專利名稱：多電極連續(xù)流無(wú)膜空氣陰極微生物燃料電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微生物燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，確切地說(shuō)是多電極連續(xù)流無(wú)膜空氣陰極微生物燃料電池裝置。
背景技術(shù)：
能源短缺和環(huán)境污染已成為全球性的兩大危機(jī)，嚴(yán)重威脅著人類的生存和發(fā)展。 我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)30年來(lái)取得了舉世矚目的成就，但環(huán)境問(wèn)題和能源短缺也日益突出，成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。其中環(huán)境問(wèn)題之一——污水問(wèn)題，由于其處理能耗大，運(yùn)行管理費(fèi)用高，以我國(guó)目前己運(yùn)行污水處理廠的經(jīng)驗(yàn)，處理每噸污水的能耗大約0. 22-0. Mkwh，年運(yùn)行費(fèi)用約占投資額的10%。因此，盡管其社會(huì)效益和環(huán)境效益顯著，但經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，是一項(xiàng)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(guó)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(guó)可持續(xù)發(fā)展以及中華民族子孫萬(wàn)代的生存空間。近年來(lái)，我國(guó)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(guó)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(duì)自然無(wú)序的、掠奪性索取的發(fā)展模式已難以為繼，實(shí)際上已造成當(dāng)前十分嚴(yán)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(jī)物質(zhì)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。而廢水中大量的有機(jī)污染物可以作為MFC的“原材料”，使MFC產(chǎn)電的同時(shí)還能處理污水，因此， MFC在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用有望把污水處理變成一個(gè)有利可圖的產(chǎn)業(yè)，對(duì)社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)將產(chǎn)生不可估量的效益。因此，在能源緊張和環(huán)境問(wèn)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(kù)侖效率，人們?cè)O(shè)計(jì)出了各種構(gòu)型的反應(yīng)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(méi)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(wú)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(guò)中心連續(xù)進(jìn)水，在水流連續(xù)向上流動(dòng)的過(guò)程中，水中有機(jī)物在陽(yáng)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(guò)負(fù)載到達(dá)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(yáng)極室和陰極室，依次發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，使污水得以凈化，同時(shí)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(guò)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(yáng)極室和陰極室，電極板兩側(cè)分別安裝陽(yáng)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(yuǎn)離進(jìn)水口而降低。當(dāng)處理高濃度污水時(shí)，為了獲得滿意的出水水質(zhì)，可設(shè)置回流。詳細(xì)技術(shù)方案如下裝置包括中心腔室、裝置密封蓋、裝置外殼、進(jìn)水口、出水口、 回流管、導(dǎo)線、陽(yáng)極、陰極、測(cè)試口和負(fù)載，其特征在于裝置外殼內(nèi)的陽(yáng)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(yáng)極下端有進(jìn)水口，進(jìn)水口通過(guò)回流管連接到進(jìn)水口，裝置外殼的密封蓋上開(kāi)有空氣通風(fēng)口、電極出口和電化學(xué)測(cè)入口。為連續(xù)進(jìn)水，根據(jù)進(jìn)水污水濃度，當(dāng)污水濃度C0D>1700mg/L， 進(jìn)水口可設(shè)置回流。陽(yáng)極為中心陽(yáng)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(yáng)極室和陰極室，電極板兩側(cè)分別安裝陽(yáng)極和陰極，且電極板高度隨著遠(yuǎn)離中心陽(yáng)極室而逐漸降低，電極板內(nèi)側(cè)安裝陽(yáng)極，外側(cè)上半部分安裝陰極，電極板兩側(cè)的陰陽(yáng)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(gè)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(diǎn)是在污水得以凈化的同時(shí)產(chǎn)電，具有較好的環(huán)保效果。


圖1是無(wú)隔板裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是有隔板裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(gòu)示意圖中1-陽(yáng)極室；2—不同直徑可拆卸圓形電極板，3 —陽(yáng)極，4一電極出口，5—空氣通風(fēng)口，6—電化學(xué)測(cè)入口，7—密封蓋，8—進(jìn)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(shí)施例方式本裝置由陽(yáng)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(dá)陰極，所以無(wú)需使用質(zhì)子交換膜，實(shí)現(xiàn)了降低造價(jià)的目的，本裝置除了陽(yáng)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(yùn)行，提高了產(chǎn)電效果和廢水處理能力。見(jiàn)附圖1和圖2。裝置包括中心腔室、裝置密封蓋、裝置外殼、進(jìn)水口、出水口、回流管、導(dǎo)線、陽(yáng)極、陰極、測(cè)試口和負(fù)載，其特征在于裝置外殼11內(nèi)的陽(yáng)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(yáng)極下端有進(jìn)水口 8，進(jìn)水口 8通過(guò)回流管16連接到進(jìn)水口 9，裝置外殼11的密封蓋7上開(kāi)有空氣通風(fēng)口 5、電極出口 4和電化學(xué)測(cè)入口 6。為連續(xù)進(jìn)水，根據(jù)進(jìn)水污水濃度，當(dāng)污水濃度C0D>1700mg/L，進(jìn)水口可設(shè)置回流。 陽(yáng)極3為中心陽(yáng)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(yáng)極室和陰極室，電極板兩側(cè)分別安裝陽(yáng)極和陰極，且電極板高度隨著遠(yuǎn)離中心陽(yáng)極室而逐漸降低，電極板內(nèi)側(cè)安裝陽(yáng)極，外側(cè)上半部分安裝陰極，電極板兩側(cè)的陰陽(yáng)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(gè)數(shù)，可根據(jù)污水處理效果和污水產(chǎn)電性能確定。在應(yīng)用時(shí)具體操作如下
①首次啟動(dòng)時(shí)，首先按照附圖1連接裝置，將陰極電極材料固定在中心陽(yáng)極室外壁上， 用帶凹槽的圓柱型密封蓋將中心陽(yáng)極室密封，防止空氣進(jìn)入。密封蓋上留有陽(yáng)極電極、陰極電極出口，電極與導(dǎo)線、外電阻連接形成閉合電路。②裝置啟動(dòng)與運(yùn)行，將陽(yáng)極電極在使用前長(zhǎng)時(shí)間放在厭氧顆粒污泥中形成生物膜后，插入陽(yáng)極室，加快啟動(dòng)。對(duì)于高濃度有機(jī)廢水先經(jīng)過(guò)稀釋后再投加，裝置運(yùn)行后第3天便達(dá)到穩(wěn)定，陽(yáng)極電極上富集了大量產(chǎn)電微生物。③裝置運(yùn)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(yáng)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(shí)在出水口處設(shè)置回流管。在其他陽(yáng)極室添加厭氧污泥。
權(quán)利要求
1.一種多電極連續(xù)流無(wú)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(jìn)水口、出水口、回流管、導(dǎo)線、陽(yáng)極、陰極、測(cè)試口和負(fù)載，其特征在于裝置外殼 (11)內(nèi)的陽(yáng)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(yáng)極下端有進(jìn)水口(8)，進(jìn)水口(8)通過(guò)回流管(16)連接到進(jìn)水口(9)，裝置外殼(11)的密封蓋(7)上開(kāi)有空氣通風(fēng)口(5)、電極出口 (4)和電化學(xué)測(cè)入口(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極連續(xù)流無(wú)膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，其特征在于為連續(xù)進(jìn)水，根據(jù)進(jìn)水污水濃度，當(dāng)污水濃度C0D>1700mg/L，進(jìn)水口可設(shè)置回流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極連續(xù)流無(wú)膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，其特征在于陽(yáng)極(3)為中心陽(yáng)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(yáng)極室和陰極室，電極板兩側(cè)分別安裝陽(yáng)極和陰極，且電極板高度隨著遠(yuǎn)離中心陽(yáng)極室而逐漸降低，電極板內(nèi)側(cè)安裝陽(yáng)極，外側(cè)上半部分安裝陰極，電極板兩側(cè)的陰陽(yáng)極依次形成第二、第三、... ...的閉合回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多電極連續(xù)流無(wú)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(gè)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(wú)膜空氣陰極微生物燃料電池裝置，主要包括中心腔室陽(yáng)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(yáng)極室和陰極室，電極板兩側(cè)分別安裝陽(yáng)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(dòng)的過(guò)程中，水中有機(jī)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(guò)負(fù)載到達(dá)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(yáng)極室和陰極室，依次發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，使污水得以凈化，同時(shí)產(chǎn)電。
文檔編號(hào)C02F3/34GK102437360SQ20111032421
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:沈陽(yáng)建筑大學(xué)