專利名稱：多電極連續(xù)流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微生物燃料電池技術領域，確切地說是多電極連續(xù)流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置。
背景技術：
能源短缺和環(huán)境污染已成為全球性的兩大危機，嚴重威脅著人類的生存和發(fā)展。 我國社會經(jīng)濟30年來取得了舉世矚目的成就，但環(huán)境問題和能源短缺也日益突出，成為制約社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。其中環(huán)境問題之一——污水問題，由于其處理能耗大，運行管理費用高，以我國目前己運行污水處理廠的經(jīng)驗，處理每噸污水的能耗大約0. 22-0. Mkwh，年運行費用約占投資額的10%。因此，盡管其社會效益和環(huán)境效益顯著，但經(jīng)濟效益并不明顯，是一項投入大、產(chǎn)出少的行業(yè)，明顯滯后于其它行業(yè)的發(fā)展。另一方面，我國由于人均能源資源短缺(尤其是油、氣、水)，環(huán)境容量(亦是資源)有限，生態(tài)環(huán)境脆弱，也已極大的制約我國可持續(xù)發(fā)展以及中華民族子孫萬代的生存空間。近年來，我國GDP每年以10%的速度發(fā)展，而能源需求以前所未有的速率急劇增加，由于能源的生產(chǎn)和消耗所造成的室內(nèi)空氣污染、大氣污染和生態(tài)破壞日益惡化，如我國釋放的二氧化硫和二氧化碳排放量已分別居世界第一位和第二位。這種對自然無序的、掠奪性索取的發(fā)展模式已難以為繼，實際上已造成當前十分嚴重的、不可逆轉(zhuǎn)的后果，能源資源日漸枯竭。微生物燃料電池(Microbial fuel cells, MFCs)，是在微生物的催化作用下將有機物質(zhì)中的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能。而廢水中大量的有機污染物可以作為MFC的“原材料”，使MFC產(chǎn)電的同時還能處理污水，因此， MFC在污水處理領域的應用有望把污水處理變成一個有利可圖的產(chǎn)業(yè)，對社會、環(huán)境和經(jīng)濟將產(chǎn)生不可估量的效益。因此，在能源緊張和環(huán)境問題日益突出的今天，MFC是解決環(huán)境污染和緩解能源短缺的最佳新型清潔能源方式之一。為了獲取大功率和高的庫侖效率，人們設計出了各種構型的反應器，如雙室、單室、平板式、串聯(lián)式、套筒式、管狀式、間歇式、連續(xù)流式和堆棧式等等，但是都沒有獲得同步產(chǎn)電和污水凈化的滿意效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多電極連續(xù)流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置。提高產(chǎn)電效果和廢水處理能力。本發(fā)明通過中心連續(xù)進水，在水流連續(xù)向上流動的過程中，水中有機物在陽極表面產(chǎn)電菌催化作用下發(fā)生氧化作用，產(chǎn)生電子和質(zhì)子，電子經(jīng)外電路通過負載到達空氣陰極，質(zhì)子隨水流流向陰極，發(fā)生還原作用。隨著水流依次流經(jīng)圓形隔板形成的陽極室和陰極室，依次發(fā)生陽極反應和陰極反應，使污水得以凈化，同時產(chǎn)電。為了使污水能徹底產(chǎn)電和出水水質(zhì)好，本發(fā)明在中心腔室外通過不同直徑可拆卸圓形隔板和電極板將裝置隔離出連續(xù)式陽極室和陰極室，電極板兩側(cè)分別安裝陽極和陰極， 形成多層次的閉合回路。為了減少曝氣能耗，采用空氣陰極。為了使空氣陰極裸露在空氣中，密封蓋在陰極室位置留有通氣孔，電極板外側(cè)上半部分安裝陰極，即陰極安裝位置高于陰極室液面高度。為了水流能夠在裝置中重力流，陰極室液面高度隨著遠離進水口而降低。當處理高濃度污水時，為了獲得滿意的出水水質(zhì)，可設置回流。詳細技術方案如下裝置包括中心腔室、裝置密封蓋、裝置外殼、進水口、出水口、 回流管、導線、陽極、陰極、測試口和負載，其特征在于裝置外殼內(nèi)的陽極室外環(huán)繞有不同直徑可拆卸圓形電極板，不同直徑可拆卸圓形電極板間隔裝有不同直徑可拆卸圓形隔板， 陽極下端有進水口，進水口通過回流管連接到進水口，裝置外殼的密封蓋上開有空氣通風口、電極出口和電化學測入口。為連續(xù)進水，根據(jù)進水污水濃度，當污水濃度C0D>1700mg/L， 進水口可設置回流。陽極為中心陽極室腔室，中心腔室外側(cè)為陰極，形成第一閉合電路，不同直徑可拆卸圓形隔板和不同直徑可拆卸圓形電極板將裝置隔離出連續(xù)式陽極室和陰極室，電極板兩側(cè)分別安裝陽極和陰極，且電極板高度隨著遠離中心陽極室而逐漸降低，電極板內(nèi)側(cè)安裝陽極，外側(cè)上半部分安裝陰極，電極板兩側(cè)的陰陽極依次形成第二、第三......
.的閉合回路。不同直徑可拆卸圓形隔板的個數(shù)，可根據(jù)污水處理效果和污水產(chǎn)電性能確定。本發(fā)明的優(yōu)點是在污水得以凈化的同時產(chǎn)電，具有較好的環(huán)保效果。


圖1是無隔板裝置內(nèi)部結(jié)構示意圖； 圖2是有隔板裝置內(nèi)部結(jié)構示意圖3是A-A剖面圖； 圖4是密封蓋詳圖； 圖5是可拆卸圓形隔板結(jié)構示意圖中1-陽極室；2—不同直徑可拆卸圓形電極板，3 —陽極，4一電極出口，5—空氣通風口，6—電化學測入口，7—密封蓋，8—進水口，9一出水口，10—支撐柱，11 一裝置外殼， 12—不同直徑可拆卸圓形隔板，13—小圓柱，14一帶槽底板，15— , 16—回流管。
具體實施例方式本裝置由陽極室、裝置外殼、不同直徑可拆卸圓形隔板、不同直徑可拆卸圓形電極板、帶槽底板和密封蓋組成，本裝置質(zhì)子隨水流到達陰極，所以無需使用質(zhì)子交換膜，實現(xiàn)了降低造價的目的，本裝置除了陽極室和裝置外殼及帶槽底板，其他圓行隔板和電極板均能靈活拆卸，連續(xù)運行，提高了產(chǎn)電效果和廢水處理能力。見附圖1和圖2。裝置包括中心腔室、裝置密封蓋、裝置外殼、進水口、出水口、回流管、導線、陽極、陰極、測試口和負載，其特征在于裝置外殼11內(nèi)的陽極室1外環(huán)繞有不同直徑可拆卸圓形電極板2，不同直徑可拆卸圓形電極板2間隔裝有不同直徑可拆卸圓形隔板12，陽極下端有進水口 8，進水口 8通過回流管16連接到進水口 9，裝置外殼11的密封蓋7上開有空氣通風口 5、電極出口 4和電化學測入口 6。為連續(xù)進水，根據(jù)進水污水濃度，當污水濃度C0D>1700mg/L，進水口可設置回流。 陽極3為中心陽極室腔室，中心腔室外側(cè)為陰極，形成第一閉合電路，不同直徑可拆卸圓形隔板12和不同直徑可拆卸圓形電極板2將裝置隔離出連續(xù)式陽極室和陰極室，電極板兩側(cè)分別安裝陽極和陰極，且電極板高度隨著遠離中心陽極室而逐漸降低，電極板內(nèi)側(cè)安裝陽極，外側(cè)上半部分安裝陰極，電極板兩側(cè)的陰陽極依次形成第二、第三.......的閉合回路。不同直徑可拆卸圓形隔板的個數(shù)，可根據(jù)污水處理效果和污水產(chǎn)電性能確定。在應用時具體操作如下
①首次啟動時，首先按照附圖1連接裝置，將陰極電極材料固定在中心陽極室外壁上， 用帶凹槽的圓柱型密封蓋將中心陽極室密封，防止空氣進入。密封蓋上留有陽極電極、陰極電極出口，電極與導線、外電阻連接形成閉合電路。②裝置啟動與運行，將陽極電極在使用前長時間放在厭氧顆粒污泥中形成生物膜后，插入陽極室，加快啟動。對于高濃度有機廢水先經(jīng)過稀釋后再投加，裝置運行后第3天便達到穩(wěn)定，陽極電極上富集了大量產(chǎn)電微生物。③裝置運行穩(wěn)定后，根據(jù)污水濃度，按照附圖2安裝不同直徑可拆卸圓形電極板和圓形隔板，形成多電極連續(xù)流空氣陰極微生物燃料電池。在電極板兩側(cè)分別安裝陽極和陰極，陰極安裝在電極板外側(cè)上半部分，形成多層次的閉合回路，必要時在出水口處設置回流管。在其他陽極室添加厭氧污泥。
權利要求
1.一種多電極連續(xù)流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，包括中心腔室、裝置密封蓋、 裝置外殼、進水口、出水口、回流管、導線、陽極、陰極、測試口和負載，其特征在于裝置外殼 (11)內(nèi)的陽極室(1)外環(huán)繞有不同直徑可拆卸圓形電極板(2)，不同直徑可拆卸圓形電極板(2)間隔裝有不同直徑可拆卸圓形隔板(12)，陽極下端有進水口(8)，進水口(8)通過回流管(16)連接到進水口(9)，裝置外殼(11)的密封蓋(7)上開有空氣通風口(5)、電極出口 (4)和電化學測入口(6)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種多電極連續(xù)流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，其特征在于為連續(xù)進水，根據(jù)進水污水濃度，當污水濃度C0D>1700mg/L，進水口可設置回流。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種多電極連續(xù)流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，其特征在于陽極(3)為中心陽極室腔室，中心腔室外側(cè)為陰極，形成第一閉合電路，不同直徑可拆卸圓形隔板(12)和不同直徑可拆卸圓形電極板(2)將裝置隔離出連續(xù)式陽極室和陰極室，電極板兩側(cè)分別安裝陽極和陰極，且電極板高度隨著遠離中心陽極室而逐漸降低，電極板內(nèi)側(cè)安裝陽極，外側(cè)上半部分安裝陰極，電極板兩側(cè)的陰陽極依次形成第二、第三、... ...的閉合回路。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種多電極連續(xù)流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，其特征在于不同直徑可拆卸圓形隔板的個數(shù)，可根據(jù)污水處理效果和污水產(chǎn)電性能確定。
全文摘要
本發(fā)明是一種多電極連續(xù)流無膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，主要包括中心腔室陽極室、不同直徑可拆卸圓形隔板、不同直徑可拆卸圓形電極板、裝置密封蓋、裝置外殼；不同直徑圓形隔板和不同直徑圓形電極板均可靈活拆卸，組裝后將裝置隔離出連續(xù)的陽極室和陰極室，電極板兩側(cè)分別安裝陽極和陰極，陰極安裝在電極板外側(cè)上部，形成多層次的閉合回路；水流在連續(xù)向上流動的過程中，水中有機物在微生物的催化作用下產(chǎn)生電子和質(zhì)子，電子經(jīng)外電路通過負載到達空氣陰極，質(zhì)子隨水流流向陰極；隨著水流依次流經(jīng)圓形隔板形成的陽極室和陰極室，依次發(fā)生陽極反應和陰極反應，使污水得以凈化，同時產(chǎn)電。
文檔編號C02F3/34GK102437360SQ20111032421
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權日2011年10月24日
發(fā)明者何亞婷, 傅金祥, 唐玉蘭, 孫紅, 彭漫, 王嬌 申請人:沈陽建筑大學