可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，主要包括陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)、過(guò)渡區(qū)、陰極反應(yīng)區(qū)、曝氣室和緩沖室，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)、過(guò)渡區(qū)和陰極反應(yīng)區(qū)依次相接，曝氣室與緩沖室通過(guò)開(kāi)孔相連通且兩者均與陰極反應(yīng)區(qū)相接；本發(fā)明采用穿孔板過(guò)渡區(qū)代替昂貴的質(zhì)子交換膜，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子流動(dòng)的同時(shí)，使氨氮一同隨水流流動(dòng)進(jìn)入陰極反應(yīng)區(qū)，而陰極反應(yīng)區(qū)通過(guò)溶氧回流的方式，實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的同時(shí)，避免了氧氣擴(kuò)散進(jìn)入陽(yáng)極室，從而避免了陽(yáng)極好氧庫(kù)侖損失；本發(fā)明反應(yīng)器可以含氨氮廢水為燃料產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化脫氮和生物產(chǎn)電，降低生物脫氮費(fèi)用，且采用無(wú)膜反應(yīng)器，在保證產(chǎn)電效率的同時(shí)可有效降低微生物燃料電池的運(yùn)行成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]水資源是不可替代的自然資源之一，是人類(lèi)生存與可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著社會(huì)的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，已成為世界性的難點(diǎn)、熱點(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題。能源是人類(lèi)生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基本動(dòng)力，也是人類(lèi)文明進(jìn)步的先決條件。然而，隨著社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的不斷增長(zhǎng)，人類(lèi)對(duì)能源的需求越來(lái)越大。全世界每年用于處理污水消耗的能源巨大，給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。污水處理的同時(shí)回收能量成為世界各國(guó)研究的焦點(diǎn)，可以最大限度的實(shí)現(xiàn)污水處理的可持續(xù)發(fā)展。
[0003]微生物燃料電池是利用微生物催化作用使有機(jī)物(如有機(jī)酸、蛋白質(zhì)、糖類(lèi)等)降解，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，具有效率高、無(wú)污染等特點(diǎn)。利用微生物燃料電池處理實(shí)際生活污水，可在高效的去除污染物的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)有效產(chǎn)電。
[0004]近年來(lái)，微生物燃料電池生物陰極研究越發(fā)廣泛，這種情況下，陰極反應(yīng)的催化劑是微生物。生物陰極比非生物陰極更具優(yōu)勢(shì)，例如結(jié)構(gòu)和運(yùn)行成本可得到降低，因?yàn)闊o(wú)需成本較高的催化劑(例如platinum)或者介體,并且生物陰極可產(chǎn)生其他收益，例如反硝化可與陰極反應(yīng)結(jié)合。至今已有一些研究考察了微生物燃料電池中生物陰極的應(yīng)用，有學(xué)者報(bào)道了醋酸鹽氧化陽(yáng)極與暴露于空氣中的生物陰極結(jié)合產(chǎn)電的管式微生物燃料電池。反硝化能直接通過(guò)非有機(jī)電子供體如H2或甚至是由電極直接提供的電子實(shí)現(xiàn)，能夠提供反硝化所需碳源的約40%和硝化需氧的25% ;生物陰極還可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化，無(wú)明顯硝化產(chǎn)物積累表明硝化反硝化是同步進(jìn)行的，且無(wú)需能量輸入；當(dāng)陰極DO升高時(shí)，硝化速率提高，導(dǎo)致硝化反硝化不平衡，所以DO不宜過(guò)高；營(yíng)養(yǎng)物梯度導(dǎo)致生物膜分層，表層硝化菌優(yōu)勢(shì)，內(nèi)層反硝化菌優(yōu)勢(shì)；而MFC開(kāi)路情況下，由于缺乏電子供體而抑制了反硝化，陰極上電子的能量限制了反硝化速率，動(dòng)力學(xué)因素限制了反硝化速率。
[0005]然而，現(xiàn)有微生物燃料電池的發(fā)展仍有許多問(wèn)題亟待解決，一是盡管微生物燃料電池被證明具有良好的有機(jī)物去除能力，但對(duì)于污水中重要存在的氮元素的去除能力尚不盡如人意。隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化日益加劇，具有同步去除有機(jī)物和氮元素的微生物燃料電池的價(jià)值顯得更加尤為重要。因而，關(guān)于利用微生物燃料電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)有機(jī)物降解和氮類(lèi)物質(zhì)去除已成為研究熱點(diǎn)。但是目前所開(kāi)發(fā)的微生物燃料電池反應(yīng)器，均為有膜反應(yīng)器，而昂貴的質(zhì)子交換膜成為微生物燃料電池實(shí)際應(yīng)用的阻礙。
[0006]因此，如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料燃料電池反應(yīng)器已成為現(xiàn)有領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]解決的技術(shù)問(wèn)題:本實(shí)用新型的目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，該反應(yīng)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極有機(jī)物降解、陰極脫氮及系統(tǒng)產(chǎn)電。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0009]可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，包括陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)、過(guò)渡區(qū)、陰極反應(yīng)區(qū)、曝氣室和緩沖室，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)、過(guò)渡區(qū)和陰極反應(yīng)區(qū)依次相接，曝氣室與緩沖室通過(guò)開(kāi)孔相連通且兩者均與陰極反應(yīng)區(qū)相接；其中:反應(yīng)器設(shè)有頂蓋，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)一側(cè)壁底部設(shè)有排泥管，另一相對(duì)平行側(cè)壁設(shè)有陽(yáng)極回流管A排泥管上部的側(cè)壁上設(shè)陽(yáng)極回流管B、進(jìn)水管和折流板A，折流板A—端與陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)的側(cè)壁固定連接，折流板A之間為石墨氈A，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)頂蓋上設(shè)有一組排氣管A、一組取樣孔A、一組參比電極放置孔A和一組導(dǎo)線(xiàn)孔A，石墨氈A通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔A的鈦線(xiàn)與外電路相連；過(guò)渡區(qū)由兩塊穿孔板與反應(yīng)器的兩側(cè)壁構(gòu)成；陰極反應(yīng)區(qū)側(cè)壁設(shè)有第一陰極回流管A、第二陰極回流管A和出水管，側(cè)壁中部設(shè)有折流板B，折流板B —端與陰極反應(yīng)區(qū)的側(cè)壁固定連接，折流板B之間為石墨氈B，陰極反應(yīng)區(qū)頂蓋上設(shè)有一組排氣管B、一組取樣孔B、一組參比電極放置孔B和一組導(dǎo)線(xiàn)孔B，石墨氈B通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔B的鈦線(xiàn)與外電路相連；曝氣室內(nèi)設(shè)有曝氣器，曝氣器通過(guò)蠕動(dòng)泵管與外充氧泵相連，曝氣室側(cè)壁設(shè)有陰極回流管B，曝氣室頂端頂蓋上設(shè)有曝氣室開(kāi)孔；緩沖室底部設(shè)有陰極回流管C，緩沖室頂端的頂蓋上設(shè)有溶氧測(cè)定儀測(cè)定開(kāi)孔。
[0010]所述穿孔板左下方、右下方、左側(cè)中部或右側(cè)中部設(shè)有穿孔，穿孔的長(zhǎng)、寬分別為100mm、60mmo
[0011]所述陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)和陰極反應(yīng)區(qū)的體積比為2~4:1，過(guò)渡區(qū)和陰極反應(yīng)區(qū)的體積比為0.5^0.7:1，曝氣室和陰極反應(yīng)區(qū)的體積比為0.3^0.5:1，緩沖室和陰極反應(yīng)區(qū)的體積比為 0.15~0.25:1。
[0012]所述陰極反應(yīng)區(qū)的一側(cè)壁頂部設(shè)有第一陰極回流管A，另一側(cè)壁中部設(shè)有第二陰極回流管A，頂部設(shè)有出水管。
[0013]所述曝氣室側(cè)壁頂部設(shè)有陰極回流管B。
[0014]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的原理如下:污水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)，水流經(jīng)折流板推流時(shí)，與石墨氈上生物膜作用，有機(jī)物降解，產(chǎn)生質(zhì)子、電子和代謝產(chǎn)物；電子通過(guò)外電路傳輸?shù)竭_(dá)陰極反應(yīng)區(qū)，質(zhì)子、氨氮隨水流推流經(jīng)過(guò)渡區(qū)進(jìn)入陰極反應(yīng)區(qū)，代謝產(chǎn)物通過(guò)排泥管和上部排氣管排出；陰極反應(yīng)區(qū)內(nèi)，氨氮與通過(guò)回流陰極管回流的富含一定濃度溶解氧的富氧水匯合，發(fā)生硝化反應(yīng)，生成硝態(tài)氮，硝態(tài)氮與陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)經(jīng)過(guò)渡區(qū)進(jìn)入陰極反應(yīng)區(qū)的質(zhì)子及外電路傳輸?shù)碾娮咏Y(jié)合，發(fā)生反硝化反應(yīng)，生成氮?dú)獾?，反?yīng)器出水經(jīng)排水管排出，氣體通過(guò)上部排氣管排出。
[0015]本實(shí)用新型反應(yīng)器以含氨氮廢水為燃料產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化脫氮和生物產(chǎn)電，降低生物脫氮費(fèi)用；通過(guò)同步硝化反硝化，提高有機(jī)污染物和氮元素污染物的去除率；利用有機(jī)物和氨氮為燃料，提高產(chǎn)電效率，利用無(wú)膜反應(yīng)器，可有效降低微生物燃料電池的運(yùn)行成本。試驗(yàn)證明，本發(fā)明開(kāi)發(fā)的微生物燃料電池能夠?qū)崿F(xiàn)陽(yáng)極有機(jī)物高效去除、陰極有效同步硝化反硝化。
[0016]有益效果
[0017]第一，本實(shí)用新型反應(yīng)器采用穿孔板過(guò)渡區(qū)代替昂貴的質(zhì)子交換膜，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子流動(dòng)的同時(shí)，使得氨氮一同隨水流流動(dòng)進(jìn)入陰極反應(yīng)區(qū)，而陰極反應(yīng)區(qū)通過(guò)溶氧回流的方式，實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的同時(shí)，避免了氧氣擴(kuò)散進(jìn)入陽(yáng)極室，從而避免了陽(yáng)極好氧庫(kù)侖損失；此外通過(guò)設(shè)置多通道折流板，在不增加反應(yīng)體積的前提下，增加了水流的流線(xiàn)長(zhǎng)度，使得污染物能夠充分與微生物接觸，增加了污染物的有效降解時(shí)間，有效提高了污染物的去除率；故該反應(yīng)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極有機(jī)物降解、陰極脫氮及系統(tǒng)產(chǎn)電；
[0018]第二，本實(shí)用新型反應(yīng)器可以含氨氮廢水為燃料產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化脫氮和生物產(chǎn)電，降低生物脫氮費(fèi)用，且采用無(wú)膜反應(yīng)器，在保證產(chǎn)電效率的同時(shí)可有效降低微生物燃料電池的運(yùn)行成本；
[0019]第三，本實(shí)用新型反應(yīng)器基于反應(yīng)器理論、微生物燃料電池原理和同步硝化反硝化機(jī)理而設(shè)計(jì)發(fā)明的，采用穿孔板過(guò)渡區(qū)代替質(zhì)子交換膜，減少經(jīng)濟(jì)投入，適用于處理大部分城市生活污水，尤其是低碳氮比污水。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型反應(yīng)器的主視圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型反應(yīng)器的后視圖；
[0023]圖4-1為穿孔板右下方穿孔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4-2為穿孔板左下方穿孔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4-3為穿孔板左側(cè)中部穿孔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4-4為穿孔板右側(cè)中部穿孔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5為本實(shí)用新型反應(yīng)器在馴化過(guò)程中的電壓輸出圖；
[0028]圖6為本實(shí)用新型反應(yīng)器在試驗(yàn)中的極化曲線(xiàn)；
[0029]圖7為本實(shí)用新型反應(yīng)器在試驗(yàn)中的內(nèi)阻構(gòu)成圖；
[0030]圖8為本實(shí)用新型反應(yīng)器在試驗(yàn)時(shí)陰極不同DO濃度時(shí)TN沿程變化圖；
[0031]其中:1_陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)，2-過(guò)渡區(qū)，3-陰極反應(yīng)區(qū)，4-曝氣室，5-緩沖室，6-排泥管，7-1-陽(yáng)極回流管A，7-2-陽(yáng)極回流管B，8-進(jìn)水管，9-1-折流板A，9-2-折流板B，10-1-石墨氈A，10-2-石墨氈B, 11-1-排氣管A，11-2-排氣管B, 12+取樣孔A，12-2-取樣孔B，
13-1-參比電極放置孔A，13-2-參比電極放置孔B，14-1-導(dǎo)線(xiàn)孔A，14-2-導(dǎo)線(xiàn)孔B，15-穿孔板，16-1-第一陰極回流管A，16-2-第二陰極回流管A，16-3-陰極回流管B，16-4-陰極回流管C，17-出水管，18-曝氣器，19-曝氣室開(kāi)孔，20-溶氧測(cè)定儀測(cè)定開(kāi)孔。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本實(shí)用新型所述曝氣器為鈦合金曝氣器，規(guī)格為Φ 40mmX 50mm，購(gòu)自石家莊億達(dá)過(guò)濾設(shè)備廠(chǎng)；所述穿孔板為矩形板，長(zhǎng)、寬、高分別為200mm、150mm、8mm，其左下方、右下方、左側(cè)中部或右側(cè)中部設(shè)有穿孔，穿孔的長(zhǎng)、寬分別為100mm、60mm。
[0033]可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，包括陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)1、過(guò)渡區(qū)
2、陰極反應(yīng)區(qū)3、曝氣室4和緩沖室5，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)1、過(guò)渡區(qū)2和陰極反應(yīng)區(qū)3依次相接，曝氣室4與緩沖室5通過(guò)開(kāi)孔相連通且兩者均與陰極反應(yīng)區(qū)3相接；其中:反應(yīng)器設(shè)有頂蓋，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I 一側(cè)壁底部設(shè)有排泥管6，另一相對(duì)平行側(cè)壁設(shè)有陽(yáng)極回流管A 7-1，排泥管6上部的側(cè)壁上設(shè)陽(yáng)極回流管B 7-2、進(jìn)水管8和折流板A 9-1，折流板A 9-1 —端與陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I的側(cè)壁固定連接，折流板A 9-1之間為石墨氈A 10-1，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I頂蓋上設(shè)有一組排氣管A 11-1、一組取樣孔A 12-1、一組參比電極放置孔A 13-1和一組導(dǎo)線(xiàn)孔A 14-1,石墨租A 10-1通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔A 14-1的鈦線(xiàn)與外電路相連；過(guò)渡區(qū)2由兩塊穿孔板15與反應(yīng)器的兩側(cè)壁構(gòu)成；陰極反應(yīng)區(qū)3側(cè)壁設(shè)有第一陰極回流管A 16-1、第二陰極回流管16-2和出水管17，側(cè)壁中部設(shè)有折流板B 9-2，折流板B 9-2 —端與陰極反應(yīng)區(qū)3的側(cè)壁固定連接，折流板B 9-2之間為石墨氈B 10-2，陰極反應(yīng)區(qū)3頂蓋上設(shè)有一組排氣管B 11-2、一組取樣孔B 12-2、一組參比電極放置孔B 13-2和一組導(dǎo)線(xiàn)孔B 14_2，石墨氈B 10_2通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔B 14-2的鈦線(xiàn)與外電路相連；曝氣室4內(nèi)設(shè)有曝氣器18，曝氣器18通過(guò)蠕動(dòng)泵管與外充氧泵相連，曝氣室4側(cè)壁設(shè)有陰極回流管B 16-3，曝氣室4頂端頂蓋上設(shè)有曝氣室開(kāi)孔19 ;緩沖室5底部設(shè)有陰極回流管C 16-4，緩沖室5頂端的頂蓋上設(shè)有溶氧測(cè)定儀測(cè)定開(kāi)孔20。
[0034]所述穿孔板15左下方、右下方、左側(cè)中部或右側(cè)中部設(shè)有穿孔，穿孔的長(zhǎng)、寬分別為 100mm、60mm。
[0035]所述陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為2~4:1，過(guò)渡區(qū)2和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.5^0.7:1，曝氣室4和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.3^0.5:1，緩沖室5和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.15~0.25:1。 [0036]所述陰極反應(yīng)區(qū)3的一側(cè)壁頂部設(shè)有第一陰極回流管A 16-1，另一側(cè)壁中部設(shè)有第二陰極回流管A 16-2，頂部設(shè)有出水管17。
[0037]所述曝氣室4側(cè)壁頂部設(shè)有陰極回流管B 16-3。
[0038]實(shí)施例1
[0039]可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，包括陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)1、過(guò)渡區(qū)
2、陰極反應(yīng)區(qū)3、曝氣室4和緩沖室5，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為2:1，過(guò)渡區(qū)2和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.5:1，曝氣室4和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.3:1，緩沖室5和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.15:1,陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)1、過(guò)渡區(qū)2和陰極反應(yīng)區(qū)3依次相接，曝氣室4與緩沖室5通過(guò)開(kāi)孔相連通且兩者均與陰極反應(yīng)區(qū)3相接；其中:反應(yīng)器設(shè)有頂蓋，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I 一側(cè)壁底部設(shè)有排泥管6，用于反應(yīng)代謝產(chǎn)物的排出，另一相對(duì)平行側(cè)壁設(shè)有陽(yáng)極回流管A 7-1，排泥管6上部的側(cè)壁上設(shè)陽(yáng)極回流管B 7-2、進(jìn)水管8和折流板A9-1，陽(yáng)極回流管A 7-1、B 7-2用于陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)內(nèi)反應(yīng)液回流，從而避免濃度梯度，折流板A9-1 一端與陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I的側(cè)壁固定連接，可在不增加陽(yáng)極反應(yīng)體積的前提下，增加了水流的流線(xiàn)長(zhǎng)度，使得有機(jī)物能夠充分與微生物接觸，增加了有機(jī)物的有效降解時(shí)間，增強(qiáng)污水處理效果，折流板A 9-1之間為石墨氈A 10-1，用于微生物的附著載體，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I頂蓋上設(shè)有一組排氣管A11-1、一組取樣孔A 12-1、一組參比電極放置孔A 13-1和一組導(dǎo)線(xiàn)孔A
14-1，石墨氈A 10-1通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔A 14-1的鈦線(xiàn)與外電路相連；過(guò)渡區(qū)2由兩塊穿孔板15與反應(yīng)器的兩側(cè)壁構(gòu)成,如圖4-1或4-4所示,穿孔板15為矩形,長(zhǎng)、寬、高分別為200_、150mm、8mm,穿孔板15右下方或右側(cè)中部設(shè)有穿孔，穿孔的長(zhǎng)、寬分別為100mm、60mm,穿孔板15可選用有機(jī)玻璃材質(zhì)；陰極反應(yīng)區(qū)3的一側(cè)壁頂部設(shè)有第一陰極回流管A 16-1，另一側(cè)壁中部設(shè)有第二陰極回流管A 16-2，頂部設(shè)有出水管17，側(cè)壁中部設(shè)有折流板B 9-2，折流板B 9-2 一端與陰極反應(yīng)區(qū)3的側(cè)壁固定連接，折流板B 9-2之間為石墨氈B 10-2,陰極反應(yīng)區(qū)3頂蓋上設(shè)有一組排氣管B 11-2、一組取樣孔B 12-2、一組參比電極放置孔B 13-2和一組導(dǎo)線(xiàn)孔B 14-2，石墨氈B 10-2通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔B 14-2的鈦線(xiàn)與外電路相連；曝氣室4內(nèi)設(shè)有曝氣器18，曝氣器18通過(guò)蠕動(dòng)泵管與外充氧泵相連，用于陰極反應(yīng)區(qū)3內(nèi)回流溶解氧的供給，曝氣室4側(cè)壁中部設(shè)有陰極回流管B 16-3，曝氣室4頂端頂蓋上設(shè)有曝氣室開(kāi)孔19，用于設(shè)置溶氧儀，可實(shí)時(shí)控制溶解氧的濃度；緩沖室5底部設(shè)有陰極回流管C 16-4，緩沖室5頂端的頂蓋上設(shè)有溶氧測(cè)定儀測(cè)定開(kāi)孔20。
[0040]實(shí)施例2
[0041]可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，包括陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)1、過(guò)渡區(qū)
2、陰極反應(yīng)區(qū)3、曝氣室4和緩沖室5，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為4:1，過(guò)渡區(qū)2和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.7:1，曝氣室4和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.5:1，緩沖室5和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.25:1，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)1、過(guò)渡區(qū)2和陰極反應(yīng)區(qū)3依次相接，曝氣室4與緩沖室5通過(guò)開(kāi)孔相連通且兩者均與陰極反應(yīng)區(qū)3相接；其中:反應(yīng)器設(shè)有頂蓋，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I 一側(cè)壁底部設(shè)有排泥管6，用于反應(yīng)代謝產(chǎn)物的排出，另一相對(duì)平行側(cè)壁設(shè)有陽(yáng)極回流管A 7-1，排泥管6上部的側(cè)壁上設(shè)陽(yáng)極回流管B 7-2、進(jìn)水管8和折流板A 9_1，陽(yáng)極回流管A 7-1、B 7-2用于陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)內(nèi)反應(yīng)液回流,從而避免濃度梯度,折流板A 9-1 一端與陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I的側(cè)壁固定連接，可在不增加陽(yáng)極反應(yīng)體積的前提下，增加了水流的流線(xiàn)長(zhǎng)度，使得有機(jī)物能夠充分與微生物接觸，增加了有機(jī)物的有效降解時(shí)間，增強(qiáng)污水處理效果，折流板A 9-1之間為石墨氈A 10-1，用于微生物的附著載體，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I頂蓋上設(shè)有一組排氣管Al 1-1、一組取樣孔A 12-1、一組參比電極放置孔A 13-1和一組導(dǎo)線(xiàn)孔A 14-1,石墨氈A 10-1通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔A 14-1的鈦線(xiàn)與外電路相連；過(guò)渡區(qū)2由兩塊穿孔板15與反應(yīng)器的兩側(cè)壁構(gòu)成，如圖4-2所示，穿孔板15為矩形，長(zhǎng)、寬、高分別為200_、150_、8_，穿孔板15左下方設(shè)有穿孔，穿孔的長(zhǎng)、寬分別為100_、60_，穿孔板15可選用有機(jī)玻璃材質(zhì)；陰極反應(yīng)區(qū)3的一側(cè)壁中部設(shè)有第一陰極回流管A 16-1,另一側(cè)壁中部設(shè)有第二陰極回流管A 16-2，頂部設(shè)有出水管17，側(cè)壁中部設(shè)有折流板B 9-2，折流板B 9-2 —端與陰極反應(yīng)區(qū)3的側(cè)壁固定連接，折流板B 9-2之間為石墨氈B 10-2，陰極反應(yīng)區(qū)3頂蓋上設(shè)有一組排氣管B 11-2、一組取樣孔B 12-2、一組參比電極放置孔B 13-2和一組導(dǎo)線(xiàn)孔B 14_2，石墨氈B 10-2通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔B 14-2的鈦線(xiàn)與外電路相連；曝氣室4內(nèi)設(shè)有曝氣器18，曝氣器18通過(guò)蠕動(dòng)泵管與外充氧泵相連，用于陰極反應(yīng)區(qū)3內(nèi)回流溶解氧的供給，曝氣室4側(cè)壁中部設(shè)有陰極回流管B 16-3，曝氣室4頂端頂蓋上設(shè)有曝氣室開(kāi)孔19，用于設(shè)置溶氧儀，可實(shí)時(shí)控制溶解氧的濃度；緩沖室5底部設(shè)有陰極回流管C 16-4，緩沖室5頂端的頂蓋上設(shè)有溶氧測(cè)定儀測(cè)定開(kāi)孔20。
[0042]實(shí)施例3
[0043]如圖1至圖3所示，可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，包括陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)1、過(guò)渡區(qū)2、陰極反應(yīng)區(qū)3、曝氣室4和緩沖室5，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為3:1，過(guò)渡區(qū)2和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.6:1，曝氣室4和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.4:1，緩沖室5和陰極反應(yīng)區(qū)3的體積比為0.2:1，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)1、過(guò)渡區(qū)2和陰極反應(yīng)區(qū)3依次相接，曝氣室4與緩沖室5通過(guò)開(kāi)孔相連通且兩者均與陰極反應(yīng)區(qū)3相接；其中:反應(yīng)器設(shè)有頂蓋，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I 一側(cè)壁底部設(shè)有排泥管6，用于反應(yīng)代謝產(chǎn)物的排出，另一相對(duì)平行側(cè)壁設(shè)有陽(yáng)極回流管A 7-1，排泥管6上部的側(cè)壁上設(shè)陽(yáng)極回流管B 7-2、進(jìn)水管8和折流板A 9-1,陽(yáng)極回流管A 7-1、B 7-2用于陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)內(nèi)反應(yīng)液回流,從而避免濃度梯度，折流板A 9-1 —端與陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I的側(cè)壁固定連接，可在不增加陽(yáng)極反應(yīng)體積的前提下，增加了水流的流線(xiàn)長(zhǎng)度，使得有機(jī)物能夠充分與微生物接觸，增加了有機(jī)物的有效降解時(shí)間，增強(qiáng)污水處理效果，折流板A 9-1之間為石墨氈A 10-1，用于微生物的附著載體，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)I頂蓋上設(shè)有一組排氣管A11-1、一組取樣孔A 12-1、一組參比電極放置孔A 13-1和一組導(dǎo)線(xiàn)孔A 14-1，石墨氈A 10-1通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔A 14-1的鈦線(xiàn)與外電路相連；過(guò)渡區(qū)2由兩塊穿孔板15與反應(yīng)器的兩側(cè)壁構(gòu)成，如圖4-2或圖4-3所示，穿孔板15為矩形，長(zhǎng)、寬、高分別為200mm、150mm、8mm,穿孔板15左下方或左側(cè)中部設(shè)有穿孔,穿孔的長(zhǎng)、寬分別為100mm、60mm,穿孔板15可選用有機(jī)玻璃材質(zhì)；陰極反應(yīng)區(qū)3的一側(cè)壁頂部設(shè)有第一陰極回流管A 16-1，另一側(cè)壁中部設(shè)有第二陰極回流管A 16-2，頂部設(shè)有出水管17，側(cè)壁中部設(shè)有折流板B 9-2，折流板B 9-2 一端與陰極反應(yīng)區(qū)3的側(cè)壁固定連接，折流板B 9-2之間為石墨氈B 10-2，陰極反應(yīng)區(qū)3頂蓋上設(shè)有一組排氣管B 11-2、一組取樣孔B 12_2、一組參比電極放置孔B 13-2和一組導(dǎo)線(xiàn)孔B 14-2，石墨氈B 10_2通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔B 14_2的鈦線(xiàn)與外電路相連；曝氣室4內(nèi)設(shè)有曝氣器18，曝氣器18通過(guò)蠕動(dòng)泵管與外充氧泵相連，用于陰極反應(yīng)區(qū)3內(nèi)回流溶解氧的供給，曝氣室4側(cè)壁頂部設(shè)有陰極回流管B 16-3，曝氣室4頂端頂蓋上設(shè)有曝氣室開(kāi)孔19，用于設(shè)置溶氧儀，可實(shí)時(shí)控制溶解氧的濃度；緩沖室5底部設(shè)有陰極回流管C 16-4，緩沖室5頂端的頂蓋上設(shè)有溶氧測(cè)定儀測(cè)定開(kāi)孔20。
[0044]將實(shí)施例3所得反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)置反應(yīng)條件:陽(yáng)極進(jìn)水流量為2.94mL/min,MFC反應(yīng)器水力停留時(shí)間為24h，控制緩沖室DO濃度約為4.5mg/L，外電阻阻值固定在1000 Ω，進(jìn)水基質(zhì)如表1所示，COD濃度約為306.5mg/L, NH4+_N濃度約為106.5mg/L,微量營(yíng)養(yǎng)液的成分如表2所不:
[0045]表1多通道折流板無(wú)膜微生物燃料電池進(jìn)水配方表
[0046]
【權(quán)利要求】
1.可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，其特征在于，包括陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)(I)、過(guò)渡區(qū)(2)、陰極反應(yīng)區(qū)(3)、曝氣室(4)和緩沖室(5)，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)(I)、過(guò)渡區(qū)(2)和陰極反應(yīng)區(qū)(3)依次相接，曝氣室(4)與緩沖室(5)通過(guò)開(kāi)孔相連通且兩者均與陰極反應(yīng)區(qū)(3)相接；其中:反應(yīng)器設(shè)有頂蓋，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)(I) 一側(cè)壁底部設(shè)有排泥管(6)，另一相對(duì)平行側(cè)壁設(shè)有陽(yáng)極回流管A (7-1)，排泥管(6)上部的側(cè)壁上設(shè)陽(yáng)極回流管B (7-2)、進(jìn)水管(8)和折流板A (9-1)，折流板A (9-1)—端與陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)(I)的側(cè)壁固定連接，折流板A(9-1)之間為石墨氈A (10-1)，陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)(I)頂蓋上設(shè)有一組排氣管A (11-1)、一組取樣孔A (12-1)、一組參比電極放置孔A (13-1)和一組導(dǎo)線(xiàn)孔A (14_1)，石墨氈A (10_1)通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔A (14-1)的鈦線(xiàn)與外電路相連；過(guò)渡區(qū)(2)由兩塊穿孔板(15)與反應(yīng)器的兩側(cè)壁構(gòu)成；陰極反應(yīng)區(qū)(3)側(cè)壁設(shè)有第一陰極回流管A (16-1)、第二陰極回流管A (16-2)和出水管(17)，側(cè)壁中部設(shè)有折流板B (9-2)，折流板B (9-2)—端與陰極反應(yīng)區(qū)(3)的側(cè)壁固定連接，折流板B (9-2)之間為石墨氈B (10-2)，陰極反應(yīng)區(qū)(3)頂蓋上設(shè)有一組排氣管B (11-2)、一組取樣孔B (12-2)、一組參比電極放置孔B (13_2)和一組導(dǎo)線(xiàn)孔B(14-2)，石墨氈B (10-2)通過(guò)穿過(guò)導(dǎo)線(xiàn)孔B (14-2)的鈦線(xiàn)與外電路相連；曝氣室(4)內(nèi)設(shè)有曝氣器(18)，曝氣器(18)通過(guò)蠕動(dòng)泵管與外充氧泵相連，曝氣室(4)側(cè)壁設(shè)有陰極回流管B (16-3)，曝氣室(4)頂端頂蓋上設(shè)有曝氣室開(kāi)孔(19);緩沖室(5)底部設(shè)有陰極回流管C (16-4)，緩沖室(5)頂端的頂蓋上設(shè)有溶氧測(cè)定儀測(cè)定開(kāi)孔(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，其特征在于，所述穿孔板(15)左下方、右下方、左側(cè)中部或右側(cè)中部設(shè)有穿孔，穿孔的長(zhǎng)、寬分別為 100mm、60mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，其特征在于，所述陽(yáng)極反應(yīng)區(qū)(I)和陰極反應(yīng)區(qū)(3)的體積比為2~4:1，過(guò)渡區(qū)(2)和陰極反應(yīng)區(qū)(3)的體積比為 0.5、.7:1，曝氣室(4)和陰極反應(yīng)區(qū)(3)的體積比為0.3、.5:1，緩沖室(5)和陰極反應(yīng)區(qū)(3)的體積比為0.15^0.25:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，其特征在于，所述陰極反應(yīng)區(qū)(3)的一側(cè)壁頂部設(shè)有第一陰極回流管A (16-1)，另一側(cè)壁中部設(shè)有第二陰極回流管A (16-2)，頂部設(shè)有出水管(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的無(wú)膜微生物燃料電池反應(yīng)器，其特征在于，所述曝氣室(4)側(cè)壁頂部設(shè)有陰極回流管B (16-3)。
【文檔編號(hào)】H01M8/16GK203774403SQ201420156176
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】朱光燦, 孔赟, 朱建國(guó) 申請(qǐng)人:江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院