專利名稱：厭氧-好氧一體的微生物燃料電池廢水處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種厭氧-好氧一體的微生物燃料電池廢水處理系統(tǒng)，屬于環(huán)境保護(hù)與資源綜合-水污染防治領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著全球能源危機(jī)的發(fā)展，燃料電池技術(shù)的進(jìn)步，利用電化學(xué)活性微生物 (產(chǎn)電微生物)進(jìn)行污染治理及能源回收的研究日益引起國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注(Rabaey et al.，2005 ；Logan et al.，2006 ；Lovley, 2006)。電化學(xué)活性微生物的典型特征是代謝有機(jī)物的同時(shí)能夠使電子從胞內(nèi)向胞外傳遞，借助電極和導(dǎo)線形成閉路來(lái)回收電能。微生物燃料電池(Microbial fuel cell, MFC)是當(dāng)前利用電化學(xué)活性微生物產(chǎn)電的主要系統(tǒng)。利用微生物燃料電池系統(tǒng)可同步達(dá)到電能回收和廢水處理的目的。常規(guī)的微生物燃料電池系統(tǒng)，通常將陽(yáng)極室通過(guò)氮吹控制在厭氧狀態(tài)，以保持產(chǎn)電微生物的活性同時(shí)減少氧存在對(duì)產(chǎn)電的影響。目前，微生物燃料電池系統(tǒng)已經(jīng)嘗試用于多種高濃度有機(jī)廢水的處理及能量回收，如啤酒廢水、糠醛廢水、化工廢水和含酚廢水等。高濃度有機(jī)廢水經(jīng)過(guò)微生物燃料電池系統(tǒng)回收電能后，廢水中有機(jī)物往往得不到徹底去除，陽(yáng)極室出水還含有原水20 30% 的有機(jī)物，需要進(jìn)一步處理后方可排放。此外，當(dāng)某些高濃度有機(jī)廢水中含有一定量的有毒有害難降解有機(jī)物時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)難降解有機(jī)物分解和電能回收也是一亟待解決的問(wèn)題。目前大多數(shù)微生物燃料電池相關(guān)專利都沒能夠?qū)崿F(xiàn)在燃料電池系統(tǒng)內(nèi)污染物的徹底轉(zhuǎn)化。專利(CN1019M228A)公開了一種微生物燃料電池及其處理苯胺廢水的方法，它是一種基于雙室的微生物燃料電池，產(chǎn)電系統(tǒng)對(duì)苯胺廢水的去除率達(dá)到70%，但該專利沒有給出產(chǎn)電后苯胺廢水的處理方法。發(fā)明專利(CN1364146A)提出了一種用于廢水處理的使用廢水和活性污泥的生物燃料電池，它是采用雙室型燃料電池，利用化糞池廢水和畜禽養(yǎng)殖廢水產(chǎn)電，但產(chǎn)電后廢水COD濃度仍然為250 350mg/l，有待于進(jìn)一步處理。據(jù)申請(qǐng)者調(diào)研，目前僅有一專利(公開號(hào)101383425A)涉及微生物燃料電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電和污水徹底凈化，它提出了兩段式的微生物燃料電池工藝，將陽(yáng)極室產(chǎn)電后的廢水導(dǎo)入到微生物作為催化劑的陰極室，在好氧條件下繼續(xù)進(jìn)行廢水處理。產(chǎn)電微生物種類很多，主要有 Aeromonas hydrophila, Desulfuromonas acetox i dans , Geobacter metal 1ireducens, Geobacter sulfurreducens, Geopsychrobacter elcetrodophiIus, Pseudomonas aeruginosa, Rhodopseudomonas ferrireducens, Shewanella putrefaciens, Geothrix fermentan(Schaetzle et al., 2008)。這些菌有一些是嚴(yán)格厭氧菌，但多數(shù)是兼性菌。兼性微生物的適應(yīng)范圍廣，在有氧或無(wú)氧的環(huán)境中均能生長(zhǎng)。一般以有氧生長(zhǎng)為主，有氧時(shí)靠呼吸產(chǎn)能；兼具厭氧生長(zhǎng)能力， 無(wú)氧時(shí)通過(guò)發(fā)酵或無(wú)氧呼吸產(chǎn)能。因此，陽(yáng)極室內(nèi)的產(chǎn)電微生物對(duì)氧的存在并非異常敏感。 有時(shí)，在好氧條件下反而表現(xiàn)出更好的產(chǎn)電活性。如Biffinger et al (2007)在微型微生物燃料電池系統(tǒng)內(nèi)研究了 Siewanella oneidensis DSP 10在厭氧和好氧條件下利用不同有機(jī)物產(chǎn)電的情況。發(fā)現(xiàn)當(dāng)陽(yáng)極液中有氧氣時(shí)，利用葡萄糖產(chǎn)電的功率密度達(dá)到270士 IOW/ m3，在嚴(yán)格好氧條件下，該菌利用葡萄糖產(chǎn)電的功率密度則小于lOOW/m3，說(shuō)明該菌不僅能夠在厭氧條件下產(chǎn)電，在好氧條件下也具有良好的產(chǎn)電效能和降解功能。一些廢水處理工藝， 如序批式活性污泥法，也常常采用厭氧、好氧交替的運(yùn)行模式，通過(guò)兼性微生物在厭氧、好氧條件下的功能轉(zhuǎn)化達(dá)到污染物去除和脫氮除磷的目的。因此，在微生物燃料電池廢水處理系統(tǒng)的陽(yáng)極室內(nèi)，可充分利用兼性產(chǎn)電菌和兼性降解菌在厭氧和好氧條件下能夠共存的機(jī)制，通過(guò)厭氧、好氧交替的運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電和有機(jī)物徹底分解。

發(fā)明內(nèi)容
通常的微生物燃料電池系統(tǒng)在利用廢水產(chǎn)電的過(guò)程中，往往通過(guò)氮吹密閉等方式使陽(yáng)極室處于厭氧狀態(tài)，以獲得較高的產(chǎn)電效率。但當(dāng)廢水中有機(jī)物含量下降到一定程度或當(dāng)廢水中含有一些難降解有機(jī)物時(shí)，厭氧條件下有機(jī)物很難徹底分解轉(zhuǎn)化，且利用其產(chǎn)電的效率也往往較低。本發(fā)明提出了在陽(yáng)極室內(nèi)直接進(jìn)行厭氧產(chǎn)電-好氧降解的一體化微生物燃料電池污水處理系統(tǒng)，該方法通過(guò)富集兼性產(chǎn)電菌和兼性降解菌，使兩類微生物在陽(yáng)極室內(nèi)共存，并通過(guò)厭氧、好氧交替的運(yùn)行模式，在陽(yáng)極室內(nèi)進(jìn)行厭氧分解產(chǎn)電及好氧生物降解兩個(gè)過(guò)程，徹底達(dá)到污染物去除和電能回收的目的。這種方法不需要額外的反應(yīng)器， 簡(jiǎn)單，方便，且能夠?qū)崿F(xiàn)廢水的資源化與無(wú)害化。厭氧-好氧一體的微生物燃料電池污水處理系統(tǒng)，其特征在于它包括陰極室，陽(yáng)極室，陽(yáng)極室內(nèi)插入陽(yáng)極，陰極室內(nèi)插入陰極，陰陽(yáng)兩極間有分隔膜，陰陽(yáng)室均設(shè)置曝氣頭。 陽(yáng)極室的陽(yáng)極附著兼性產(chǎn)電微生物，陽(yáng)極室還有兼性降解微生物；陽(yáng)極室采用厭氧、好氧交替的運(yùn)行方式，厭氧條件下陽(yáng)極產(chǎn)電微生物利用有機(jī)廢水產(chǎn)電，好氧條件下降解菌將廢水中的有機(jī)物分快速降解。所述的陽(yáng)極材料，包括碳紙、碳布、碳纖維、碳納米管、碳?xì)趾褪糁小Ｋ龅年帢O材料，包括碳布和碳紙，陰極材料上載有催化劑。所述的陰陽(yáng)兩極間的分隔膜為質(zhì)子交換膜和陽(yáng)離子交換膜中的任一種。所述的陽(yáng)極兼性產(chǎn)電微生物，其富集方法步驟包括向雙室的微生物燃料電池系統(tǒng)中的陽(yáng)極接種厭氧污泥和好氧污泥的混合物，加入由易降解有機(jī)物構(gòu)成的廢水，其濃度為1000 1500mg/l C0D，并加入一定量的磷酸鹽緩沖溶液和微量元素，溶液體積占陽(yáng)極室容積的70 80%;陰極室內(nèi)加入磷酸鹽緩沖溶液；將陰陽(yáng)兩極與1000歐外電阻連接；采用厭氧、好氧交替的方式進(jìn)行陽(yáng)極兼性產(chǎn)電菌的富集，當(dāng)連續(xù)兩個(gè)周期厭氧條件下負(fù)載最大輸出電壓高于200mV時(shí)，陽(yáng)極兼性產(chǎn)電菌富集成功。所述的陽(yáng)極室內(nèi)兼性降解微生物，其培養(yǎng)及接種步驟包括向某一反應(yīng)器內(nèi)加入?yún)捬鹾秃醚跷勰嗟幕旌衔?，并加入調(diào)整至適宜濃度的待處理有機(jī)廢水，采用厭氧、好氧交替的序批式運(yùn)行模式進(jìn)行兼性降解菌的培養(yǎng)，每個(gè)周期具體包括進(jìn)水5 30min，厭氧降解 8 12h，好氧降解2 6h，沉淀0. 5 lh，排水10 30min，培養(yǎng)時(shí)間5 120天。所述的陽(yáng)極室厭氧、好氧運(yùn)行方式，具體步驟包括向陽(yáng)極室內(nèi)加入占陽(yáng)極室4/5 體積的高濃度有機(jī)物廢水，兼性降解菌1 4g/l，將導(dǎo)線與陰、陽(yáng)兩極及負(fù)載外電阻相連， 根據(jù)廢水中污染物特點(diǎn)，設(shè)置厭氧、好氧交替運(yùn)行的時(shí)間及模式，厭氧階段時(shí)間依據(jù)產(chǎn)電情況設(shè)置，當(dāng)負(fù)載外阻(1000歐)電壓下降至150mV以下時(shí)，結(jié)束厭氧產(chǎn)電，轉(zhuǎn)入好氧降解模式，好氧階段控制時(shí)間1 10h，曝氣量0. 5 1. 51/min。


圖1厭氧-好氧一體的微生物燃料電池系統(tǒng)組成圖1-陽(yáng)極電極；2-陰極電極；3-質(zhì)子交換膜；4-陽(yáng)極室；5-陰極室；6_曝氣頭；7_外電阻；8-數(shù)據(jù)采集裝置；9-計(jì)算機(jī)；10-導(dǎo)線；11-曝氣管；12-曝氣機(jī)圖2厭氧-好氧一體的微生物燃料電池系統(tǒng)對(duì)農(nóng)藥廢水的降解及產(chǎn)電效果圖3厭氧-好氧一體的微生物燃料電池系統(tǒng)對(duì)某高濃度有機(jī)廢水的處理及產(chǎn)電效果有益效果本發(fā)明提出的厭氧-好氧一體的微生物燃料電池系統(tǒng)，可根據(jù)廢水中污染物的降解特點(diǎn)，在陽(yáng)極室內(nèi)靈活調(diào)整厭氧、好氧運(yùn)行時(shí)間及模式，進(jìn)行厭氧條件下的產(chǎn)電和好氧條件下污染物的快速降解。該系統(tǒng)不僅保障了產(chǎn)電效率，還提高了有機(jī)物特別是難降解有機(jī)物的去除效果。通過(guò)這種厭氧-好氧一體的微生物燃料電池系統(tǒng)，廢水中COD去除率可達(dá)到90%以上，利用有機(jī)廢水產(chǎn)電的庫(kù)侖效率可達(dá)到10-50%。實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，具體實(shí)施方式
包括如下步驟(1)微生物燃料電池系統(tǒng)構(gòu)建建立厭氧-好氧一體的雙室型微生物燃料電池系統(tǒng)，它包括由質(zhì)子交換膜或離子交換膜(3)隔開的陽(yáng)極室(4)和陰極室(5)，陽(yáng)極室內(nèi)插有陽(yáng)極(1)，陰極室(5)內(nèi)插有陰極O)，陽(yáng)極室和陰極室均與大氣相通并內(nèi)置曝氣頭(6)，采用曝氣機(jī)(1 通過(guò)曝氣管線(11)和曝氣頭(6)向陽(yáng)極室和陰極室供氧，陰陽(yáng)兩極通過(guò)導(dǎo)線(10)與外電阻(7)相連， 采用萬(wàn)用表或數(shù)據(jù)采集設(shè)備(8)監(jiān)測(cè)負(fù)載外電阻(7)兩側(cè)的輸出電壓，將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)(9)系統(tǒng)存儲(chǔ)。(2)兼性產(chǎn)電菌種的富集向雙室的微生物燃料電池系統(tǒng)中接種厭氧污泥和好氧污泥的混合物，使陽(yáng)極室內(nèi)初始污泥濃度2 5g/L，用葡萄糖、乙酸鈉等易降解有機(jī)物配制濃度為1000 1500mg/l COD的有機(jī)廢水，向陽(yáng)極室內(nèi)加入有機(jī)廢水，使其占陽(yáng)極室體積的4/5，將陰陽(yáng)兩極與1000 歐外電阻連接，采用厭氧、好氧交替的方式進(jìn)行陽(yáng)極兼性產(chǎn)電菌的富集；陰極室一直保持曝氣，陽(yáng)極室間歇曝氣以保持厭氧、好氧交替的環(huán)境，當(dāng)連續(xù)兩個(gè)周期厭氧條件下負(fù)載最大輸出電壓高于200mV時(shí)，陽(yáng)極兼性產(chǎn)電菌富集成功。(3)兼性降解菌種的富集向某一反應(yīng)器內(nèi)加入一定量厭氧和好氧污泥的混合物，將待處理廢水調(diào)整到適宜濃度后加入到該反應(yīng)器內(nèi)，采用厭氧、好氧交替的序批式運(yùn)行模式進(jìn)行兼性降解菌的培養(yǎng)， 每個(gè)周期具體包括進(jìn)水5 30min，厭氧降解8 12h，好氧降解2 他，沉淀0. 5 lh， 排水10 30min，培養(yǎng)時(shí)間5 120天，將富集后的降解菌離心收集。(4)厭氧-好氧一體的產(chǎn)電與污染物降解過(guò)程向經(jīng)過(guò)步驟⑵富集了兼性產(chǎn)電微生物的燃料電池系統(tǒng)的陽(yáng)極室內(nèi)接種從(3)培養(yǎng)得到的兼性降解菌，其濃度控制在l_4g/l，然后加入占陽(yáng)極室4/5體積的待處理有機(jī)廢水；將導(dǎo)線與陰、陽(yáng)兩極及1000歐的負(fù)載外電阻相連，監(jiān)測(cè)外電阻的輸出電壓；根據(jù)廢水中污染物特點(diǎn)，設(shè)置厭氧、好氧交替運(yùn)行的時(shí)間及模式，厭氧階段時(shí)間依據(jù)產(chǎn)電情況設(shè)置，當(dāng)負(fù)載外阻電壓下降至150mV以下時(shí)，結(jié)束厭氧產(chǎn)電，轉(zhuǎn)入好氧降解模式，好氧階段控制時(shí)間 1 IOh,曝氣量 0. 5 1. 51/min。實(shí)施例1厭氧-好氧一體的微生物燃料電池處理含難降解有機(jī)物廢水某高濃度有機(jī)廢水中含有一定量的難降解有機(jī)物2，4_ 二氯苯氧乙酸為目標(biāo)物 (簡(jiǎn)稱2，4-D)，2，4-D作為一種殺蟲劑會(huì)對(duì)產(chǎn)電菌活性產(chǎn)生抑制，單純的厭氧產(chǎn)電運(yùn)行模式很難降解有機(jī)廢水中的2，4-D徹底降解，厭氧-好氧一體的微生物燃料電池系統(tǒng)能夠可將 2，4-D有效去除的同時(shí)保障良好的產(chǎn)電效率。具體實(shí)施步驟如下(1)微生物燃料電池系統(tǒng)構(gòu)建采用雙室型微生物燃料電池，其具體構(gòu)造見圖1， 它包括陰極室，陽(yáng)極室，陽(yáng)極室內(nèi)插入陽(yáng)極，陰極室內(nèi)插入陰極，陽(yáng)極采用碳?xì)?，陰極采用載鉬碳紙，陰極室和陽(yáng)極室之間用質(zhì)子交換膜隔開，陰陽(yáng)兩極之間用導(dǎo)線與外電阻相連。負(fù)載電阻與數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連。(2)微生物燃料電池陽(yáng)極兼性產(chǎn)電微生物的富集培養(yǎng)用葡萄糖為易降解碳源對(duì)陽(yáng)極產(chǎn)電微生物進(jìn)行富集培養(yǎng)，向陽(yáng)極室內(nèi)加入葡萄糖和無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)液，葡萄糖濃度為 800mg/l，無(wú)基鹽培養(yǎng)液的成分為(g/1) 4. 0896Na2HP04, 2 . 544NaH2P04,0. 31NH4C1,0. 13KC1 以及少量微量元素。微量元素的組成為(mg/1) IOCaCl2,1· 16H3B04，2. 78FeS04 · 7H20， 1. 25ZnS04 · 7H20,1. 69MnS04 · H20,0. 38CuS04 · 5H20，0. 15CoC12 · 6H20，0. IOMoO30 采用厭氧和好氧交替的方式進(jìn)行兼性產(chǎn)電菌的富集，每個(gè)周期厭氧10h，好氧4h。監(jiān)測(cè)負(fù)載電阻電壓輸出及陽(yáng)極室COD降解情況。運(yùn)行10個(gè)周期后，厭氧階段輸出電壓達(dá)到325mV，陽(yáng)極兼性產(chǎn)電微生物富集培養(yǎng)成功。(3)高效2，4-D降解菌的培養(yǎng)向反應(yīng)器中接種厭氧污泥和好氧污泥的混合物，以農(nóng)藥廢水中的主要化學(xué)物質(zhì)2，4- 二氯苯氧乙酸為目標(biāo)物(簡(jiǎn)稱2，4-D)，配置含300mg/l 2，4-D的農(nóng)藥廢水，采用厭氧、好氧交替的序批式運(yùn)行模式進(jìn)行兼性降解菌的培養(yǎng)，每個(gè)周期具體包括進(jìn)水15min，厭氧降解他，好氧降解池，沉淀0. 5h,排水15min。培養(yǎng)40天后， 獲得了能夠?qū)?00mg/l 2,4-D高效降解的混合微生物。(4)厭氧-好氧交替的微生物燃料電池產(chǎn)電降解運(yùn)行方式離心收集步驟(3)培養(yǎng)的2，4-D高效降解菌，向步驟O)富集了兼性產(chǎn)電菌的微生物燃料電池系統(tǒng)的陽(yáng)極室內(nèi)接種高效降解菌1.32g/l，然后向陽(yáng)極室加入含難降解有機(jī)物2，4-D和易降解有機(jī)物的高濃度廢水，廢水中2，4-D濃度為200mg/l，易降解有機(jī)物葡萄糖的濃度為600mg/l，廢水加入量占陽(yáng)極室總體積的80% ；采用好氧-厭氧-好氧交替的陽(yáng)極室產(chǎn)電降解模式，先曝氣他將廢水中的難降解有機(jī)物2，4-D部分降解，然后采用厭氧運(yùn)行，使陽(yáng)極兼性微生物能夠充分利用廢水中的有機(jī)物產(chǎn)電，當(dāng)負(fù)載1000歐的外阻兩端輸出電壓降低到150mV時(shí)，開啟曝氣設(shè)備，再次好氧運(yùn)行10h，曝氣量0. 71/min,在這種運(yùn)行模式下，COD的去除率達(dá)到90%以上，2，4-D的去除率接近100%，厭氧段最高輸出電壓達(dá)到0. 48V，庫(kù)侖效率達(dá)到20 25%。實(shí)施例2厭氧-好氧一體的微生物燃料電池處理某高濃度有機(jī)廢水(1)微生物燃料電池系統(tǒng)構(gòu)建采用雙室型微生物燃料電池，其具體構(gòu)造見圖1， 包括它包括陰極室，陽(yáng)極室，陽(yáng)極室內(nèi)插入陽(yáng)極，陰極室內(nèi)插入陰極，陽(yáng)極采用碳布，陰極采用載鉬碳布，陰極室和陽(yáng)極室之間用質(zhì)子交換膜隔開，陰陽(yáng)兩極之間用導(dǎo)線與外電阻相連， 負(fù)載電阻與數(shù)據(jù)采集設(shè)備相連。
(2)微生物燃料電池陽(yáng)極兼性產(chǎn)電微生物的富集培養(yǎng)用乙酸鈉為易降解碳源對(duì)陽(yáng)極產(chǎn)電微生物進(jìn)行富集培養(yǎng)，向陽(yáng)極室內(nèi)加入乙酸鈉和無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)液，乙酸鈉濃度為 800mg/l，無(wú)基鹽培養(yǎng)液的成分為(g/1) 4. 0896Na2HP04, 2 . 544NaH2P04,0. 31NH4C1,0. 13KC1 以及少量微量元素。微量元素的組成為(mg/1) IOCaCl2,1· 16H3B04，2. 78FeS04 · 7H20， 1. 25ZnS04 · 7H20,1. 69MnS04 · H20,0. 38CuS04 · 5H20，0. 15CoC12 · 6H20，0. IOMoO30 采用厭氧和好氧交替的方式進(jìn)行兼性產(chǎn)電菌的富集，每個(gè)周期厭氧他，好氧4h。監(jiān)測(cè)負(fù)載電阻電壓輸出及陽(yáng)極室COD降解情況。運(yùn)行14個(gè)周期后，厭氧階段輸出電壓達(dá)到360mV，陽(yáng)極兼性產(chǎn)電微生物的富集培養(yǎng)成功。(3)兼性降解菌的富集培養(yǎng)向反應(yīng)器中接種厭氧污泥和好氧污泥的混合物，廢水采用模擬高濃度有機(jī)廢水，其主要由500mg/l葡萄糖、100mg/l淀粉及一定量的氮、磷、微量元素構(gòu)成，采用厭氧、好氧交替的序批式運(yùn)行模式進(jìn)行兼性降解菌的培養(yǎng)，每個(gè)周期具體包括進(jìn)水15min，厭氧降解證，好氧降解池，沉淀0.證，排水15min，運(yùn)行2周后，出水COD 穩(wěn)定在100mg/l以下時(shí)，兼性降解菌的富集成功。(4)微生物燃料電池處理高濃度有機(jī)廢水運(yùn)行方式離心收集步驟C3)培養(yǎng)的兼性高效降解菌，向步驟O)富集了兼性產(chǎn)電菌的微生物燃料電池系統(tǒng)的陽(yáng)極室內(nèi)接種高效降解菌3g/L，加入含500mg/l葡萄糖和100mg/l淀粉的模擬高濃度廢水，廢水加入量占陽(yáng)極室總體積的80%，采用厭氧-好氧的運(yùn)行模式，先采用厭氧運(yùn)行，使陽(yáng)極兼性微生物能夠充分利用廢水中的有機(jī)物產(chǎn)電，當(dāng)負(fù)載1000歐的外阻兩端輸出電壓約150mV時(shí)，開啟曝氣設(shè)備，再次好氧運(yùn)行他，在這種厭氧-好氧交替運(yùn)行模式下，COD的去除率達(dá)到90%以上，厭氧段最高輸出電壓達(dá)到0. 41V，庫(kù)侖效率達(dá)到15 30%。
權(quán)利要求
1.厭氧-好氧一體的微生物燃料電池污水處理系統(tǒng)，其特征在于它包括陰極室，陽(yáng)極室，陽(yáng)極室的陽(yáng)極，陰極室的陰極，陰陽(yáng)兩極間有分隔膜，陰極室和陽(yáng)極室均設(shè)置曝氣頭；陽(yáng)極室的陽(yáng)極附著兼性產(chǎn)電微生物，陽(yáng)極室溶液中有兼性降解微生物；陽(yáng)極室采用厭氧、好氧交替的運(yùn)行方式，厭氧條件下陽(yáng)極產(chǎn)電微生物利用有機(jī)廢水產(chǎn)電，好氧條件兼性降解菌將廢水中有機(jī)物快速降解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的陽(yáng)極材料，包括碳紙、碳布、碳纖維、碳納米管、碳?xì)趾褪簟?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極材料，包括碳布和碳紙，陰極材料上載有催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)極兼性產(chǎn)電微生物，其富集方法步驟包括向雙室的微生物燃料電池系統(tǒng)的陽(yáng)極室內(nèi)接種厭氧污泥和好氧污泥的混合物，加入1000 1500mg/l COD易降解有機(jī)物構(gòu)成的廢水、磷酸鹽緩沖溶液和微量元素，其體積占陽(yáng)極室容積的70 80% ；陰極室內(nèi)加入磷酸鹽緩沖溶液；將陰陽(yáng)兩極與1000歐外電阻連接；采用厭氧、好氧交替的方式進(jìn)行陽(yáng)極兼性產(chǎn)電菌的富集，當(dāng)連續(xù)兩個(gè)周期厭氧條件下負(fù)載最大輸出電壓高于 200mV時(shí)，陽(yáng)極兼性產(chǎn)電菌富集成功。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)極室內(nèi)兼性降解微生物，其培養(yǎng)及接種步驟包括向某一反應(yīng)器內(nèi)加入?yún)捬鹾秃醚跷勰嗟幕旌衔铮⒓尤霛舛葹?00 1500mg/l COD的以待處理有機(jī)廢水，采用厭氧、好氧交替的序批式運(yùn)行模式進(jìn)行兼性降解菌的培養(yǎng)，每個(gè)周期具體包括進(jìn)水5 30min，厭氧降解8 12h，好氧降解2 6h，沉淀0. 5 lh，排水10 30min， 培養(yǎng)時(shí)間5 120天。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽(yáng)極室厭氧、好氧運(yùn)行方式，具體步驟包括向成功富集了兼性產(chǎn)電菌的燃料電池陽(yáng)極室內(nèi)加入占陽(yáng)極室4/5體積的有機(jī)物廢水，并接種兼性降解菌 1 4g/l，將導(dǎo)線與陰、陽(yáng)兩極及負(fù)載外電阻相連，根據(jù)廢水中污染物特點(diǎn)，設(shè)置厭氧、好氧交替運(yùn)行的時(shí)間及模式，厭氧階段時(shí)間依據(jù)產(chǎn)電情況設(shè)置，當(dāng)負(fù)載外阻(1000歐)電壓下降至150mV以下時(shí)，結(jié)束厭氧產(chǎn)電，轉(zhuǎn)入好氧降解模式，好氧階段曝氣量控制在0. 5 1. 51/ min，曝氣時(shí)間控制在1 IOh0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種厭氧-好氧一體的微生物燃料電池污水處理系統(tǒng)，它是通過(guò)在微生物燃料電池的陽(yáng)極室內(nèi)構(gòu)建兼性產(chǎn)電菌和兼性降解菌，并通過(guò)厭氧、好氧交替的運(yùn)行模式，達(dá)到利用有機(jī)物厭氧產(chǎn)電及將其好氧降解的目的。它克服了以往的微生物燃料電池系統(tǒng)利用有機(jī)廢水產(chǎn)電時(shí)，有機(jī)物降解不徹底的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢水的資源化和無(wú)害化。它具體特征在于燃料電池系統(tǒng)包括陰極室，陽(yáng)極室，陽(yáng)極室的陽(yáng)極，陰極室的陰極，陰陽(yáng)兩極間有分隔膜，陰極室和陽(yáng)極室均設(shè)置曝氣頭；陽(yáng)極室的陽(yáng)極附著兼性產(chǎn)電微生物，陽(yáng)極室溶液中有兼性降解微生物，通過(guò)厭氧、好氧交替的運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)厭氧條件下廢水產(chǎn)電和好氧條件下有機(jī)物快速降解。
文檔編號(hào)H01M8/16GK102276064SQ20111019947
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者全向春, 全燕蘋, 楊志峰 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)