一种用于污泥中重金属回收的沉积型微生物燃料电池的制作方法

本发明涉及一种微生物燃料电池，特别涉及一种用于污泥中重金属回收的沉积型微生物燃料电池。

背景技术：

处理工业废水为主的污水处理厂所产生的污泥，往往重金属含量比较高，污泥中的重金属是污泥资源化利用的最主要障碍，如果不加以处理而任意排放，不仅会对环境造成二次污染，而且也是一种资源的浪费。污泥中的重金属种类繁多，大多数污水处理厂中每千克污泥中cu、zn等重金属含量高达数百至数千千克，已成为污泥土地利用等资源化利用的主要限制因素。污泥中重金属的回收对解决污泥的出路具有重要意义，现有的重金属回收技术主要有化学法、微生物淋滤法、电化学法，都有各自的缺点和不足：处理成本高，处理周期长，对污泥存在副作用等。化学法易于掌握、操作简单，在一定条件下能有效快速去除污泥中大量的重金属，但成本相对较高，一部分药剂会残留在污泥中，对污泥产生负面影响；微生物淋滤法运行成本低，操作方便，既节约资源又减少环境污染，但微生物淋滤法采用的主要菌种增殖慢，效果稳定性稍差且滞留时间长，这些特点限制了其大规模应用；电化学法就用来精练金属或从废弃的电镀液中回收重金属,但都是回收浓溶液中的重金属,溶液的浓度较高可以获得较高的电流效率。但对于重金属废水来说,废水中重金属的浓度一般较低,如果用传统的电化学法来处理,电流效率较低,电能消耗较高。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于污泥中重金属回收的沉积型微生物燃料电池。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于污泥中重金属回收的沉积型微生物燃料电池，包括依次通过导线连接的阴极、电阻以及阳极；所述阴极设置在污泥上方，其上表面与空气接触，其下表面与污泥接触；所述阳极设置在污泥中，所述阳极与所述阴极相对且两者之间设有间隙。

进一步地，所述阴极和所述阳极均由石墨制成。

进一步地，所述阴极和所述阳极两者结构相同，均为石墨板或石墨棒。

进一步地，所述阴极和所述阳极均为长为5cm～30cm、宽为5cm～30cm、厚度为0.5cm～3cm的石墨板。

进一步地，所述阴极的下表面最低点与所述阳极的上表面最高点的间距为5cm～30cm。

进一步地，所述电阻阻值为100ω～2000ω。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明沉积型微生物燃料电池用于污泥中重金属的回收，与其他技术相比无需药剂或者电能的输入，对污泥不产生二次污染或加重污染，结构简单，建造和运行成本低，易于管理维护，有较好的重金属回收效果，在回收污泥中重金属的同时还可产生电能，而且当污泥中的重金属富集结束后，可以把阴阳极进行回收，放入其他需要处理的污泥中，继续工作。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、阴极；2、电阻；3、导线；4、阳极；5、污泥。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1，一种用于污泥中重金属回收的沉积型微生物燃料电池，包括依次通过导线3连接的阴极1、电阻2以及阳极4；所述阴极1设置在污泥5上方，其上表面与空气接触，其下表面与污泥5接触；所述阳极4设置在污泥5中，所述阳极4与所述阴极1相对且两者之间设有间隙。

进一步地，所述阴极1和所述阳极4可均由石墨制成。石墨在常温下具有很好的化学稳定性，不受任何强酸，强碱及有机溶剂的侵蚀。因此，石墨制品即使长期使用损耗也很少，只要擦拭干净还如新的一样。石墨具有比较好的导电性，而且有利于污泥中微生物的生长和附着。

进一步地，所述阴极1和所述阳极4两者可结构相同，可均为石墨板或石墨棒。石墨板或石墨棒制作简单，与污泥有较大的接触面积。

进一步地，所述阴极1和所述阳极4可均为长为5cm～30cm、宽为5cm～30cm、厚度为0.5cm～3cm的石墨板。所述阴极1和所述阳极4优选尺寸为10cm、宽为10cm、厚度为1cm的石墨板。这个尺寸的石墨板制作简单，而且不易折断。

进一步地，所述阴极1的下表面最低点与所述阳极4的上表面最高点的间距可为5cm～30cm，优选间距为20cm。若阴阳极距离过大，则微生物燃料电池内阻会很大，若阴阳极距离过小，处理的污泥量比较少，尺寸范围10-30cm比较适合，间距为20cm处理效率相当较好。

进一步地，所述电阻2阻值可为100ω～2000ω。当外部电阻和电池内阻接近时，微生物燃料电池会有比较大的功率，可根据电池形成的电阻进行选择，所述阴极1和所述阳极4优选尺寸为10cm、宽为10cm、厚度为1cm的石墨板。所述阴极1的下表面最低点与所述阳极4的上表面最高点的间距间距为20cm时，电阻优选1000ω。

本发明的工作原理：微生物燃料电池是把化学能转化为电能的装置，位于阳极4的微生物把有机物分解，电子转移到阳极4，然后通过导线3传递到阴极1，与同样来自阳极4的质子和电子受体如氧气发生反应，从而产生电能，沉积型微生物燃料电池是在微生物燃料电池的基础上发展而来的，具有结构简单，易于管理，能在去除污染物的同时产生电能等特点。本发明主要是沉积型微生物燃料电池阳极4的微生物利用污泥5中的有机物质产生电能，形成电场，重金属在电场的作用下从沉积型微生物燃料电池的阳极4富集到阴极1，从而达到污泥5中重金属回收的目的。阳极4放置在污泥5中，为微生物提供了栖息场所，使微生物富集在阳极4表面，通过消耗污泥5中的有机物产生电能，阴极1放置在污泥5上部，上表面与空气接触，以氧气作为电子受体，提高了沉积型微生物燃料电池的效率。本装置不需要额外的电能输入，对污泥5不会产生负面影响，在富集污泥5中重金属的同时，阳极4的微生物会利用污泥5中的有机物产生电能，当多个沉积型微生物燃料电池串联后，会产生比较高的电压，是一种污泥资源利用的新形式。此系统建造成本低，微生物活性可自我维持，不需要复杂的管理。当污泥5中的重金属富集结束后，可以把阴阳极4进行回收，放入其他需要处理的污泥5中，继续工作。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于污泥中重金属回收的沉积型微生物燃料电池，包括依次通过导线连接的阴极、电阻以及阳极；所述阴极设置在污泥上方，其上表面与空气接触，其下表面与污泥接触；所述阳极设置在污泥中，所述阳极与所述阴极相对且两者之间设有间隙。本发明沉积型微生物燃料电池用于污泥中重金属的回收，与其他技术相比无需药剂或者电能的输入，对污泥不产生二次污染或加重污染，结构简单，建造和运行成本低，易于管理维护，有较好的重金属回收效果，在回收污泥中重金属的同时还可产生电能，而且当污泥中的重金属富集结束后，可以把阴阳极进行回收，放入其他需要处理的污泥中，继续工作。

技术研发人员：吴卿;焦士埔;彭森;刘天赐
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2018.11.15
技术公布日：2019.04.19