专利名称：一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微生物燃料电池装置，具体涉及一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置。
背景技术：
随着我国社会经济的高速发展和工业化进程的不断加速，越来越多的工业废水排放的水体环境中，其中，尤其是高浓度有机废水，存在着有机物浓度高，成分复杂，处理难度大，环境污染严重，对水生环境污染严重等诸多问题，严重威胁到人类社会的健康发展和环境的生态安全。因此，高浓度有机废水需要通过有效的吹里手段进行处理。同时，由于我国是一个水资源严重紧缺的国家，因此，急需对现有的废水资源进行有效的回收利用，在污染物高效去除的同时，实现污染物的资源化、能源化利用及水资源的可持续发展。高浓度有机废水中蕴含着大量的能量，如果在污染物有效去除的同时，将这些污染物中蕴藏的化学能转化为电能，就可以最大限度的从废水中回收能源，这一原则符合我国水资源循环经济的“减量化、再利用、资源化”的发展原则。微生物燃料电池技术(Microbial fuel cells, MFCs)正是可以将肺水中的化学能转化成清洁能源电能的装置。MFC技术是利用微生物的催化作用将底物中的化学能转化成电能，并通过外电路将电能进行回收利用，同时，由于MFC技术可以创造一个良好的生物电化学环境，因此，MFC技术可以有效的加速污染物的降解，并且MFC技术可以通过外电路的调控，有效的降低处理构筑物中的污泥浓度，降低后续的污泥处理量，因此，MFC技术在高浓度废水处理领域具有广阔的应用前景。在高浓度有机废水处理系统中，连续流搅拌槽式反应器(Continuous stirredtank reactor, CSTR)是一种理想的高浓度有机废水处理装置，CSTR反应器可以有效的处理高浓度有机废水，同时由于CSTR系统具有连续的搅拌装置，可以有效的克服系统中由于传质问题、避免系统中反应物的分层状态，通过提高系统中传质过程，有效的加强了系统中物料的混合程度，从而加速了高浓度有机污染物的去除。目前，没有一种装置可以综合利用CSTR系统与MFC系统进行高浓度有机废水处理。现有连续流搅拌槽式反应器出水COD去除率低，反应时间长，高浓度有机废水进入CSTR系统后，出水还需要进入下一个处理单元进行后续处理。
发明内容
本发明为解决现有连续流搅拌槽式反应器出水COD去除率低，反应时间长，高浓度有机废水进入CSTR系统后，出水还需要进入下一个处理单元进行后续处理的问题，进而提出一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置。本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明包括搅拌电机、MFC反应容器、CSTR反应容器、阳极、搅拌轴、搅拌桨、固液分离器、多个空气阴极、多个橡皮垫圈和多个穿孔夹板，搅拌电机、MFC反应容器、CSTR反应容器由上至下依次设置，MFC反应容器的下端与CSTR反应容器的上端连通，CSTR反应容器的下端设有沉淀区，搅拌轴的上端与搅拌电机下端的输出轴连接，搅拌轴的下端穿过MFC反应容器设置在CSTR反应容器内，搅拌桨安装在搅拌轴的下端上，每个空气阴极通过一个橡皮垫圈和一个穿孔夹板固定安装在MFC反应容器的外侧壁上，且多个空气阴极将MFC反应容器的外侧壁完全覆盖，阳极的下端插装在MFC反应容器内，阳极的上端穿过MFC反应容器的上表面，固液分离器安装在CSTR反应容器内，且固液分离器位于搅拌桨的上方。本发明的有益效果是:本发明的MFC反应容器和CSTR反应容器采用连续流进水方式，进水口设置在CSTR反应容器下部的外侧壁上，这样设计有利于实现进水和污泥的有效混合，增加CSTR反应容器的处理效率，COD去除率提高到50%，同时，进水口设置在CSTR反应容器下部的外侧壁上可以增加水流的扰动，从而进一步提高传质速率，传质速率提高10% ;进水通过CSTR反应容器的快速降解后，经过固液分离器的分离作用，将污泥留存在CSTR反应容器内，上清液经过固液分离器与CSTR反应容器内侧壁的狭缝进入到MFC反应容器内，用过阳极微生物的生物电化学协同作用，将废水进一步降解，并将废水中的化学能转化为电能，储存在外电路中，废水经过MFC反应容器的降解代谢后，由出水口排出；本发明可有效处理燃料、医药试剂、食品加工、合成材料、燃料乙醇生产等行业产生的高浓度有机废水，本发明可有效降解污染物的同时，缩短反应时间(具体缩短多少反应时间)并回收清洁能源电能，本发明可有效降低系统运行成本(具体降低运行成本多少)。
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置包括搅拌电机1、MFC反应容器2、CSTR反应容器3、阳极4、搅拌轴8、搅拌桨9、固液分离器10、多个空气阴极5、多个橡皮垫圈6和多个穿孔夹板7，搅拌电机1、MFC反应容器2、CSTR反应容器3由上至下依次设置，MFC反应容器2的下端与CSTR反应容器3的上端连通，CSTR反应容器3的下端设有沉淀区11，搅拌轴8的上端与搅拌电机I下端的输出轴连接，搅拌轴8的下端穿过MFC反应容器2设置在CSTR反应容器3内，搅拌桨9安装在搅拌轴8的下端上，每个空气阴极5通过一个橡皮垫圈6和一个穿孔夹板7固定安装在MFC反应容器2的外侧壁上，且多个空气阴极5将MFC反应容器2的外侧壁完全覆盖，阳极4的下端插装在MFC反应容器2内，阳极4的上端穿过MFC反应容器2的上表面，固液分离器10安装在CSTR反应容器3内，且固液分离器10位于搅拌桨9的上方。本实施方式中阳极4和空气阴极5分别单独连接外电阻获取电能，也可以采用并联或串联的方式进行连接用以提高电路的电流和电压。本发明所述高浓度有机废水是指COD为5000 10000mg/L的有机废水。
具体实施方式
二:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置还包括水封机构12，水封机构12套装在搅拌电机I下表面与MFC反应容器2上表面之间的搅拌轴8上。
本实施方式的技术效果是:水封的设计，是利用一定高度的静水压力来抵抗排水管内气压变化，通过水压变化可以确保系统中气液界面的稳定高度，从而可以确保系统的稳定出水。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置的CSTR反应容器3下部的外侧壁上设有反应器进水口 13，MFC反应容器2的外侧壁上设有出水口 14，CSTR反应容器3下端的沉淀区11的下表面上设有排泥口 15。本实施方式的技术效果是:在反应器的下部侧壁上设置进水口，有利于进水和污泥进行有效的混合和降解，侧向进水可有效的增加水利剪切力，可有利于进水和污泥的充分混合，增加传质效率。水流从下部流向顶部，可以将在下部降解形成的小分子有机酸在MFC部分进行利用，从而促进电能产生，并可以进一步降解有机污染物。在系统的底部设有沉淀区，底部沉淀区的设置可以有效的和进水进行混合，并且将污泥沉降在底部，有利于污染物的高效去除，同时，在沉降区的底部设置排泥口有利于及时从系统中排除多余的剩余污泥。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置还包括多个支架16，多个支架16均布设置在CSTR反应容器3的下表面上。本实施方式的技术效果是:使用支架的作用是可以将反应器进行有效的支撑和固定，起到固定反应器的作用。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二或三相同。工作原理本发明中的CSTR反应容器3的主要作用是将废水和污泥进行有效的混合，利用搅拌桨9实现有机废水和污泥完全混合状态，提高系统内的传质效率，加速污染物的降解转化；固液分离器10可以将液体和固体进行有效的分离,从而有效的减少污泥的流失,并使反应后的上清液进入到MFC反应容器2内，进行后续的产电反应；经固液分离器10分离的沉淀污泥返回到CSTR反应容器3内进行持续反应，从而确保了 CSTR反应容器3内有充足的污泥量。MFC反应容器2主要功能是将CSTR反应容器2处理后的上清液进一步降解，通过MFC反应容器2内的生物电化学环境，利用电极微生物的代谢作用，将部分CSTR反应容器3内不能处理的污染物，在生物电化学系统中进行有效的去除，同时，在阳极4与空气阴极5之间设置外电阻，可以在外电路中回收电能，从而在污染物去除的过程中将化学能转化为电能。
权利要求
1.一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置，其特征在于:所述一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置包括搅拌电机(I)、MFC反应容器(2)、CSTR反应容器(3)、阳极(4)、搅拌轴(8)、搅拌桨(9)、固液分离器(10)、多个空气阴极(5)、多个橡皮垫圈(6)和多个穿孔夹板(7)，搅拌电机(I)、MFC反应容器(2)、CSTR反应容器(3)由上至下依次设置，MFC反应容器⑵的下端与CSTR反应容器(3)的上端连通，CSTR反应容器(3)的下端设有沉淀区(11)，搅拌轴(8)的上端与搅拌电机(I)下端的输出轴连接，搅拌轴(8)的下端穿过MFC反应容器(2)设置在CSTR反应容器(3)内，搅拌桨(9)安装在搅拌轴(8)的下端上，每个空气阴极(5)通过一个橡皮垫圈(6)和一个穿孔夹板(7)固定安装在MFC反应容器⑵的外侧壁上，且多个空气阴极(5)将MFC反应容器⑵的外侧壁完全覆盖，阳极(4)的下端插装在MFC反应容器(2)内，阳极(4)的上端穿过MFC反应容器(2)的上表面，固液分离器(10)安装在CSTR反应容器(3)内，且固液分离器(10)位于搅拌桨(9)的上方。
2.根据权利要求1所述一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置，其特征在于:所述一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置还包括水封机构(12)，水封机构(12)套装在搅拌电机⑴下表面与MFC反应容器⑵上表面之间的搅拌轴(8)上。
3.根据权利要求1所述一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置，其特征在于:CSTR反应容器(3)下部的外侧壁上设有反应器进水口(13)，MFC反应容器⑵的外侧壁上设有出水口(14)，CSTR反应容器(3)下端的沉淀区(11)的下表面上设有排泥口(15)。
4.根据权利要求1、2或3所述一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置，其特征在于:所述一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置还包括多个支架(16)，多个支架(16)均布设置在CSTR反应容器(3)的下表面上。
全文摘要
一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置，它涉及一种微生物燃料电池装置，具体涉及一种适用于高浓度有机废水处理的微生物燃料电池装置。本发明为了解决现有连续流搅拌槽式反应器出水COD去除率低，反应时间长，高浓度有机废水进入CSTR系统后，出水还需要进入下一个处理单元进行后续处理的问题。本发明的MFC反应容器的下端与CSTR反应容器的上端连通，搅拌轴的上端与搅拌电机下端的输出轴连接，搅拌轴的下端穿过MFC反应容器设置在CSTR反应容器内，阳极的下端插装在MFC反应容器内，阳极的上端穿过MFC反应容器的上表面，固液分离器安装在CSTR反应容器内。本发明用于处理高浓度有机废水。
文档编号H01M8/16GK103199291SQ20131015079
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月26日 优先权日2013年4月26日
发明者冯玉杰, 刘佳, 赵伟, 何伟华 申请人:哈尔滨工业大学