的生物炭颗粒粒径；
[0057]所述光催化板，其在光催化区一侧的表面涂有纳米T12涂层，并在靠近外壁侧设置有下水口 20，所述下水口处装孔隙板，所述孔隙板孔径应应小于所述填充的生物炭颗粒粒径，作为优选，所述光催化板材料采用陶瓷或玻璃；
[0058]所述阳极室顶部侧边缘处设置导气管10，所述导气管排气口连接所述阴极室的左区，进一步，所述阳极室顶部侧边缘远离所述导气管处设置氮气曝气口 7 ;
[0059]所述阳极室微生物厌氧消化区的器壁上部，设置进料口 3，口上设密封盖；
[0060]所述阴极室右区，顶部设置沼气输出口 12，外侧壁上部设置溢流管13 ;
[0061]所述阴极室隔板，上端与阴极室顶部齐平，下端与阴极室底部保持一定距离，从而形成通气孔16，所述通气孔高度和阴极室内填充粒子高度相同；
[0062]所述质子交换膜前，靠近所述阳极室侧，设置孔隙板18，所述孔隙板孔径应小于所述填充的生物炭颗粒粒径；
[0063]作为优选，所述变电阻，电阻可变范围为500?1000 Ω ；
[0064]作为优选，所述阳极，采用不锈钢板、钛板或炭系板、石墨板；
[0065]作为优选，所述阴极，采用以Ti为基底的1102薄膜电极；
[0066]作为优选，所述阴极室内，配磷酸盐缓冲溶液；
[0067]作为优选，除特殊部位外，所述阳极室和所述阴极室采用有机玻璃材料制作。
[0068]实施例二:
[0069]—种利用三维电极光电微生物燃料电池技术的沼气提质增效方法(以稻杆和畜禽粪便为原料):
[0070]首先在无紫外光照射下进行生物膜的挂膜:关闭紫外光源9、19，将驯化好的活性污泥溶液或针对难降解有机质所培养的特殊微生物菌液加入微生物阳极室2中，使其浸没生物膜载体(3?5mm粒径的颗粒生物炭)，并通过循环栗5在微生物阳极室2内循环，通过吸附接种后，经过5?10天后形成成熟的生物膜，排出多余的活性污泥或菌液。
[0071]待生物膜形成之后，取风干的农林废弃秸杆并切碎至3cm左右，同时取新鲜畜禽粪便并过筛剔除杂物，然后将两者按碳氮比25?30: I的比例混合，并加水配制成干物质浓度为4%?10% (夏季取小值，冬季取大值)的发酵料液，从微生物燃料电池阳极室2的进料口 3投加到反应器内，投加量为达到发酵料液在阳极室中的液面超过光催化板4的高度I?3cm为准，并投加已完成挂膜的生物膜，生物膜投加量为总投料量的30%左右。同时，在微生物燃料电池的阴极室14内装入生物炭颗粒(粒径同前面所述)及磷酸盐缓冲溶液(2.77g/L 的 NaH2P04.2Η20、11.55g/L 的 Na2HP04.2Η20、0.31g/L 的 NH4C1 和 0.13g/L的KCl)。其中磷酸盐缓冲溶液，是用来调整个反应器的PH值为6.5?7.5且增加溶液电导率的，其投加量为使其在阴极室内的液面高度和阳极室中发酵料液液面高度持平为准，生物炭颗粒的投加量为阳极室中总料量的30%左右。在加料完成后，对阳极室和阴极室进行爆氮气排空5min后密封，两电极外接500?1000Ω电阻箱。随后开启循环栗5和紫外灯9、19，反应正式启动。循环栗5从阳极室下部的微生物厌氧消化区的下侧部抽出厌氧消化料液，压入到上部的光催化区，使料液平流过光催化板进行光催化后，通过下水孔20又进入到微生物厌氧消化区进行流化床生物膜厌氧消化反应，如此往复在阳极室内循环。阳极室内产生的沼气通过导气管10导入到阴极室内进行进一步处理。
[0072]在阴极室14内，由阳极室产生的沼气通过导气管引入到阴极室狭长的左区。在左区，阴极室外侧的紫外光源19照射到T12薄膜阴电极11上，发生光催化反应。于是，导入的沼气中的0)2和质子交换膜中透入的氢质子H + (由阳极室微生物分解有机质时产生)在光催化条件下发生化学反应生成CH4，实现了 CO2甲烷化，增加了所述反应器产生的沼气中CH4百分含量。同时，当沼气从阴极室左区穿过隔板15底部的通气孔16流向右区时，阴极室中填充的生物炭颗粒，由于大的比表面积和孔隙率，可以吸附和作用于沼气中的杂质组分如H2S等，使沼气得到了进一步提纯。最后，在沼气输出口 12便得到了较高甲烷百分含量和较高纯度的沼气。
[0073]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种三维电极光电微生物燃料电池反应器，其特征在于:所述装置包括由质子交换膜隔开的阳极室和阴极室，所述阳极室内设阳极，所述阴极室内设阴极，阳极和阴极由导线外接变电阻相连，所述阳极室由光催化板隔成上下两部分，上部为光催化区，下部为微生物厌氧消化区，所述阴极室被隔板隔成左右两部分，隔板底部开设通气孔。2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池反应器，其特征在于:所述阳极室顶部侧边缘处设置导气管，导气管排气口连接所述阴极室的左区。3.根据权利要求1所述的微生物燃料电池反应器，其特征在于:所述阳极室上，设置循环栗，水栗的出水口连接微生物厌氧消化区器壁下边缘的循环液出水口，水栗的排水口连接光催化区，所述循环液出水口设置孔隙板。4.根据权利要求1所述的微生物燃料电池反应器，其特征在于:所述光催化板，其在光催化区一侧的表面涂有纳米T12涂层，并在靠近外壁侧设置有下水口，所述下水口处装孔隙板，所述光催化板材料采用陶瓷或玻璃。5.根据权利要求1所述的微生物燃料电池反应器，其特征在于:所述质子交换膜前，靠近所述阳极室侧，设置孔隙板。6.根据权利要求3、4、5所述的孔隙板，其特征在于:孔隙板孔径应小于所述阳极室内填充的生物炭颗粒粒径。7.根据权利要求1所述的微生物燃料电池反应器，其特征在于:所述阴极室隔板，上端与阴极室顶部齐平，下端与阴极室底部保持一定距离，从而形成通气孔，所述通气孔高度和阴极室内填充粒子高度相同。8.根据权利要求1所述的微生物燃料电池反应器，其特征在于:紫外光源，由开关控制，共两处，分别位于所述阳极室上方和所述阴极室侧面，且所述被紫外光源照射的阳极室顶部及阴极室侧面均采用石英玻璃材料制作，所述紫外光源的波长为365nm，功率为200?50019.一种利用三维电极光电微生物燃料电池技术的沼气提质增效方法，其特征在于:首先在无紫外光照射下进行生物膜的挂膜，挂膜成功后，发酵料液在如权利要求1所述的反应器阳极室内循环流动，交替被光催化降解与微生物厌氧消化，其中微生物厌氧消化过程无紫外光照射；从如权利要求1所述的反应器阳极室中产生的沼气，通过所述导管导入到所述阴极室狭长的左区内，所导入沼气中的CO2和所述质子交换膜中透入的氢质子H+ (由阳极室微生物分解有机质时产生)在光催化(阴极室外侧的紫外光源照射到打02薄膜阴电极上，发生光催化反应)条件下发生化学反应生成CH4，实现了 CO2甲烷化，增加了所述反应器产生的沼气中CH4百分含量，同时，当沼气从所述阴极室左区穿过所述隔板底部的通气孔流向右区时，阴极室中填充的生物炭颗粒，由于大的比表面积和孔隙率，可以吸附和作用于沼气中的杂质组分如H2S等，使沼气得到了进一步提纯。
【专利摘要】本发明涉及一种三维电极光电微生物燃料电池反应器及沼气提质增效的方法。一种三维电极光电微生物燃料电池反应器，其结构主要包括由质子交换膜隔开的阳极室和阴极室。其中，阳极室由光催化板隔成上下两部分，上部为光催化区，下部为流化床生物膜微生物厌氧消化区，由于光催化板的作用，使下部的生物膜免受紫外光的杀伤，实现了光催化和微生物厌氧消化在同一反应器内的耦合；阴极室由底部开设通气孔的隔板隔成左右两部分，左区为光催化CO2甲烷化区，阴极室内填充的颗粒生物炭对沼气起到了进一步的提纯作用，反应器最终生成的沼气由右区输出。本发明实现了高效快速处理难降解有机质、提高微生物燃料电池产电效能及沼气的高效高品质生产。
【IPC分类】H01M8/16, C02F3/34, C02F1/28, C02F1/32, C02F101/30, H01M4/86, C02F3/28
【公开号】CN105098217
【申请号】CN201510540288
【发明人】陈潇, 邱凌
【申请人】西北农林科技大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月21日