以并排地放置以構(gòu)成生物發(fā)電裝置。例如,圖3顯示其中多個(gè)圖2所示類型的生物發(fā)電單元并排地放置的方式,以及圖7顯示一種使用平板形式的生物發(fā)電單元的方式(實(shí)驗(yàn)用生物發(fā)電裝置)。在圖3所示的生物發(fā)電裝置中,多個(gè)如圖2所示的、各自由作為內(nèi)筒的陽極51、隔膜52、以及作為外筒的陰極53構(gòu)成的三層筒狀元件(發(fā)電單元)位于由外殼形成的空氣室57內(nèi)。經(jīng)由流入部59通過流入泵將基質(zhì)分配注入多個(gè)配置的發(fā)電單元54的內(nèi)部54中。在于其中經(jīng)歷氧化分解之后,基質(zhì)經(jīng)由流出部60離開反應(yīng)容器并被排出至系統(tǒng)外作為處理液6。在反應(yīng)容器中蓄積的微生物細(xì)胞體和污泥通過隨時(shí)間打開剩余污泥排出口63被排出。此外,通過經(jīng)由相同的排出口63注入水、惰性氣體和厭氧氣體(anaerobicgas),可以逆洗和空洗反應(yīng)容器內(nèi)部。在反應(yīng)容器之內(nèi)產(chǎn)生的任何厭氧氣體都可以經(jīng)由排氣口69被排出。產(chǎn)生的厭氧氣體可以儲(chǔ)存以供空洗(airwashing)之用。對(duì)于多孔陰極53,可以經(jīng)由空氣導(dǎo)入口64使用鼓風(fēng)機(jī)將空氣引入空氣室57以向其供給氧。然而,如果所述用途不需要強(qiáng)制換氣,則可以除去空氣室57以構(gòu)造其中形成各發(fā)電單元外筒的陰極53與外界空氣接觸的裝置。引入的空氣流經(jīng)空氣室57中相鄰的發(fā)電單元之間的空間,并在其被經(jīng)由排氣口65排出之前與陰極53接觸。此外,由在陰極53的還原反應(yīng)產(chǎn)生的水或者經(jīng)由排氣口65作為水蒸氣排出或者經(jīng)由冷凝水排放設(shè)施66作為冷凝水排出。導(dǎo)線56通過至陽極的連接部67電氣連接至所述多個(gè)發(fā)電單元的內(nèi)筒,通過至陰極53的連接部68電氣連接至所述多個(gè)發(fā)電單元的外筒。這種情況下,有必要使導(dǎo)線56與周圍環(huán)境電氣絕緣以保證既不發(fā)生電氣短路又不在所述導(dǎo)線的表面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。圖3所示的裝置還可以適于與以上關(guān)于圖2說明的相同,即各發(fā)電單元構(gòu)造為筒狀元件使得陰極形成內(nèi)筒并且陽極形成外筒,空氣被供給入各筒狀元件內(nèi)的空間,并且基質(zhì)接觸到各發(fā)電單元的筒狀元件外的陽極。將通過陰極獲得的目的之一是提高所述電極上氧的還原反應(yīng)的效率。為此,至少一部分所述陰極優(yōu)選為由構(gòu)造中具有空隙的導(dǎo)電性多孔材料、網(wǎng)狀或者纖維材料形成,使得所述陰極與空氣接觸、在陰極中的空隙內(nèi)存在空氣和水之間的接觸界面,從而增加與在空氣中的氧和在水表面的水的接觸效率。圖4為顯示可以在生物發(fā)電裝置中采取的示例性陰極結(jié)構(gòu)的斷面圖。圖4(A)顯示隔膜52和陰極53的斷面,圖4(B)從空氣室55的角度來觀察圖4(A)的視圖。注意圖4中所示為其中隔膜52是陽離子交換膜的反應(yīng)系統(tǒng)。圖4中所示的陰極的構(gòu)造為,多孔基體20具有催化劑21擔(dān)載在其上,所述催化劑包括優(yōu)選包含選自鉑系合金、銀和過渡金屬元素(圖(a))中的至少一類的合金或者化合物,并且自空氣室55看其呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖4(B))。通過采用該構(gòu)造,陰極53可以接觸到在空氣中的氧,同時(shí)在水表面或者經(jīng)由所述隔膜通過的水被基質(zhì)的親水性汲出,使得將空氣網(wǎng)絡(luò)22和水溶液網(wǎng)絡(luò)23引入所述電極的顯微組織中以藉此增加空氣/水接觸界面的區(qū)域并提高與在空氣中的氧和在水表面的水的接觸效率。氧與氫離子在催化劑21上反應(yīng)能夠促進(jìn)在空氣中的氧的還原反應(yīng)。圖4(C)為顯示可以在所述生物發(fā)電裝置中采取的另一種示例性陰極結(jié)構(gòu)的斷面圖。再次,圖4(C)中所示的為其中隔膜52是陽離子交換膜的反應(yīng)系統(tǒng)。為了構(gòu)造圖4(C)中所示的陰極,將由與隔膜52相同的物質(zhì)構(gòu)成的溶液涂覆在與隔膜接合的多孔基質(zhì)20的側(cè)面然后干燥,從而允許所述隔膜構(gòu)造的一部分進(jìn)入多孔基質(zhì)20中的微細(xì)孔隙內(nèi)。通過采用該構(gòu)造,離子交換的利用率和催化劑的利用率可以被改善,以促進(jìn)在空氣中的氧的還原反應(yīng)。我們接下來描述利用圖1中所示的處理裝置處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的方法。在圖1所示的處理裝置中,含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物1被容納于原水儲(chǔ)器2中,然后開動(dòng)供液泵將含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物1傳輸入增溶容器3中。在增溶容器3中,施用選自通過用磨機(jī)或者石臼的機(jī)械破碎或者通過超聲波粉碎的機(jī)械增溶處理、通過蒸煮或者爆破的物理增溶處理、通過水熱電解的增溶處理、以及用化學(xué)物質(zhì)如酸、堿、臭氧、次氯酸或者過氧化氫的增溶處理之一的手段,從而將含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物1變?yōu)榘鋈艿挠袡C(jī)物質(zhì)的增溶的被處理液。隨后,通過供液泵將所述增溶的被處理液供給入生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a。另一方面,向所述生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b供給加濕以具有100%相對(duì)濕度的氧或者含有氧的空氣。這種情況下,可以使用泵或者扇以將所述氧或者含有氧的空氣通入生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b,或者熱對(duì)流可以用于相同的目的。基于用pH控制器8測量的生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a中的增溶的被處理液的pH,將pH調(diào)節(jié)化學(xué)品(酸、堿、或者pH緩沖劑)自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品溶液儲(chǔ)器7供給入生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a,因此所述生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a中的液體的pH被保持在10.5至6.5的范圍內(nèi)。厭氧性區(qū)域5a中的增溶的被處理液的溫度被保持在維持電極活性微生物的活性的水平,例如被保持在10。C至45。C。在這個(gè)條件下,使所述增溶的被處理液以24至240的滯留時(shí)間通過厭氧性區(qū)域5a。爾后,經(jīng)由排出口將處理液6自生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a排出。根據(jù)需要,可以將處理液6進(jìn)行各種后處理(例如如絮凝和沉淀、通過活性炭過濾、用好氧性微生物處理、脫磷、脫氮、或者脫硫的處理)。圖5為描繪本發(fā)明處理裝置的另一種實(shí)施方式的流程圖。將不說明與圖1的處理裝置相一致的部分構(gòu)造。圖5中所示的處理裝置進(jìn)一步包括在增溶容器3和生物發(fā)電裝置5之間的聚合物降解容器103。所述聚合物降解容器103具有pH控制機(jī)帝ij,所述pH控制機(jī)制包括pH控制器8和用于自生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b回收堿性溶液并循環(huán)至低分子量化容器103的配管。有利地,供水配管(未顯示)連接到好氧性區(qū)域5b,并且還提供配管使得好氧性區(qū)域5b內(nèi)生成的堿性溶液通過溢流入堿性溶液儲(chǔ)器IO被回收,并通過基于來自聚合物降解容器103中的增溶的被處理液的pH測量信號(hào)實(shí)施控制的pH控制器8a將來自堿性溶液儲(chǔ)器10的相同的堿性溶液循環(huán)至聚合物降解容器103;pH調(diào)節(jié)化學(xué)品儲(chǔ)器7的構(gòu)造使得所述堿性溶液僅被供給至生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a。圖6為描繪本發(fā)明處理裝置的另一種實(shí)施方式的流程圖。將不說明與圖1的處理裝置相一致的部分構(gòu)造。圖6中所示的處理裝置包括接收來自生物發(fā)電裝置5的處理水6并使其經(jīng)歷曝氣處理的曝氣容器12、接收己經(jīng)在曝氣容器12中曝氣之后的處理水并然后實(shí)施固液分離為二次處理水14和污泥15的沉淀容器13、用于將部分已經(jīng)在沉淀容器中沉淀的剩余污泥15循環(huán)至曝氣容器12的配管16、以及用于將部分剩余污泥15循環(huán)至增溶容器3的配管17。排出在沉淀容器13中處理產(chǎn)生的二次處理水14和剩余污泥15。<聚合物降解處理>圖8是描繪根據(jù)涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明第二個(gè)方面含有有機(jī)聚合物的廢液的處理裝置的流程圖。在圖8中,本發(fā)明的處理裝置包括聚合物降解容器103和包括由隔膜5c限定的厭氧性區(qū)域5a和好氧性區(qū)域5b的生物發(fā)電裝置5。用于將分子量更小的被處理液供給至生物發(fā)電裝置5的配管104和泵連接在聚合物降解容器103和生物發(fā)電裝置5之間。來自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品儲(chǔ)器7的配管和來自pH控制器8a的配管連接到聚合物降解容器103,來自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品儲(chǔ)器7的配管和來自pH控制器8b的配管連接到生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a。用于容納含有有機(jī)聚合物的廢液101的原水儲(chǔ)器2經(jīng)由配管和泵連接到聚合物降解容器103。系統(tǒng)的其他部分構(gòu)造與關(guān)于本發(fā)明第一個(gè)方面描述的相同。其次描述用圖8中所示的處理裝置處理含有有機(jī)聚合物的廢液的方法。在圖8所示的處理裝置中,含有有機(jī)聚合物的廢液101被容納于原水儲(chǔ)器2中,然后開動(dòng)供液泵將含有有機(jī)聚合物的廢液101傳輸入聚合物降解容器103中。在聚合物降解容器103中,存在分解有機(jī)聚合物的厭氧微生物,并且基于pH控制器8測量的聚合物降解容器103中的被處理液的pH,將pH調(diào)節(jié)化學(xué)品(酸、堿、或者pH緩沖劑)自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品溶液儲(chǔ)器7供給入聚合物降解容器103,因此將聚合物降解容器103中的被處理液的pH維持在4.0至6.5的范圍內(nèi)。聚合物降解容器103中的被處理液的溫度被維持在維持所述分解有機(jī)聚合物的厭氧微生物活性的水平,例如維持在30°C至40°C的中等溫度或者50°C至60°C的高溫。在這個(gè)條件下,允許含有有機(jī)聚合物的廢液101在聚合物降解容器103之內(nèi)停留4小時(shí)至96小時(shí),從而所述分解有機(jī)聚合物的厭氧微生物將有機(jī)聚合物分解為單糖、寡糖、氨基酸以及肽,它們被進(jìn)一步分解為揮發(fā)性的有機(jī)酸,以形成分子量更小的被處理液。隨后,通過供液泵將所述分子量更小的被處理液供給入生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a。另一方面,向所述生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b供給加濕以具有100%相對(duì)濕度的氧或者含有氧的空氣。這種情況下,可以使用泵或者扇以將所述氧或者含有氧的空氣通入生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b,或者熱對(duì)流可以用于相同的目的?;谟胮H控制器8b測量的生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a中的分子量更小的被處理液的pH,將pH調(diào)節(jié)化學(xué)品(酸、堿、或者pH緩沖劑)自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品溶液儲(chǔ)器7供給入生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a,因此所述生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a中的液體的pH被保持在10.5至6.5的范圍內(nèi)。厭氧性區(qū)域5a中的分子量更小的被處理液的溫度被保持在維持電極活性微生物的活性的水平,例如被保持在10。C至45。C。在這個(gè)條件下,將所述分子量更小的被處理液以24小時(shí)至240小時(shí)的滯留時(shí)間通過厭氧性區(qū)域5a。爾后,經(jīng)由排出口將處理液6自生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a排出。根據(jù)需要,可以將處理液6進(jìn)行各種后處理(例如如絮凝和沉淀、通過活性炭過濾、用好氧性微生物處理、脫磷、脫氮、或者脫硫的處理)。圖9為描繪本發(fā)明處理裝置的另一種實(shí)施方式的流程圖。將不說明與圖8的處理裝置相一致的部分構(gòu)造。圖9中所示的處理裝置進(jìn)一步包括用于自生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b回收堿性溶液并將其循環(huán)至聚合物降解容器103的機(jī)制。具體地說,供水配管(未顯示)連接到好氧性區(qū)域5b,并且還提供配管使得好氧性區(qū)域5b內(nèi)生成的堿性溶液通過溢流入堿性溶液儲(chǔ)器10被回收,并通過基于來自聚合物降解容器103中的廢液101的pH測量信號(hào)實(shí)施控制的pH控制器8將來自堿性溶液儲(chǔ)器10的相同的堿性溶液循環(huán)至聚合物降解容器103;pH調(diào)節(jié)化學(xué)品儲(chǔ)器7的構(gòu)造使得所述堿性溶液僅被供給至生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a。如果本發(fā)明的處理方法和裝置將用于處理有機(jī)固體廢棄物,則可以通過在聚合物降解容器103上游提供的單獨(dú)的處理容器預(yù)先將所述固體廢物微細(xì)化為微粒。如果需要,可以提供后處理裝置以進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)已經(jīng)自生物發(fā)電裝置5排出的處理液6的處理??梢允褂玫暮筇幚硌b置的實(shí)例包括用于進(jìn)一步降低處理液中的有機(jī)物質(zhì)濃度的活性污泥處理容器、用于自處理液中去除營養(yǎng)鹽類如氮和磷的生物處理容器、或者化學(xué)處理容益。<后處理>圖10是描繪根據(jù)涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明第三個(gè)方面含有有機(jī)污染物的廢液的處理裝置的流程圖。在圖10中,本發(fā)明的處理裝置包括生物發(fā)電裝置5和后處理容器310,所述生物發(fā)電裝置5包括由隔膜5c限定的厭氧性區(qū)域5a和好氧性區(qū)域5b。后處理容器310的選擇取決于含有有機(jī)污染物的廢液1的性質(zhì),其可以是絮凝和沉淀容器、活性炭過濾容器、好氧性微生物分解容器、厭氧性微生物分解容器、脫氮容器、脫磷容器、或者脫硫容器。用于將處理液供給至后處理容器310的配管6和泵連接在生物發(fā)電裝置5和后處理容器310之間。來自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品儲(chǔ)器7的配管和來自pH控制器8的配管連接至所述生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a。圖10中所示的處理裝置具備用于容納含有有機(jī)污染物的廢液301的原水儲(chǔ)器2、以及用于將含有有機(jī)污染物的廢液301自所述原水儲(chǔ)器2供給入生物發(fā)電裝置5的配管和泵。系統(tǒng)的其他部分構(gòu)造與關(guān)于本發(fā)明第一個(gè)方面描述的相同。其次描述用圖10中所示的處理裝置處理含有有機(jī)污染物的廢液的方法。在圖IO中所示的處理裝置中,含有有機(jī)污染物的廢液301被容納在原水儲(chǔ)器2中,并且然后開動(dòng)供液泵將含有有機(jī)污染物的廢液301供給入生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a。另一方面,向所述生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b供給加濕以具有100%相對(duì)濕度的氧或者含有氧的空氣。這種情況下,可以使用泵或者扇以將所述氧或者含有氧的空氣通入生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b,或者熱對(duì)流可以用于相同的目的?;谟胮H控制器8測量的生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a中的含有有機(jī)污染物的廢液的pH,將pH調(diào)節(jié)化學(xué)品(酸、堿、或者pH緩沖劑)自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品溶液儲(chǔ)器7供給入生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a,因此所述生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5中的液體的pH被保持在10.5至6.5的范圍內(nèi)。厭氧性區(qū)域5a中的含有有機(jī)污染物的廢液的溫度被保持在維持電極活性微生物的活性的水平,例如被保持在10。C至45。C。在該條件下,所述含有有機(jī)污染物的廢液以24小時(shí)至240小時(shí)的滯留時(shí)間通過厭氧性區(qū)域5a。其后,經(jīng)由排出口自生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a排出處理液6進(jìn)入后處理容器310,在后處理容器310中將其進(jìn)行后處理如絮凝和沉淀、通過活性炭過濾、好氧性微生物分解、厭氧性微生物分解、脫磷、脫氮或者脫硫,從而二次處理水311的污染負(fù)荷指標(biāo)降低至排放標(biāo)準(zhǔn)水平以下。圖11是描繪根據(jù)涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明第三個(gè)方面的處理裝置的另一種實(shí)施方式的流程圖。將不說明與圖IO的處理裝置相一致的部分構(gòu)造。圖11中所示的處理裝置進(jìn)一步包括在原水儲(chǔ)器2和生物發(fā)電裝置5之間的聚合物降解容器103。聚合物降解容器103具有pH控制器8并與用于自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品儲(chǔ)器7中供給堿性溶液的配管連接。pH調(diào)節(jié)化學(xué)品儲(chǔ)器7將堿性化學(xué)品供給至生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a以及聚合物降解容器103。其次描述在圖11中所示的處理裝置中對(duì)含有有機(jī)污染物的廢液的處理。自原水儲(chǔ)器2中將含有有機(jī)污染物的廢液1轉(zhuǎn)移入聚合物降解容器103。在聚合物降解容器103中,存在分解有機(jī)污染物的厭氧微生物(有機(jī)污染物分解型厭氧微生物),并且基于pH控制器8測量的聚合物降解容器103中的所述含有有機(jī)污染物的廢液1的pH,將pH調(diào)節(jié)化學(xué)品(酸、堿、或者pH緩沖劑)自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品溶液儲(chǔ)器7供給入聚合物降解容器103,因此將聚合物降解容器103中的含有有機(jī)污染物的廢液的pH維持在4.0至6.5的范圍內(nèi)。聚合物降解容器103中的含有有機(jī)污染物的廢液的溫度被保持在維持分解有機(jī)污染物的微生物的活性的水平,例如被保持在10。C至45。C。在該條件下,允許含有有機(jī)污染物的廢液1在聚合物降解容器103之內(nèi)停留24小時(shí)至240小時(shí),'從而所述分解有機(jī)污染物的厭氧微生物將有機(jī)污染物分解為單糖、寡糖、氨基酸以及肽,它們被進(jìn)一步分解為揮發(fā)性的有機(jī)酸,以形成分子量更小的被處理液。隨后,通過供液泵將所述分子量更小的被處理液供給入生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a。另一方面,向所述生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b供給加濕以具有100%相對(duì)濕度的氧或者含有氧的空氣。這種情況下,可以使用泵或者扇以將所述氧或者含有氧的空氣通入生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b,或者熱對(duì)流可以用于相同的目的。基于用pH控制器8測量的生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a中的分子量更小的被處理液的pH,將pH調(diào)節(jié)化學(xué)品(酸、堿、或者pH緩沖劑)自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品溶液儲(chǔ)器7供給入生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a,因此所述生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a中的液體的pH被保持在10.5至6.5的范圍內(nèi)。厭氧性區(qū)域5a中的分子量更小的的被處理液的溫度被保持在維持電極活性微生物的活性的水平,例如被保持在10。C至45。C。在這個(gè)條件下,將所述分子量更小的被處理液以24小時(shí)至240小時(shí)的滯留時(shí)間通過厭氧性區(qū)域5a。其后,經(jīng)由排出口自生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a排出處理液6進(jìn)入后處理容器310,并如關(guān)于圖10所述在其中將其進(jìn)行后處理,從而獲得二次處理水311。圖12是描繪根據(jù)涉及有機(jī)廢棄物的處理的本發(fā)明第三個(gè)方面的處理裝置的另一種實(shí)施方式的流程圖。將不說明與圖10和圖11的處理裝置相一致的部分構(gòu)造。圖12中所示的處理裝置進(jìn)一步包括自生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a接收處理水6用于后處理的后處理容器410。后處理容器410是第二生物發(fā)電裝置。后處理容器410被隔膜410c劃分為厭氧性區(qū)域410a以及好氧性區(qū)域410b。厭氧性區(qū)域410a配備具有電子介體固定化在其上并且具有比生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a中的陽極(未顯示)標(biāo)準(zhǔn)電極電位更高的陽極(未顯示)。厭氧性區(qū)域410a中包含的厭氧微生物可以與用于生物發(fā)電裝置5的那些相同。隔膜410c也可以與用于生物發(fā)電裝置5中的相同。除了將陽極與陰極直接以導(dǎo)線連接使得幾乎所有的通過陽極與陰極之間的電子傳輸生成的電力被在陽極的電子介體的氧化消耗之外,好氧性區(qū)域410b也可以與生物發(fā)電裝置5的好氧性區(qū)域5b同樣地構(gòu)造。來自pH調(diào)節(jié)化學(xué)品儲(chǔ)器7的配管與來自pH控制器8b的配管連接至厭氧性區(qū)域410a。以與關(guān)于圖11所闡明的相同的方式實(shí)施在圖12所示的處理裝置中處理含有有機(jī)污染物的廢液的方法。來自生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a的處理水6被轉(zhuǎn)移至后處理容器410的厭氧性區(qū)域410a。后處理容器410的厭氧性區(qū)域410a中的處理水6的pH被pH控制器8b控制在6.5至10.5的范圍之內(nèi)。厭氧性區(qū)域410a中的處理水的溫度被保持在維持電極活性微生物的活性的水平,例如被保持在10。C至45。C。在該條件下,處理水6以24小時(shí)至240小時(shí)的滯留時(shí)間通過厭氧性區(qū)域410a,從而二次處理水411的污染負(fù)荷指標(biāo)特別是BOD被降低至排放標(biāo)準(zhǔn)以下的水平。在所舉例說明的實(shí)施方式中,二次處理水411被原樣排出,但如果二次處理水411的污染指標(biāo)不滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),則可以配備用于循環(huán)至后處理容器410的配管和泵以便實(shí)施進(jìn)一步后處理;或者可以通過配管與泵連接不同類型的后處理容器410。圖11和圖12中所示的實(shí)施方式使用聚合物降解容器103,但如果需要,增溶容器3可以代替或者與聚合物降解容器103疊加使用。在增溶容器3中,施用選自通過用磨機(jī)或者石臼的機(jī)械破碎或者通過超聲波粉碎的機(jī)械增溶處理、通過蒸煮或者爆破的物理增溶處理、通過水熱電解的增溶處理、以及用化學(xué)物質(zhì)如酸、堿、臭氧、次氯酸或者過氧化氫的增溶處理之一的手段,從而將含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢液1變?yōu)榘鋈艿挠袡C(jī)物質(zhì)的含有有機(jī)污染物的廢液。在其中所述有機(jī)污染物是難以溶解、分散或者懸浮于介質(zhì)中的固體的情況下該方式是有利的。實(shí)施例以下將通過實(shí)施例具體地描述本發(fā)明。然而應(yīng)當(dāng)理解,本發(fā)明決不受這些實(shí)施例的限制。[實(shí)施例1](熱處理)使用圖7中所示的實(shí)驗(yàn)用生物發(fā)電裝置5,操作圖1中所示的本發(fā)明處理裝置(增溶容器3被設(shè)置在生物發(fā)電裝置5的上游)以處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物(實(shí)施例1),并將該系統(tǒng)在水處理和發(fā)電中的性能與僅使用圖7中所示的實(shí)驗(yàn)用生物發(fā)電裝置5處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的情況(對(duì)照)相比較。<生物發(fā)電裝置>如圖7所示,生物發(fā)電裝置5是一種層積構(gòu)造體(發(fā)電單元),其中各側(cè)長200毫米(內(nèi)尺寸180毫米)、厚50毫米(內(nèi)尺寸40毫米)并用于形成作為厭氧性區(qū)域的陽極室的室框37(cellframe)與各側(cè)長200毫米、厚20毫米并用于形成作為好氧性區(qū)域的陰極室的室框38相鄰地放置。通常用作燃料電池中的空氣電極的柱狀的氣槽刻于室框38內(nèi)。在室框37和38的層積構(gòu)造體內(nèi),先后通過通常用于燃料電池的熱壓法(在100°C至200°C的高溫下施加壓力)連接陽極51、隔膜52以及陰極53,從而在室框37之內(nèi)形成厭氧性區(qū)域5a并在室框38之內(nèi)形成好氧性區(qū)域5b。盡管未顯示,陽極51和陰極53被導(dǎo)線電氣連接以形成接入電流計(jì)(用電裝置)的閉合電路。圖7中所示的生物發(fā)電裝置的包括電流計(jì)的外電路的電阻為約1Q,內(nèi)阻為約50Q。在開始操作之前將20mL的電極活性微生物富集培養(yǎng)物添加至厭氧性區(qū)域5a。用于實(shí)施例1的陽極、隔膜和陰極描述如下。<陽極〉復(fù)寫紙(Electrochem,Inc.的EC-TP1-060)用作陽極材料,蒽醌-2,6-二磺酸(AQ-2,6-DS)用作被固定化在所述陽極的電子介體。在70°C條件下將市售AQ-2,6-DS在相對(duì)于AQ-2,6-DS含有相當(dāng)于半摩爾的量的環(huán)丁砜和磷酰氯的乙腈中進(jìn)行一小時(shí)的反應(yīng),從而將磺酸基轉(zhuǎn)化為?;取T谟帽鋮s下過濾反應(yīng)產(chǎn)物,用冰水洗滌,然后干燥以提供AQ-2,6-DS氯化物粉末。在單獨(dú)的步驟中,取樣10g的市售的VulcanXC-72R(Cabot)炭黑,使磺胺酸和亞硝酸鹽各10mmol作用于所述炭黑,從而通過重氮偶合反應(yīng)將磺酸基引入其中。使用草酰氯將引入的磺酸基轉(zhuǎn)化為磺酰氯。此外,在溶劑THF(四氫呋喃)中使1,3-丙二胺作用于所述炭黑以將氨基引入它的表面。通過滴定測定所得胺化的炭黑中引入的氨基的密度,結(jié)果為500timol/g。在50°C下在溶劑DMF(二甲基甲酰胺)中將20克所得胺化的炭黑、lOOmmol的AQ-2,6-DS氯化物、以及8mL三乙胺反應(yīng)24小時(shí),干燥反應(yīng)產(chǎn)物。將干燥的反應(yīng)產(chǎn)物分散于5%Nafi0n(注冊(cè)商標(biāo))的異丙醇溶液中,涂覆在復(fù)寫紙(ElectrochemInc.的EC-TP1-060)上并干燥。使用上述具有AQ-2,6-DS固定化在其上的陽極,使施加在pH7水溶液中的電位以20mV/sec的速度自-0.20V改變至-0.15V,從而產(chǎn)生電流;因此可以斷定所述陽極具有在-0.20V和-0.15V之間的標(biāo)準(zhǔn)電極電位E0'。<隔膜>陽離子交換膜(DuPont制造的Nafionll5:DuPont的注冊(cè)商標(biāo))用作隔膜52。<陰極>陰極53是擔(dān)載催化劑的復(fù)寫紙53a和集電極53b的組合,其中通過將擔(dān)載鉑的炭黑和5%Nafion(DuPont的注冊(cè)商標(biāo))的異丙醇溶液涂覆在復(fù)寫紙(ElectrochemInc.的EC-TPl-060)上并干燥所述涂層制備所述復(fù)寫紙53a。<含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物>在實(shí)施例1中,自污水處理廠收集的剩余污泥用作含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物。<電極活性微生物富集培養(yǎng)物>將KUROBOKU(Andosol)土(O.lg)用作接種體來源;將HandbookofMicrobialMedia(Atlas等,1997,CRCPress)中所述的DesulfUromonas培養(yǎng)基(表5)以lOOmL的量注入容量為130mL的小瓶中,并將氣相以氮?dú)馓娲?;將接種體添加至如此處理的培養(yǎng)基;然后密封所述小瓶并在28°C的溫度條件之下實(shí)施震蕩培養(yǎng);在兩個(gè)星期之后,將5mL獲得的菌液在新鮮處理的小瓶中再次培養(yǎng);重復(fù)該程序五次并將10周后獲得的菌液用作電極活性微生物富集培養(yǎng)物。注意作為接種體來源的土不特別局限于KUROBOKU土,并可用壤土或者污泥替代。[表5]表5Desulforomonas培養(yǎng)基的組分(pH7.2±0.2)<table>tableseeoriginaldocumentpage52</column></row><table><處理試驗(yàn)>在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1中,在將其供給入圖7中所示生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a中之前,通過在增溶容器3中進(jìn)行150。CX30min熱處理以增溶作為所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的污泥。在對(duì)照系統(tǒng)中,將剩余污泥直接供給入圖7所示生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a中。在生物發(fā)電裝置5中,在所述方法中在開始操作之后10天中不更換厭氧性區(qū)域(微生物反應(yīng)室)中的液體,使得微生物將附著于厭氧性區(qū)域的內(nèi)壁,相反,將HandbookofmicrobialMedia(Atlas等,1997,CRCPress)中所述的DesulfUromonas培養(yǎng)基(表5)載入?yún)捬跣詤^(qū)域5a(微生物反應(yīng)室)使得硫還原菌(電極活性微生物)將占優(yōu)勢(馴化期),以為隨后的系統(tǒng)操作作準(zhǔn)備。在開始自增溶容器3將增溶的被處理液連續(xù)注入生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a后為期10天的時(shí)間中操作生物發(fā)電裝置,其中增溶的被處理液以30天的滯留時(shí)間停留在生物發(fā)電裝置5中(馴養(yǎng)期(fixingperiod))。開始運(yùn)轉(zhuǎn)60天后將生物發(fā)電裝置改變?yōu)檎_\(yùn)轉(zhuǎn),其中分子量更小的被處理液以15天的滯留時(shí)間停留在厭氧性區(qū)域5a中,期間測量陽極和陰極之間電流的量以及所述二電極間的電壓。在實(shí)施例1中,包括馴化期和馴養(yǎng)期,使陰極和陽極始終保持電氣連接。測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1和對(duì)照系統(tǒng)1的生物發(fā)電裝置中流入液中的固體(TSS)濃度、揮發(fā)性固體(VSS)濃度、總CODcr(T-CODcr)濃度、以及離心的(10000rpm,15min)上清液CODcr(S-CODcr)濃度(根據(jù)JISK0102工業(yè)排水試驗(yàn)法),并對(duì)它們進(jìn)行HPLC(SfflMADZU)分析以測量濾液中的有機(jī)酸濃度;測量結(jié)果如表6所示。[表6]表6實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和對(duì)照系統(tǒng)生物發(fā)電裝置中的流入液的性質(zhì)_<table>tableseeoriginaldocumentpage53</column></row><table>向所述生物發(fā)電裝置供給增溶的被處理液(實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)l)或者作為所述含有有機(jī)固體污泥物質(zhì)的廢棄物的污泥(對(duì)照系統(tǒng)1),使其通過調(diào)節(jié)至pH約7的厭氧性區(qū)域5a;然后通過處理液排出口排出處理液6。經(jīng)由空氣導(dǎo)入口64將調(diào)節(jié)至具有100%相對(duì)濕度的加濕的空氣供給入好氧性區(qū)域5b;通過排出口66將通過好氧性區(qū)域5b的加濕的空氣排出。通過隨時(shí)間通入少量水洗滌然后回收好氧性區(qū)域5b中生成的過剩的堿性水溶液。所述裝置的有效容量是厭氧性區(qū)域5a(微生物反應(yīng)室)1500mL、好氧性區(qū)域5b(空氣反應(yīng)室)500mL;調(diào)節(jié)供給速度使得被處理液將具有15天的滯留時(shí)間,空氣將具有l(wèi)分鐘的滯留時(shí)間。陽極和陰極的總電極表面積設(shè)置為300cm2。在30°C的恒溫浴中實(shí)施試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1和對(duì)照系統(tǒng)1兩個(gè)系統(tǒng)中,電流密度和電壓在操作開始后的約30天(滯留時(shí)間的約兩倍)期間逐漸地變化,但實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1中的電流密度穩(wěn)定在約3.5A/m2,電壓穩(wěn)定在約0.5V。另一方面,對(duì)照系統(tǒng)1中的電流密度穩(wěn)定在約1.2A/m2,電壓穩(wěn)定在約0.3V。結(jié)果如表7所示。[表7]表7穩(wěn)定運(yùn)行期間的處理性能(60天中的平均值)<table>tableseeoriginaldocumentpage53</column></row><table>[實(shí)施例2][機(jī)械處理]與實(shí)施例1中相同,使用圖7中所示的實(shí)驗(yàn)用生物發(fā)電裝置5,操作圖2中所示的處理裝置(增溶容器3和聚合物降解容器103被設(shè)置在生物發(fā)電裝置5的上游)以實(shí)施處理(實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2),并將該系統(tǒng)在水處理和發(fā)電中的性能與使用圖2中所示、但不包括增溶容器3的處理裝置(對(duì)照系統(tǒng)2)進(jìn)行處理的情況相比較。<含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物>咖啡渣用作含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2中,在石臼上將增溶容器3中的咖啡渣粉碎為平均粒徑300微米的顆粒。然后,將10g粉碎的產(chǎn)品懸浮在1L自來水中,裝入搖瓶發(fā)酵器(聚合物降解容器103)中,植入自用于處理垃圾的兩相式甲垸發(fā)酵裝置中的酸發(fā)酵槽收集的污泥,并通過在5.0-6.0的pH和35°C下以50rpm的攪拌速度處理48小時(shí)降低分子量。在對(duì)照系統(tǒng)2中,在通過與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2中相同的處理(但它們不是被粉碎為較小的顆粒而是照原樣懸浮在1L自來水中)降低分子量后使用10g咖啡渣。測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2和對(duì)照系統(tǒng)2的生物發(fā)電裝置中流入液中的固體(SS)濃度、揮發(fā)性固體(VSS)濃度、總CODcr(T-CODcr)濃度、以及離心的(10000rpm,15min)上清液CODcr(S-CODcr)濃度,并對(duì)它們進(jìn)行HPLC(SHIMADZU)分析以測量濾液中的有機(jī)酸濃度;測量結(jié)果如表8所示。虔8]表8實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和對(duì)照系統(tǒng)生物發(fā)電裝置中的流入液的性質(zhì)_試驗(yàn)系統(tǒng)2_對(duì)照系統(tǒng)2~~SS(mg/L)11,19011,835~VSS(mg/L)11,16011,580T-CODcr(mg/L)18,13518,135S-CODcr(mg/L)6,4804,275有機(jī)酸(mg/L)3,8901,035如表8所示,與對(duì)照系統(tǒng)2相比,其中實(shí)施增溶處理的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2使得上清液中的CODcr的量以及濾液中的有機(jī)酸的量增加。由此可以得出結(jié)論,增溶處理有助于使所述有機(jī)固體污染物質(zhì)更容易分散或者溶解于液體中。向所述生物發(fā)電裝置供給增溶的被處理液(實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2)或者沒有進(jìn)行增溶處理的含有有機(jī)固體污泥物質(zhì)的廢棄物(對(duì)照系統(tǒng)2),使各供料通過調(diào)節(jié)至PH約7的厭氧性區(qū)域5a;然后通過處理液排出口排出處理液6。經(jīng)由空氣導(dǎo)入口64將調(diào)節(jié)至具有100%相對(duì)濕度的加濕的空氣供給入好氧性區(qū)域5b;通過排出口66將通過好氧性區(qū)域5b的加濕的空氣排出。通過隨時(shí)間通入少量水洗滌然后回收好氧性區(qū)域5b中生成的過剩的堿性水溶液。所述裝置的有效容量是厭氧性區(qū)域5a(微生物反應(yīng)室)1500mL、好氧性區(qū)域5b(空氣反應(yīng)室)500mL;調(diào)節(jié)供給速度使得被處理液將具有40天的滯留時(shí)間,空氣將具有l(wèi)分鐘的滯留時(shí)間。陽極和陰極的總電極表面積設(shè)置為300cm2。在30°C的恒溫浴中實(shí)施試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2和對(duì)照系統(tǒng)2兩個(gè)系統(tǒng)中,電流密度和電壓在操作開始后的約20天(滯留時(shí)間的約兩倍)期間逐漸地變化,但實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2中,在操作開始約20天以后,電流密度穩(wěn)定在約2.2A/m2,電壓穩(wěn)定在約0.5V。另一方面,對(duì)照系統(tǒng)2中的電流密度穩(wěn)定在約1.2A/m2,電壓穩(wěn)定在約0.2V。結(jié)果如表9所示。[表9]表9穩(wěn)定運(yùn)行期間的處理性能<table>tableseeoriginaldocumentpage55</column></row><table>使用圖7中所示的實(shí)驗(yàn)用生物發(fā)電裝置作為所述生物發(fā)電裝置5,操作圖8中所示的本發(fā)明處理裝置(聚合物降解容器被設(shè)置在生物發(fā)電裝置的上游)以處理含有有機(jī)聚合物的廢液(實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3),并將該系統(tǒng)在水處理和發(fā)電中的性能與僅使用圖7中所示的實(shí)驗(yàn)用生物發(fā)電裝置處理含有有機(jī)聚合物的廢液的情況(對(duì)照系統(tǒng)3)相比較。<分解有機(jī)聚合物的厭氧微生物富集培養(yǎng)物>將50mL使用葡萄糖作為碳源并具有如下表10所示的組分的培養(yǎng)基注入氮清洗的125-mL小瓶中,在添加lmL來自兩相式甲烷發(fā)酵的污泥后,在30°C的恒溫浴中實(shí)施加富培養(yǎng)2天直到獲得酸發(fā)酵細(xì)菌富集培養(yǎng)物。[表10]表10使用葡萄糖作為碳源的培養(yǎng)基<table>tableseeoriginaldocumentpage56</column></row><table>碳酸氫鈉2500氯化鈣二水合物100磷酸氫二鉀4000氯化鎂六水合物400自來水1L<處理試驗(yàn)〉使上述來自食品工廠的廢液進(jìn)入搖瓶發(fā)酵器(聚合物降解容器103)并植入分解有機(jī)聚合物的厭氧微生物的富集培養(yǎng)物。在聚合物降解容器103中,將已經(jīng)植入分解有機(jī)聚合物的微生物的來自食品工廠的廢水維持在5.0-6.0的pH,使其在35。C、50rpm的攪拌速度下反應(yīng)48小時(shí),直到來自食品工廠的廢水中的有機(jī)聚合物的分子量被降低。將如此獲得的包含較小分子量的有機(jī)物質(zhì)的分子量更小的被處理液供給入圖7中所示的生物發(fā)電裝置5中。在對(duì)照系統(tǒng)中,不使來自食品工廠的廢液通過聚合物降解容器103,而是直接供給入圖7中所示的生物發(fā)電裝置5中。在生物發(fā)電裝置5中,在所述方法中在開始操作之后10天中不更換厭氧性區(qū)域(微生物反應(yīng)室)中的液體,使得微生物將附著于厭氧性區(qū)域的內(nèi)壁,相反,將HandbookofmicrobialMedia(Atlas等,1997,CRCPress)中所述的Desulfiiromonas培養(yǎng)基(表5)載入?yún)捬跣詤^(qū)域5a(微生物反應(yīng)室)使得硫還原菌(電極活性微生物)將占優(yōu)勢(馴化期),以為隨后的系統(tǒng)操作作準(zhǔn)備。在開始自聚合物降解容器103將分子量更小的被處理液連續(xù)注入生物發(fā)電裝置5的厭氧性區(qū)域5a后為期10天的時(shí)間中操作生物發(fā)電裝置,其中分子量更小的被處理液以IO天的滯留時(shí)間停留在生物發(fā)電裝置5中(馴養(yǎng)期)。運(yùn)轉(zhuǎn)開始20天后,開始將生物發(fā)電裝置改變?yōu)檎_\(yùn)轉(zhuǎn),其中分子量更小的被處理液以5天的滯留時(shí)間停留在厭氧性區(qū)域5a中,期間測量陽極和陰極之間電流的量以及所述二電極間的電壓。糖胨取銨萄白提化葡蛋母氯酵在實(shí)施例3中,包括馴化期和馴養(yǎng)期,使陰極和陽極始終保持電氣連接。測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3和對(duì)照系統(tǒng)3生物發(fā)電裝置的流入液(在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3中流入液是分子量更小的被處理液)中的CODcr濃度(根據(jù)JISK0102工業(yè)排水試驗(yàn)法),還通過HPLC(SHIMADZU)測量濾液中的有機(jī)酸濃度;結(jié)果如表ll所示。[表ll]表11實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和對(duì)照系統(tǒng)生物發(fā)電裝置的流入液中的主要有機(jī)酸以及CODcr濃度_實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3對(duì)照系統(tǒng)3乙酸(mg/L)3200500乳酸(mg/L)1500150CODcr(mg/L)50006000向所述生物發(fā)電裝置供給分子量更小的被處理液(實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3)或者含有聚合物物質(zhì)的被處理液(對(duì)照系統(tǒng)3),使其通過調(diào)節(jié)至pH約7的厭氧性區(qū)域5a;然后通過處理液排出口排出處理液6。經(jīng)由空氣導(dǎo)入口64將調(diào)節(jié)至具有100%相對(duì)濕度的加濕的空氣供給入好氧性區(qū)域5b;通過排出口66將通過好氧性區(qū)域5b的加濕的空氣排出。通過隨時(shí)間通入少量水洗滌然后回收好氧性區(qū)域5b中生成的過剩的堿性水溶液。所述裝置的有效容量是厭氧性區(qū)域5a(微生物反應(yīng)室)1500mL、好氧性區(qū)域5b(空氣反應(yīng)室)500mL;調(diào)節(jié)供給速度使得被處理液將具有15天的滯留時(shí)間,空氣將具有l(wèi)分鐘的滯留時(shí)間。陽極和陰極的總電極表面積設(shè)置為300cm2。在30°C的恒溫浴中實(shí)施試驗(yàn)。將開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)的日期指定為第零天,隨時(shí)間記錄陽極-陰極電壓以及電流密度、以及所處理廢液中的CODcr濃度和有機(jī)酸(乙酸和乳酸)的濃度;結(jié)果如圖14中所示。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3中,從開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)后第零天至第40天,電流密度和電壓分別穩(wěn)定在約4.0A/m2和0.4V;開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)天CODcr濃度是約350mg/L,但其漸漸降低,直至在第20天達(dá)到約100mg/L。隨后為穩(wěn)態(tài),所述值穩(wěn)定在大約100mg/L。乙酸濃度的表現(xiàn)與CODcr濃度相似;其從250mg/L漸漸下降并在第20天達(dá)到約80mg/L。隨后為穩(wěn)態(tài),所述值保持穩(wěn)定。正常運(yùn)轉(zhuǎn)開始時(shí)乳酸濃度是約50mg/L,但其漸漸減少至在第20天為約20mg/L,此后是穩(wěn)態(tài)。盡管未顯示,每小時(shí)功率密度(電壓X電流+電極面積)是140k智m2。另一方面,在對(duì)照系統(tǒng)3中,電流密度從正常運(yùn)轉(zhuǎn)開始后的第零天至第15天非常緩慢地持續(xù)降低,從約3.2A/m2降低至2.0A/m2;其后,所述值穩(wěn)定在約2.0A/m2。在整個(gè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間電壓穩(wěn)定在約0.3V。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)開始之前第零天,CODcr濃度是約800mg/L,但正常運(yùn)轉(zhuǎn)開始后其顯示出增加的趨勢,并在第7天增長至約1600mg/L。其后,其非常緩慢地增加并在第20天達(dá)到約2500mg/L,后面是穩(wěn)態(tài)。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)開始之前第零天,乙酸和乳酸濃度分別為約300mg/L和150mg/L,但在正常運(yùn)轉(zhuǎn)開始后有機(jī)酸開始被消耗并且它們的濃度降低。在第20天以及其后,酸發(fā)酵細(xì)菌開始占優(yōu)勢,并且所述累積增加直至第40天為止。盡管未顯示,電極每單位面積的功率密度(電壓X電流+電極面積)是每小時(shí)約52-78kWh/m2。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3中,酸發(fā)酵在聚合物降解容器103中充分地進(jìn)行(有機(jī)聚合物的分子量充分地降低),因此厭氧性區(qū)域5a中硫還原菌(電極活性微生物)比酸發(fā)酵細(xì)菌(分解有機(jī)聚合物的微生物)占優(yōu)勢(COD以60的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化為電流)。另一方面,在對(duì)照系統(tǒng)3中,有機(jī)聚合物以高濃度存在于厭氧性區(qū)域5a中,因此酸發(fā)酵細(xì)菌超過硫還原菌而占優(yōu)勢;因此可以說所產(chǎn)生的電流密度在正常運(yùn)轉(zhuǎn)開始后立即開始減小,并且COD成分中的能量以比實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中低的效率轉(zhuǎn)化為電(COD以45%的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化為電流)。此外,在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)3中,處理水的CODcr濃度在正常運(yùn)轉(zhuǎn)開始后立即開始減小,并且在約10天中下降至約120mg/L。另一方面,在對(duì)照系統(tǒng)3中,處理水的CODcr濃度在正常運(yùn)轉(zhuǎn)開始后立即開始增加并且在約15天中超過2300mg/L。由此可見本發(fā)明用于處理含有有機(jī)聚合物的廢水的裝置展示出極高的水處理性能。[實(shí)施例4-6]將圖7中所示的實(shí)驗(yàn)用生物發(fā)電裝置與各種類型的后處理容器好氧性生物處理槽(實(shí)施例4)、第二生物發(fā)電裝置(實(shí)施例5)、或者間歇式活性污泥容器(實(shí)施例6)連接,并且將這些系統(tǒng)的水處理和發(fā)電性能與其中不進(jìn)行后處理(對(duì)照系統(tǒng)4)的情況相比。<第二生物發(fā)電裝置>除陽極外第二生物發(fā)電裝置的構(gòu)造與圖7的生物發(fā)電裝置相同,在開始運(yùn)行之前,將20mL的電極活性微生物富集培養(yǎng)物添加至厭氧性區(qū)域。復(fù)寫紙(ElectrochemInc.的EC-TP1-060)用作陽極材料,5-羥基-l,4-萘醌(5-H-l,4-NQ)用作被固定化在陽極上的電子介體。將5克Aldrich的5-H-l,4-NQ溶解在100mL20%(v/v)的氯磺酸/二氯甲烷溶液中,在室溫下在2mL濃硫酸的存在下進(jìn)行反應(yīng)20小時(shí),從而引入磺酰氯基團(tuán)。在單獨(dú)的步驟中,取樣10g的市售的VulcanXC-72R(Cabot)炭黑,使磺胺酸和亞硝酸鹽各10mmol作用于所述炭黑,從而通過重氮偶合反應(yīng)將磺酸基引入其中。使用草酰氯將引入的磺酸基轉(zhuǎn)化為磺酰氯。此外,在溶劑THF(四氫呋喃)中使1,3-丙二胺作用于所述炭黑以將氨基引入它的表面。通過滴定測定所得胺化的炭黑中引入的氨基的密度,結(jié)果為500timol/g。在50°C下在溶劑DMF(二甲基甲酰胺)中將20克所得胺化的炭黑、lOOmmol的5-H-l,4-NQ氯化物、以及8mL三乙胺反應(yīng)24小時(shí),干燥反應(yīng)產(chǎn)物。將干燥的反應(yīng)產(chǎn)物分散于5%Nafion(注冊(cè)商標(biāo))的異丙醇溶液中,涂覆在復(fù)寫紙(ElectrochemInc.的EC-TP1-060)上并干燥。所述陽極的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.10V。<被處理的水含有有機(jī)污染物的廢液>所述含有有機(jī)污染物的廢液是BOD為2g/L、主要由多糖組成的來自食品工廠的廢液,將其預(yù)先置入在缺氧狀態(tài)之下的搖瓶發(fā)酵器(聚合物降解容器),于此在pH5.0-6.0和35°C下以50rpm的攪拌速度對(duì)其進(jìn)行48小時(shí)的生物處理以降低分子量。如此制備的發(fā)電裝置的流入液(被處理的水)的BOD穩(wěn)定在大約1.7g/L。<生物發(fā)電裝置的運(yùn)行>在所述方法中在開始操作之后10天中不更換厭氧性區(qū)域(微生物反應(yīng)室)中的被處理的水,使得微生物將附著于厭氧性區(qū)域的內(nèi)壁,相反,將HandbookofmicrobialMedia(Atlas等,1997,CRCPress)中所述的Desulfiiromonas培養(yǎng)基(表5)載入?yún)捬跣詤^(qū)域5a(微生物反應(yīng)室)使得硫還原菌(電極活性微生物)將占優(yōu)勢(馴化)。隨后10天中,實(shí)施其中被處理的水以10天的滯留時(shí)間停留的馴養(yǎng)運(yùn)轉(zhuǎn),并且在運(yùn)轉(zhuǎn)開始20天后,將生物發(fā)電裝置改變?yōu)檎_\(yùn)轉(zhuǎn),其中被處理的水以3天的滯留時(shí)間停留在厭氧性區(qū)域中,期間測量陽極和陰極之間電流的量以及所述二電極間的電壓。在實(shí)施例4-6中,包括馴養(yǎng)期在內(nèi)陰極和陽極始終保持電氣連接,并且調(diào)節(jié)所述可變電阻以便產(chǎn)生最大量的電力。好氧性區(qū)域5a的設(shè)計(jì)使得調(diào)節(jié)至相對(duì)濕度為100°/。的加濕de相對(duì)濕度空氣將經(jīng)由空氣導(dǎo)入口67被供給入其中,以及將通過排出口66排出通過各好氧性區(qū)域5b的的加濕的空氣。通過隨時(shí)間通入少量水洗滌然后回收各好氧性區(qū)域5b中生成的過剩的堿性水溶液。所述生物發(fā)電裝置的有效容量是厭氧性區(qū)域5a(微生物反應(yīng)室)1300mL、好氧性區(qū)域5b(空氣反應(yīng)室)200mL;調(diào)節(jié)供給速度使得被處理的水將具有3天的滯留時(shí)間,空氣將具有1分鐘的滯留時(shí)間。陽極和陰極的總電極表面積設(shè)置為300cm2。在30°C的恒溫浴中實(shí)施試驗(yàn)。在該實(shí)施例中,生物發(fā)電裝置5以如上所述的方式構(gòu)造,后處理容器10如圖10所示排列,并且將在馴養(yǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間來自生物發(fā)電裝置5的處理水6供給入后處理容器310中后處理,從而提供二次處理水。所述后處理容器310的好氧性生物處理槽用下列方式構(gòu)造。制造有效容量為1L的曝氣容器并配備散氣管,空氣自底部以0.3L/min的速度通過。曝氣容器充有0.5LAtacs的發(fā)泡聚丙烯過濾介質(zhì)(平均粒徑3cm)作為微生物載體,用金屬網(wǎng)保持其位置使得其不會(huì)流出所述容器。此外,有效容量為1L的沉淀容器設(shè)置在曝氣容器的下游以保證僅上清水將被排出作為處理水。將來自污水處理廠曝氣槽的lOOmL污泥裝入曝氣容器,在添加各自量為0.5g/L和50mg/L的乙酸鈉和氯化銨后,實(shí)施曝氣5天。在該實(shí)施例中,生物發(fā)電裝置5以如上所述的方式構(gòu)造,后處理容器410如圖12所示排列,并且將在馴養(yǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間來自生物發(fā)電裝置5的處理水6供給入后處理容器410中后處理,從而提供二次處理水。作為所述后處理容器的第二生物發(fā)電裝置410的馴化和馴養(yǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)條件遵照生物發(fā)電裝置5的馴化和馴養(yǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)條件;將來自生物發(fā)電裝置5的處理水6通過第二生物發(fā)電裝置410使其以馴養(yǎng)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)方式,從而提供二次處理水。[實(shí)施例6]在該實(shí)施例中,通過間歇式活化污泥法以厭氧性和好氧性步驟的組合進(jìn)一步處理處理水6。用于實(shí)施所述間歇式活化污泥法的實(shí)驗(yàn)裝置是有效容量為400mL的反應(yīng)容器,其充有300mL收集自污水處理廠曝氣槽的活性污泥;使用該系統(tǒng)將具有如表12所示組分的人造污水基于以下周期馴化運(yùn)轉(zhuǎn)2周原水流入15分鐘(9.6mL/min);攪拌2小時(shí);攪拌并曝氣4.5小時(shí);沉淀45分鐘;以及排水和排泥30分鐘。在馴化運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后,將原水切換為處理水,實(shí)施同樣的間歇式操作。在將處理水容納于儲(chǔ)器中后,適當(dāng)時(shí)將其供給入間歇式活性污泥反應(yīng)容器以獲得二次處理水。[表12J<table>tableseeoriginaldocumentpage61</column></row><table>在對(duì)照系統(tǒng)4中,照此自生物發(fā)電裝置5收集處理水并用作二次處理水。<試驗(yàn)>在實(shí)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)30天的情況下,所述二次處理水的質(zhì)量在第10天以后穩(wěn)定,并且測量實(shí)施例4-6和對(duì)照系統(tǒng)4中所述二次處理水的BOD濃度以及其總磷和正磷(ortho-phosphorus)濃度;結(jié)果如表13所示。[表13]表13實(shí)施例以及對(duì)照系統(tǒng)中二次處理水的質(zhì)量<table>tableseeoriginaldocumentpage62</column></row><table>在其中實(shí)施用好氧性濾床處理作為后處理步驟的實(shí)施例4中、在其中使用第二生物發(fā)電裝置實(shí)施所述后處理步驟的實(shí)施例5中、以及在配備具有厭氧-好氧性步驟的間歇式生物處理容器的實(shí)施例6中,二次處理水的質(zhì)量為BOD始終不高于100mg/L。另一方面,在沒有后處理步驟的對(duì)照系統(tǒng)4中,二次處理水的BOD超過防止水污染法規(guī)定的150mg/L統(tǒng)一排水標(biāo)準(zhǔn)(日平均)。對(duì)于總磷以及正磷而言,認(rèn)為配備具有厭氧-好氧性步驟的間歇式生物處理容器的實(shí)施例6具有顯著的除去效果。在實(shí)施例4-6中的生物發(fā)電裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間記錄電壓以及電流的量,結(jié)果如表14所示。至于實(shí)施例5,還列出作為后處理容器的第二生物發(fā)電裝置中的電壓和電流的量。[表14]<table>tableseeoriginaldocumentpage62</column></row><table>在所有系統(tǒng)中,發(fā)電裝置產(chǎn)生了幾乎同等的電量。在實(shí)施例5中,使用第二生物發(fā)電裝置作為所述后處理容器實(shí)施發(fā)電,因此整個(gè)系統(tǒng)生成的電力的量比實(shí)施例4和6高約10%。上述結(jié)果說明,在處理包含有機(jī)污染物的廢水或者其它廢棄物同時(shí)生成電力的方法中加入后處理步驟有助于進(jìn)一步降低處理水中的污染負(fù)荷。[實(shí)施例7]評(píng)價(jià)使用圖7中所示的實(shí)驗(yàn)用生物發(fā)電裝置、以多孔石墨代替復(fù)寫紙作為陽極導(dǎo)電性基材的系統(tǒng)的電位不同的陽極的發(fā)電性能。對(duì)陽極進(jìn)行以下預(yù)處理將之間具有電源的導(dǎo)電性基材(多孔石墨)和相反電極以導(dǎo)線連接,并浸入20%硫酸水溶液中,并且以所述石墨作為陽極,在30-60mA/cn^的電極電流密度下實(shí)施電解氧化反應(yīng)30分鐘至1小時(shí)。通過該處理,將羧基和羥基引入至石墨表面。所引入的羧基的量可以通過測量例如所消耗的碳酸氫鈉推斷。引入羧基的石墨又與二胺反應(yīng)以引入氨基。具體地說,將引入羧基的石墨板浸于所引入羧基100倍摩爾量的二氯甲烷和草酰氯中,并添加幾滴二甲基甲酰胺;然后在室溫?cái)嚢柘路磻?yīng)約4小時(shí)從而將上述羧基轉(zhuǎn)化為?;取F浜?,用二氯甲烷洗滌所述石墨板,干燥并轉(zhuǎn)移入溶劑四氫呋喃中。如上所述向所述溶劑中添加約100摩爾的1,3-丙二胺,并在室溫?cái)嚢柘路磻?yīng)約12小時(shí)從而引入氨基。將蒽醌-2,6-二磺酸(AQDS,E0'=-185mV)(實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)7-l)、或者酸性靛藍(lán)(Eo'=-125mV)(對(duì)照系統(tǒng)7-l)或者5-羥基-l,4-萘醌(5-H-l,4-NQ,Eo'=-3mV)(對(duì)照系統(tǒng)7-2)固定化在如此引入氨基的石墨上,以使用所述石墨作為陽極。在其它系統(tǒng)中,不進(jìn)一步處理所述引入羧基的石墨,而是將2-甲基-5-氨基-l,4-萘酉昆(2-M-5-A-l,4-NQ)(實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)7-2)或者中性紅(E0'=-325mV)(對(duì)照系統(tǒng)7-3)固定化至所述用作陽極的石墨。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)7-l中,在將其通過以下方法轉(zhuǎn)化為磺酰氯后使用AQDS。將一摩爾AQDS與4摩爾環(huán)丁砜在4摩爾溶劑磷酰氯中在70。C反應(yīng)24小時(shí),從而將所述磺酸基轉(zhuǎn)化為磺酰氯。將產(chǎn)品冷卻、過濾、先用冰水再用甲醇洗滌、并干燥以獲得AQDS氯化物的黃色粉末。根據(jù)FTIR中磺酰氯峰的大小并通過元素分析確認(rèn)如此制備的AQDS氯化物的純度。將引入氨基的石墨(導(dǎo)電性基材)浸在輕微攪動(dòng)下的四氫呋喃中,添加相對(duì)于氨基過量的通過如上所述的方法制備的AQDS氯化物;在5倍于所添加的磺酰氯的摩爾量的三乙胺的存在下,在室溫下反應(yīng)約12小時(shí),從而在石墨與電子傳遞介質(zhì)之間形成磺酰胺結(jié)合。將產(chǎn)品用甲醇洗滌、與水反應(yīng)24小時(shí)或者更長,然后干燥以得到用于生物發(fā)電的陽極。在pH7的水溶液中向該陽極施加電位,其中所述外加電位自-0.25V改變至-0.15V(氫標(biāo)準(zhǔn)電極電位),從而產(chǎn)生大大地高于用未經(jīng)處理的石墨將觀察到的靜電電流的電流;因此,可以斷定所述陽極具有-0.25V與-0.15V之間的標(biāo)準(zhǔn)電極電位Eo'。將引入羧基的石墨浸在輕微攪動(dòng)下的二甲基甲酰胺中,添加相對(duì)于羧基過量(超過100摩爾%)的2-M-5-A-l,4-NQ;在雙環(huán)己基碳二亞胺的存在下在室溫下實(shí)施反應(yīng)72小時(shí),從而在2-M-5-A-l,4-NQ中的氨基與石墨上的羧基之間形成酰胺結(jié)合,使得電子介體被固定化在石墨表面上。先用二甲基甲酰胺再用甲醇洗滌產(chǎn)品,并且干燥以制備用于生物發(fā)電的陽極。在pH7的水溶液中向該陽極施加電位,其中所述外加電位自-0.15V改變至-0.13V(氫標(biāo)準(zhǔn)電極電位),從而產(chǎn)生大大地高于用未經(jīng)處理的石墨將觀察到的靜電電流的電流;因此,可以斷定所述陽極具有-0.15V與-0.13V之間的標(biāo)準(zhǔn)電極電位Eo'。在對(duì)照系統(tǒng)7-1中,在將其通過以下方法轉(zhuǎn)化為磺酰氯后使用酸性靛將一摩爾酸性靛藍(lán)與4摩爾環(huán)丁砜在4摩爾溶劑磷酰氯中在70。C反應(yīng)24小時(shí),從而將所述磺酸基轉(zhuǎn)化為磺酰氯。將產(chǎn)品冷卻、過濾、先用冰水洗滌再干燥以獲得酸性靛藍(lán)氯化物的藍(lán)色粉末。將引入氨基的石墨(導(dǎo)電性基材)浸在輕微攪動(dòng)下的四氫呋喃中,添加相對(duì)于氨基過量(超過100moiy。)的上述酸性靛藍(lán)氯化物;在5倍于所添加的酸性靛藍(lán)氯化物的摩爾量的三乙胺的存在下,在室溫下反應(yīng)約12小時(shí),從而在氨基與酸性靛藍(lán)氯化物之間形成磺酰胺結(jié)合以引入電子介體。用甲醇再用水洗滌產(chǎn)品,并且干燥以得到用于生物發(fā)電的陽極。在pH7的水溶液中向該陽極施加電位,其中所述外加電位自-0.13V改變至-0.10V(氫標(biāo)準(zhǔn)電極電位),從而產(chǎn)生大大地高于用未經(jīng)處理的石墨將觀察到的靜電電流的電流;因此,可以斷定所述陽極具有-0.13V與-0.10V之間的標(biāo)準(zhǔn)電極電位Eo'。在對(duì)照系統(tǒng)7-2中,在將其通過以下方法轉(zhuǎn)化為磺酰氯后使用5-H-l,4-NQ。將5克Aldrich制造的5-H-l,4-NQ溶解在100mL20%(v/v)的氯磺酸/二氯甲烷溶液中,在室溫下在2mL濃硫酸的存在下實(shí)施反應(yīng)20小時(shí),從而引入磺酰氯基團(tuán)。將引入氨基的石墨(導(dǎo)電性基材)浸在輕微攪動(dòng)下的四氫呋喃中,添加相對(duì)于氨基過量(超過100mol。/c)的上述5-H-l,4-NQ;在5倍于所添加的5-H-l,4-NQ的摩爾量的三乙胺的存在下,在室溫下反應(yīng)約12小時(shí),從而在親水聚合物與5-H-l,4-NQ之間形成磺酰胺結(jié)合以引入電子介體。用甲醇洗滌產(chǎn)品,并且干燥以得到用于生物發(fā)電的陽極。在pH7的水溶液中向該陽極施加電位,其中所述外加電位自-0.10V改變至+0.05V(氫標(biāo)準(zhǔn)電極電位),從而產(chǎn)生大大地高于用未經(jīng)處理的石墨將觀察到的靜電電流的電流;因此可以斷定所述陽極具有-0.10V與+0.05V之間的標(biāo)準(zhǔn)電極電位Eo'。將引入羧基的石墨浸在輕微攪動(dòng)下的二甲基甲酰胺中,添加相對(duì)于羧基過量(超過100摩爾%)的中性紅;在雙環(huán)己基碳二亞胺的存在下在室溫下實(shí)施反應(yīng)72小時(shí),從而在中性紅的氨基與石墨上的羧基之間形成酰胺結(jié)合,以固定化電子介體。先用二甲基甲酰胺再用甲醇洗滌產(chǎn)品,并且干燥以制備用于生物發(fā)電的陽極。在pH7的水溶液中向該陽極施加電位,其中所述外加電位自-0.45V改變至-0.28V(氫標(biāo)準(zhǔn)電極電位),從而產(chǎn)生大大地高于用未經(jīng)處理的石墨將觀察到的靜電電流的電流;因此可以斷定所述陽極具有-0.45V與-0.28V之間的標(biāo)準(zhǔn)電極電位EQ'。<發(fā)電性能>使用在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)7-l和7-2、以及在對(duì)照系統(tǒng)7-l、7-2和7-3中制備的陽極,用圖7中所示的生物發(fā)電裝置實(shí)施發(fā)電測試,結(jié)果如表15所示。在實(shí)施例7中,通過在O.lmol/L的葡萄糖溶液中混合0.01g/L的酵母提取物制備的含有水的有機(jī)物質(zhì)的模型(model)用作基質(zhì)溶液。在所述方法中在開始運(yùn)轉(zhuǎn)之后IO天中不更換厭氧性區(qū)域(生物反應(yīng)室)中的液體,使得生物體將附著于厭氧性區(qū)域的內(nèi)壁,相反,將上述的Desulfijromonas培養(yǎng)基(表5)載入?yún)捬跣詤^(qū)域(生物反應(yīng)室)使得硫還原菌將占優(yōu)勢。在運(yùn)轉(zhuǎn)開始后第10天,開始實(shí)施其中基質(zhì)溶液以2天的滯留時(shí)間停留的馴養(yǎng)運(yùn)轉(zhuǎn),并且在運(yùn)轉(zhuǎn)開始后第20天,開始實(shí)施正常運(yùn)轉(zhuǎn),其中基質(zhì)溶液以500分鐘的滯留時(shí)間停留在厭氧性區(qū)域中,期間測量陽極和陰極之間電流的量以及所述二電極間的電壓。注意是以0.5分鐘的滯留時(shí)間向好氧性區(qū)域中供給空氣。[表15]表15發(fā)電試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage66</column></row><table>從表15所示的結(jié)果可見,根據(jù)產(chǎn)生的電氣輸出功率,本發(fā)明所要求保護(hù)的陽極標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')在-0.13至-0.28V范圍之內(nèi)的情況(實(shí)驗(yàn)系統(tǒng))優(yōu)于要求保護(hù)的范圍之外的情況(對(duì)照系統(tǒng)),并產(chǎn)生多4-100倍的電力。比較實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)7-1和7-2,前者顯示比后者約多2.6倍的輸出功率;這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)系統(tǒng)7-l中的陽極的標(biāo)準(zhǔn)電極電位在-0.25至-0.15V的范圍內(nèi)而實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)7-2中的陽極的標(biāo)準(zhǔn)電極電位在-0.15至-0.13V的更高的范圍內(nèi)。由這些結(jié)果可見,就發(fā)電性能方面而言,陽極在pH7下的標(biāo)準(zhǔn)電極電位設(shè)置在-0.13至-0.28¥的范圍內(nèi)、優(yōu)選在-0.15V至-0,27V的范圍內(nèi)是有利的。工業(yè)實(shí)用性如果應(yīng)用于處理含有有機(jī)污染物例如廢水、廢液、人糞尿、食品廢棄物和污泥的有機(jī)廢水和廢棄物,本發(fā)明可以有效地產(chǎn)生電能同時(shí)處理包含有機(jī)聚合物的廢水或者廢棄物。權(quán)利要求1.生物發(fā)電裝置,其包括含有在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物、以及具有電子介體固定化在其上且在pH7下具有在-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電極電位(E0′)的陽極的厭氧性區(qū)域;含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域;以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜。2.如權(quán)利要求1所述的生物發(fā)電裝置,所述具有電子介體固定化在其上的陽極具有至少一種選自以下組中的電子介體固定化在電極基材上蒽醌衍生物、萘醌衍生物、苯醌衍生物、以及異咯嗪衍生物。3.如權(quán)利要求2所述的生物發(fā)電裝置,其中所述電子介體是選自以下組中的至少一種蒽醌羧酸類(AQC)、氨基蒽醌類(AAQ)、二氨基蒽醌類(DAAQ)、蒽醌磺酸類(AQS)、二氨基蒽醌磺酸類(DAAQS)、蒽醌二磺酸類(AQDS)、二氨基蒽醌二磺酸類(DAAQDS)、乙基蒽醌類(EAQ)、甲基萘醌類(MNQ)、甲基氨基萘醌類(MANQ)、溴甲基氨基萘醌類(BrMANQ)、二甲基萘醌類(DMNQ)、二甲基氨基萘醌類(DMANQ)、拉帕醌(LpQ)、羥基(甲基丁烯基)氨基萘醌類(AlpQ)、萘醌磺酸類(NQS)、三甲基氨基苯醌類(TMABQ)、黃素單核苷酸(FMN)以及其衍生物。4.使用如權(quán)利要求1-3之一所述的生物發(fā)電裝置處理有機(jī)廢棄物的方法。5.使用生物發(fā)電裝置處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的方法,所述生物發(fā)電裝置包括含有能夠在缺氧狀態(tài)之下生長的微生物和具有電子介體固定化在其上并且在pH7具有-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜,其特征在于所述方法包括增溶步驟,其中所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物中的有機(jī)固體污染物質(zhì)被增溶以形成包含增溶的有機(jī)物質(zhì)的被處理液(增溶的被處理液);以及生物發(fā)電步驟,其中所述增溶的被處理液被供給入所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域,使得使用所述厭氧性區(qū)域內(nèi)增溶的有機(jī)物質(zhì)作為電子供體的通過微生物進(jìn)行的氧化反應(yīng)、以及使用所述好氧性區(qū)域內(nèi)的氧作為電子受體的還原反應(yīng)得以進(jìn)行,從而降低所述增溶的被處理液中的污染負(fù)荷同時(shí)生成電。6.如權(quán)利要求5所述的處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的方法,其特征在于所述增溶步驟是通過至少一種選自以下的方法實(shí)施機(jī)械破碎、超聲波粉碎、熱處理、水熱電解處理、酸或者堿處理、以及氧化處理。7.用于處理含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物的裝置,其特征在于包括增溶容器,其中所述含有有機(jī)固體污染物質(zhì)的廢棄物中的有機(jī)固體污染物質(zhì)被增溶以形成包含增溶的有機(jī)物質(zhì)的被處理液(增溶的被處理液);以及生物發(fā)電裝置,其包括配備有用于接收所述增溶的被處理液的接收入口并且包含在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物以及具有電子介體固定化在其上且在pH7下具有在-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(E。')的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧以及陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域與好氧性區(qū)域的隔膜。8.使用生物發(fā)電裝置處理含有有機(jī)聚合物的廢液的方法,所述生物發(fā)電裝置包括含有能夠在缺氧狀態(tài)之下生長的微生物和具有電子介體固定化在其上并且在pH7具有-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(E。')的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜,其特征在于所述方法包括聚合物降解步驟,其中所述含有有機(jī)聚合物的廢液中的有機(jī)聚合物的分子量被降低以形成包含分子量降低的有機(jī)物質(zhì)的被處理液(分子量更小的被處理液);以及生物發(fā)電步驟,其中所述分子量更小的被處理液被供給入生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域,使得使用厭氧性區(qū)域內(nèi)分子量降低的有機(jī)物質(zhì)作為電子供體的通過電極活性微生物進(jìn)行的氧化反應(yīng)以及使用好氧性區(qū)域內(nèi)的氧作為電子受體的還原反應(yīng)得以進(jìn)行,從而降低所述分子量更小的被處理液中的污染負(fù)荷同時(shí)生成電。9.如權(quán)利要求8所述的處理含有有機(jī)聚合物的廢液的方法,其特征在于在聚合物降解步驟中,通過使用厭氧微生物代謝反應(yīng)的生物處理或者通過使用酶分解反應(yīng)的酶促反應(yīng)降低所述有機(jī)聚合物的分子量。10.如權(quán)利要求9所述的處理含有有機(jī)聚合物的廢液的方法,其特征在于在聚合物降解步驟中,降低所述有機(jī)聚合物的分子量以主要成為揮發(fā)性的有機(jī)酸。11.如權(quán)利要求8-10之一所述的處理含有有機(jī)聚合物的廢液的方法,其特征在于在所述聚合物降解步驟中,所述含有有機(jī)聚合物的廢液的pH控制在4.0至6.5的范圍內(nèi)。12.如權(quán)利要求11所述的處理含有有機(jī)聚合物的廢液的方法,其特征在于在聚合物降解步驟,從生物發(fā)電裝置的好氧性區(qū)域回收堿性溶液并向厭氧性區(qū)域中供給所回收的堿性溶液,由此控制所述含有有機(jī)聚合物的廢液的pH。13.用于處理含有有機(jī)聚合物的廢液的裝置,其包括聚合物降解容器,其中所述含有有機(jī)聚合物的廢棄物中的有機(jī)聚合物的分子量被降低以形成包含分子量已經(jīng)降低的有機(jī)物質(zhì)的分子量更小的被處理液(分子量更小的被處理液);以及生物發(fā)電裝置,其包括配備有用于接收所述分子量更小的被處理液的接收入口并且包含在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物以及具有電子介體固定化在其上且在pH7下具有在-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧以及陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域與好氧性區(qū)域的隔膜。14.如權(quán)利要求13所述的用于處理含有有機(jī)聚合物的廢液的裝置,其進(jìn)一步包括用于自好氧性區(qū)域回收堿性溶液的堿性溶液回收容器;以及用于將所回收的堿性溶液供給入聚合物降解容器的堿性溶液供給機(jī)制。15.使用生物發(fā)電裝置處理含有有機(jī)污染物的廢液的方法,所述生物發(fā)電裝置包括含有能夠在缺氧狀態(tài)之下生長的微生物和具有電子介體固定化在其上并且在pH7具有-0.13V至-0.28¥范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Eo')的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜,所述方法包括生物發(fā)電步驟,其中含有有機(jī)污染物的廢液被供給入所述生物發(fā)電裝置的厭氧性區(qū)域,使得使用所述厭氧性區(qū)域內(nèi)的有機(jī)污染物作為電子供體的通過微生物進(jìn)行的氧化反應(yīng)和使用好氧性區(qū)域內(nèi)的氧作為電子受體的還原反應(yīng)得以進(jìn)行,從而降低所述含有有機(jī)污染物的廢液中的污染負(fù)荷同時(shí)生成電;以及后處理步驟,其中通過所述生物發(fā)電步驟獲得的處理水中的污染負(fù)荷被進(jìn)一步降低。16.如權(quán)利要求15所述的處理含有有機(jī)污染物的廢液的方法,其中所述污染負(fù)荷通過至少一種選自以下的指標(biāo)評(píng)價(jià)BOD(生化需氧量)、COD(化學(xué)需氧量)、氮濃度、以及磷濃度。17.如權(quán)利要求15或16所述的處理含有有機(jī)污染物的廢液的方法,其中所述后處理步驟為以下組中的至少一種絮凝和沉淀步驟、活性炭過濾步驟、通過好氧性微生物進(jìn)行分解處理的步驟、通過厭氧微生物進(jìn)行分解處理的步驟、脫氮步驟、脫磷步驟、酸分解步驟、以及通過電極活性微生物進(jìn)行氧化還原處理的步驟。18.如權(quán)利要求15或16所述的處理含有有機(jī)污染物的廢液的方法,其中所述后處理步驟是通過電極活性微生物進(jìn)行的氧化還原處理步驟,在所述氧化還原處理步驟中,來自生物發(fā)電裝置的處理水被供給入?yún)捬跣詤^(qū)域,使得使用厭氧性區(qū)域內(nèi)的處理水作為電子供體的通過微生物進(jìn)行的氧化反應(yīng)以及使用好氧性區(qū)域內(nèi)的氧作為電子受體的還原反應(yīng)得以進(jìn)行,從而降低所述處理水中的污染負(fù)荷。19.如權(quán)利要求18所述的處理含有有機(jī)污染物的廢液的方法,其中作為所述后處理步驟的所述通過電極活性微生物進(jìn)行的氧化還原處理步驟使用具有比用于生物發(fā)電步驟的陽極更高的標(biāo)準(zhǔn)電極電位的第二陽極。20.用于處理含有有機(jī)污染物的廢液的裝置,其包括生物發(fā)電裝置,其包括含有在缺氧狀態(tài)之下能夠生長的微生物以及具有電子介體固定化在其上且在pH7下具有在-0.13V至-0.28¥范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電極電位(Ec')的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜;以及用于進(jìn)一步降低來自所述生物發(fā)電裝置的處理水中的污染負(fù)荷的后處理容器。21.如權(quán)利要求20所述的用于處理含有有機(jī)污染物的廢液的裝置,其中所述后處理容器為以下組中的至少一種絮凝和沉淀容器、活性炭過濾容器、通過好氧性微生物進(jìn)行分解處理的容器、通過厭氧微生物進(jìn)行分解處理的容器、脫氮容器、脫磷容器、酸分解容器、以及生物發(fā)電容器。22.如權(quán)利要求20所述的用于處理含有有機(jī)污染物的廢液的裝置,其中所述后處理容器為第二生物發(fā)電裝置,其包括包含所述電極活性微生物以及具有電子介體固定化在其上的陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧以及陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域以及好氧性區(qū)域的隔膜。23.如權(quán)利要求20所述的用于處理含有有機(jī)污染物的廢液的裝置,其中所述后處理容器為第二生物發(fā)電裝置,其包括含有電極活性微生物以及具有電子介體固定化在其上并且比所述生物發(fā)電裝置中具有電極介體固定化在其上的陽極具有更高的標(biāo)準(zhǔn)電極電位的第二陽極的厭氧性區(qū)域、含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域、以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜。24.如權(quán)利要求22或23所述的用于處理含有有機(jī)污染物的廢液的裝置,所述固定化在發(fā)電裝置中的陽極的電子介體為選自以下組中的至少一種蒽醌衍生物、萘醌衍生物、苯醌衍生物、以及異咯嗪衍生物;以及所述固定化在第二生物發(fā)電裝置中的陽極的電子介體為選自以下組中的至少一種蒽醌衍生物、萘醌衍生物、苯醌衍生物、異咯嗪衍生物、泛醌衍生物、細(xì)胞色素衍生物、以及富含鐵的蒙脫石衍生物。25.如權(quán)利要求22或23所述的用于處理含有有機(jī)污染物的廢液的裝置,其中所述固定化在發(fā)電裝置的陽極上的電子介體是選自以下組中的至少一種蒽醌羧酸類(AQC)、氨基蒽醌類(AAQ)、二氨基蒽醌類(DAAQ)、蒽醌磺酸類(AQS)、二氨基蒽醌磺酸類(DAAQS)、蒽醌二磺酸類(AQDS)、二氨基蒽醌二磺酸類(DAAQDS)、乙基蒽醌類(EAQ)、甲基萘醌類(MNQ)、甲基氨基萘醌類(MANQ)、溴甲基氨基萘醌類(BrMANQ)、二甲基萘醌類(DMNQ)、二甲基氨基萘醌類(DMANQ)、拉帕醌(LpQ)、羥基(甲基丁烯基)氨基萘醌類(AlpQ)、萘醌磺酸類(NQS)、三甲基氨基苯醌類(TMABQ)、黃素單核苷酸(FMN)以及其衍生物;以及所述固定化在第二生物發(fā)電裝置的陽極上的電子介體是選自以下組中的至少一種蒽醌羧酸類(AQC)、氨基蒽醌類(AAQ)、二氨基蒽醌類(DAAQ)、蒽醌磺酸類(AQS)、二氨基蒽醌磺酸類(DAAQS)、蒽醌二磺酸類(AQDS)、二氨基蒽醌二磺酸類(DAAQDS)、乙基蒽醌類(EAQ)、甲基萘醌類(MNQ)、甲基氨基萘醌類(MANQ)、溴甲基氨基萘醌類(BrMANQ)、二甲基萘醌類(DMNQ)、二甲基氨基萘醌類(DMANQ)、拉帕醌(LpQ)、羥基(甲基丁烯基)氨基萘醌類(AlpQ)、萘醌磺酸類(NQS)、三甲基氨基苯醌類(TMABQ)、黃素單核苷酸(FMN)、泛醌(UQ)、1,4-苯醌(1,4-BQ)、細(xì)胞色素a、細(xì)胞色素b、細(xì)胞色素c、綠脫石、以及其衍生物。26.如權(quán)利要求22或23所述的用于處理含有有機(jī)污染物的廢液的裝置,其中在第二生物發(fā)電裝置中所述陽極以及陰極經(jīng)直接導(dǎo)線連接以形成閉合電路。全文摘要本發(fā)明公開了一種生物發(fā)電裝置以及使用該生物發(fā)電裝置處理有機(jī)廢棄物的方法,所述生物發(fā)電裝置包括含有能夠在缺氧狀態(tài)之下生長的微生物和具有電子介體固定化在其上并且在pH7具有-0.13V至-0.28V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(E<sub>0</sub>′)的陽極的厭氧性區(qū)域,和含有分子氧和陰極的好氧性區(qū)域,以及限定所述厭氧性區(qū)域和所述好氧性區(qū)域的隔膜。文檔編號(hào)B09B3/00GK101317297SQ200680044430公開日2008年12月3日申請(qǐng)日期2006年9月27日優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日發(fā)明者下村達(dá)夫,宮晶子,足立昌則申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所
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