專利名稱：一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水資源處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處 理工藝及裝置。
背景技術(shù)：
水是人類賴以生存的重要自然資源。全球水環(huán)境的惡化和嚴(yán)重的能源危機(jī)， 迫切要求高效低耗的污水資源化技術(shù)，以緩解水資源的短缺和對能源的需求。地
球十.水的總儲(chǔ)量中97%是咸水(包括海水和苦咸水)，向大海和鹽水湖索取淡水， 緩解日趨嚴(yán)重的世界性水危機(jī)，不僅已在全球科技界形成共識(shí),也已成為各臨海國 家的政府主張與開發(fā)新水源的對策。目前海水淡化已遍及全世界125個(gè)國家和地 區(qū)，淡化水大約養(yǎng)活世界5%的人口，其中蒸餾法、電滲析、超濾-反滲透等是目 前主要的淡化工藝，這些工藝處理效率很高，但是隨之而來的就是高額的電耗。 微生物燃料電池(Microbial fbel cell,簡稱MFC)是近年來發(fā)展起來的污水 處理新技術(shù)，由陽極、分隔膜和陰極三部分組成，它的基本原理是以產(chǎn)電微生物 的作用下，在陽極氧化去除污染物，將其化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，在處理污水的同時(shí) 產(chǎn)電。從2002年到現(xiàn)在，MFC輸出功率提高了近萬倍，初步顯示出光明、誘人 的應(yīng)用前景。常規(guī)的MFC研究思路是利用外電路的電流，但是在內(nèi)電路，存在 相同大小的內(nèi)電流；借鑒電滲析的原理，我們將內(nèi)部的單一陽離子交換膜替換為 陽離子和陰離子兩套膜，形成中間腔室，在中間腔室加入鹽水，則可以利用MFC 的內(nèi)電流在處理污水、產(chǎn)電的同時(shí)脫鹽，實(shí)現(xiàn)三效合一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以微生物燃料電池技術(shù)為基礎(chǔ)，目的在于利用MFC同時(shí)實(shí)現(xiàn)處理污 水，產(chǎn)電以及脫鹽過程。本發(fā)明提供了一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理工藝， 其特征在于，包括以下步驟 (a)安裝設(shè)備；
4(b) 污水進(jìn)入陽極室A，在產(chǎn)電微生物的作用下氧化去除污水中的污染物， 產(chǎn)電微生物將呼吸鏈的電于傳遞到陽極4，外電路電流方向?yàn)閺年帢O5流向陽極 4;
(c) 內(nèi)電路電流方向?yàn)閺年枠O4流向陰極5，含鹽水連續(xù)流入中間脫鹽室B， 由于陰膜2和陽膜3的選擇性，陰離子和陽離子在電驅(qū)動(dòng)力作用卜'，分別穿過陰 膜2和陽膜3到達(dá)陽極室A和陰極室C，實(shí)現(xiàn)脫鹽過程；
(d) 外電路的電子到達(dá)陰極5與電子受體結(jié)合，發(fā)生還原反應(yīng)，完成產(chǎn)電過程。
所述污水為可生化處理的有機(jī)廢水。 所述產(chǎn)電微生物的種類包括geobacter和shewanella。 所述含鹽水包括海水或苦咸水，含鹽量為5-35g/L。
所述電子受體包括化學(xué)催化還原的氧氣、鐵氰化鉀以及微生物催化還原的氧 氣、硝酸鹽、二氧化碳。
本發(fā)明還提供了一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理裝置，其特征在于，陰膜 2和陽膜3將微生物燃料電池1分為陽極室A、中間脫鹽室B和陰極室C;在陽 極室A內(nèi)設(shè)置陽極4，在陰極室C內(nèi)設(shè)置陰極5，并在陽極4上布置產(chǎn)電微生物 膜6。
所述陰膜2和陽膜3為透過率不小于90%的無毒的工業(yè)用電滲析離子交換 膜，厚度為0.2~0.5mm，爆破強(qiáng)度不小于0.3MPa。
所述陽極4上的產(chǎn)電微生物膜6的厚度為20 S0^im。
所述陽極室A內(nèi)陽極4及填充材料包括石墨顆?；蛱?xì)郑椒秶鸀閘-5mm。
所述陰極室C內(nèi)陰極5及填充材料包括石墨顆粒或碳?xì)?，粒徑范圍為l-5mm。
本發(fā)明的有益效果為利用微生物燃料電池(MFC)的內(nèi)電流在處理污水、 產(chǎn)電的同時(shí)脫鹽，實(shí)現(xiàn)三效合一；本發(fā)明所述工藝簡單，易操作，能耗低且效率 高；所述裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于工業(yè)生產(chǎn)及使用。


圖1為本發(fā)明所述脫鹽微生物燃料電池的原理示意圖。 圖中標(biāo)號(hào)
l-微生物燃料電池；2-陰膜；3-陽膜；4-陽極；5-陰極；6-產(chǎn)電微生物膜。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理工藝及裝置，下面結(jié)合附圖 說明和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
圖1為本發(fā)明所述脫鹽微生物燃料電池的原理示意圖。陰膜2和陽膜3將微 生物燃料電池1分為陽極室A、中間脫鹽室B和陰極室C，其中，陰膜2和陽膜 3采用透過率為95%的無毒的工業(yè)用電滲析離子交換膜，厚度為0.3mm，爆破強(qiáng) 度為0.5MPa;在陽極室A內(nèi)設(shè)置陽極4，在陰極室C內(nèi)設(shè)置陰極5，并在陽極4 上布置厚度為40pm的產(chǎn)電微生物膜6，產(chǎn)電微生物使用geobacter，其中，陽極 4、陰極5以及陽極室A和陰極室B內(nèi)的填充材料均為碳?xì)?，粒徑范圍?-5 mm， 陽極室A和陰極室B內(nèi)的填充材料可以增大產(chǎn)電微生物的附著面積和陰極面積， 提高電流。
安裝完成設(shè)備后，陽極室A保持厭氧狀態(tài)，可生化處理的有機(jī)廢水進(jìn)入陽極 室A，在產(chǎn)電微生物的作用下氧化去除污水中的污染物，產(chǎn)電微生物將呼吸鏈的 電子傳遞到陽極4，外電路電流方向?yàn)閺年帢O5流向陽極4;內(nèi)電路電流方向?yàn)?從陽極4流向陰極5，含鹽量為20g/L的海水連續(xù)流入中間脫鹽室B，由于陰膜2 和陽膜3的選擇性，陰離子和陽離子在電驅(qū)動(dòng)力作用下，分別穿過陰膜2和陽膜 3到達(dá)陽極室A和陰極室C，實(shí)現(xiàn)脫鹽過程；外電路的電子到達(dá)陰極5與電子受 體結(jié)合，發(fā)生還原反應(yīng)，完成產(chǎn)電過程。
目前此MFC輸出功率約為300W/m3，污水處理負(fù)荷5kg/m3d，運(yùn)行電流約 100 mA，對應(yīng)的脫鹽速率為90mM/d，隨著MFC技術(shù)的進(jìn)步，電流的增加將不 斷的提高脫鹽速率。
權(quán)利要求
1. 一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理工藝，其特征在于，包括以下步驟(a)安裝設(shè)備；(b)污水進(jìn)入陽極室(A)，在產(chǎn)電微生物的作用下氧化去除污水中的污染物，產(chǎn)電微生物將呼吸鏈的電子傳遞到陽極(4)，外電路電流方向?yàn)閺年帢O(5)流向陽極(4)；(c)內(nèi)電路電流方向?yàn)閺年枠O(4)流向陰極(5)，含鹽水連續(xù)流入中間脫鹽室(B)，由于陰膜(2)和陽膜(3)的選擇性，陰離子和陽離子在電驅(qū)動(dòng)力作用下，分別穿過陰膜(2)和陽膜(3)到達(dá)陽極室(A)和陰極室(C)，實(shí)現(xiàn)脫鹽過程；(d)外電路的電子到達(dá)陰極(5)與電子受體結(jié)合，發(fā)生還原反應(yīng)，完成產(chǎn)電過程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理工藝，其特征 在于，所述污水為可生化處理的有機(jī)廢水。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理工藝，其特征 在于，所述產(chǎn)電微生物的種類包括geobacter和shewanella。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理工藝，其特征 在于，所述含鹽水包括海水或苦咸水，含鹽量為5-35g/L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理工藝，其特征 在于，所述電子受體包括化學(xué)催化還原的氧氣、鐵氰化鉀以及微生物催化還原的 氧氣、硝酸鹽、二氧化碳。
6. —種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理裝置，其特征在于，陰膜(2)和陽膜 (3)將微生物燃料電池(1)分為陽極室(A)、中間脫鹽室(B)和陰極室(C);在陽極室(A)內(nèi)設(shè)置陽極(4)，在陰極室(C)內(nèi)設(shè)置陰極(5)，并在陽極(4) 上布置產(chǎn)電微生物膜(6)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理裝置，其特征在于，所述陰膜(2)和陽膜(3)為透過率不小于90%的無毒的工業(yè)用電滲析離 子交換膜，厚度為0.2~0.5mm，爆破強(qiáng)度不小于0.3MPa。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理裝置，其特征 在于，所述陽極(4)上的產(chǎn)電微生物膜(6)的厚度為20 80^im。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理裝置，其特征 在于，所述陽極室(A)內(nèi)陽極(4)及填充材料包括石墨顆?；蛱?xì)郑椒?圍為1-5 mm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理裝置，其特征 在于，所述陰極室(C)內(nèi)陰極(5)及填充材料包括石墨顆?；蛱?xì)?，粒徑?圍為1-5 mm。
全文摘要
本發(fā)明屬于水資源處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于同步產(chǎn)電脫鹽的污水處理工藝及裝置。由陽極室，陰膜、中間脫鹽室、陽膜和陰極室5個(gè)組成部分，陽極上布置產(chǎn)電微生物膜；污水流入陽極室，在產(chǎn)電微生物作用下被氧化去除，電子傳導(dǎo)到陽極；中間脫鹽室中陰離子穿過陰膜到達(dá)陽極，陽離子穿過陽膜達(dá)到陰極，實(shí)現(xiàn)脫鹽過程并形成內(nèi)電流；電子通過外電路負(fù)載到達(dá)陰極發(fā)生還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電過程。利用微生物燃料電池的內(nèi)電流在處理污水、產(chǎn)電的同時(shí)脫鹽，實(shí)現(xiàn)三效合一；本發(fā)明所述工藝簡單，易操作，能耗低且效率高；所述裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于工業(yè)生產(chǎn)及使用。
文檔編號(hào)C02F3/34GK101481178SQ20091007803
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者周穎君, 曹效鑫, 鵬 梁, 羅甘·布魯斯, 康 肖, 霞 黃 申請人:清華大學(xué)