/o工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微生物燃料电池，尤其涉及一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池。
【背景技术】
[0002]A2/0工艺是以传统的活性污泥法处理污水的技术，污水在厌氧池中发生厌氧消化反应，在缺氧池中发生缺氧反硝化反应进行脱氮。A2/0工艺作为污水处理的关键技术在现代城市污水处理中起到举足轻重的作用，同时降低A2/0在污水处理过程中的高能耗是近年来的研宄重点。城市生活污水中含有大量的有机污染物，据估计其中含有的能量是处理污水所消耗能量的9.3倍，若将废水中的化学能回收利用，不但处理了生活污水还产生了额外的电能。
[0003]微生物燃料电池(MicrobialFuelCell，MFC)是一种利用微生物作为催化剂直接将废水中的有机化学能转化为电能的装置。因为污水中含有许多有机污染物，蕴藏着大量的化学能，MFC技术可以利用微生物的代谢活性有效地将各种有机物降解并转移电子，所以MFC技术不但可以用来处理污水，而且还能从污水中获得电能，从而受到学术界的广泛关注。
[0004]根据A2/0工艺的特点结合MFC技术处理生活污水并产电实现了资源的合理化利用，是可持续的污水处理新技术。本发明以A2/0工艺为基础，利用MFC技术在处理污水的同时产生电能，以A2/0工艺的厌氧池作为MFC的阳极室，A2/0工艺的缺氧池作为MFC的阴极室。在阳极室(厌氧池)产电微生物富基于碳刷电极上氧化有机物产生电子和质子，电子通过外电路传递到阴极室(缺氧池)参与在阴极室(缺氧池)发生的反硝化脱氮反应或氧还原反应；质子在水流的作用下传递到阴极室(缺氧池)与硝酸根离子或者氧气结合产生水。在阴极室(缺氧池)从曝气室回流的硝酸根离子或者氧气可直接作为阴极的电子受体，无需另外添加电子受体；该发明无需添加电子中介体，以含氮生活污水为产电基质，阴、阳两极处于同相溶液内，不设置质子交换，可以有效降低电池内阻，电池性能好，提高产电效率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是利用A2/0工艺和MFC技术的特点，提供一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，该微生物燃料电池的反应器整体(19)由阳极室(13)、阴极室(12)和曝气室(8)组成；阳极室(13)和阴极室(12)之间通过隔板(16)隔开，阳极室(13)和阴极室(12)之间的隔板(16)上设有小孔，以保证污水和污泥顺利流过；阴极室(13)和曝气室⑶之间同样设置隔板(16)隔开，阴极室(13)和曝气室⑶之间的隔板(16)上设有小孔，保证阴极室(12)在缺氧状态的同时提供污水和污泥的流通；阳极室(13)和阴极室(12)上面设置有密封盖(4)，用以创造阳极室(13)的厌氧环境和阴极室(12)的缺氧环境；所述密封盖(4)上固定有数组阳极碳刷电极(2)和阴极碳刷电极(3)，各组电极并排放置且各电极之间通过负载(15)相连，并用导线与数据采集卡(7)连接；所述阳极室(13)的一侧设置有进水口(I);所述曝气室⑶与进水口(I)同侧设置有出水口(5);所述出水口(5)的上方3cm处设置内回流出水口(6);所述曝气头(9)位于曝气池(8)内；所述曝气泵(10)位于反应器(19)外，曝气泵(10)通过曝气管与曝气头(9)相连；所述蠕动泵(11)位于反应器(19)夕卜，蠕动泵(11)与进水口⑴连接；厌氧污泥(14)位于阳极室(13)内部；阴极室(12)的一侧设置内回流进水口(17)，与进水口(I)异侧；所述反硝化污泥(18)位于阴极室(12)内部。
[0007]所述的反应器阳极室(13)和阴极室(12)长宽高之比均为5:2:3?5:2:2.5;反应器阳极室(13)、阴极室(12)和曝气室⑶的容积比例为1:1:3;反应器总体(19)的长宽高之比为4.5:2:1.5?4.5:2:1.2。反应器内溶液占反应器体积的90 %以上，产电污泥占阳极室体积的1/10?1/5。
[0008]所述的污水为COD含量在300?500mg/L的生活污水，并且含有小于30mg/L的氨氮，pH 值为 7.5 ?8.5。其中添加 0.5g/L 的 NaCl，0.05g/L 的 MgCl2，0.015g/L 的 CaCl2.7H20，还有一些其他微量元素和营养物质等。
[0009]所述的阳极室(13)和阴极室(12)上面设置密封盖(4)，密封盖上面打孔固定各组阳极碳刷电极(2)、阴极碳刷电极(3)，各组阳极碳刷电极(2)、阴极碳刷电极(3)之间间距在5cm到8cm，各电极组数根据具体需要而定；阴、阳电极对之间的距离在8cm到10cm。
[0010]所述阳极碳刷电极(2)、阴极碳刷电极(3)、的电极材料为碳刷电极，电极直径为5cm，长10cm，浸没于水面之下，距离反应器(19)底部0.5?1.0cm ;碳刷由钛丝和碳纤维制成，碳纤维是在丙酮溶液中浸泡24h，并经450°C马弗炉中烘烤Ih处理。
[0011]所述隔板(16)在靠近反应器(19)器壁一侧开有的小孔尺寸为Icm?1.5cm。
[0012]所述的阳极室(13)和阴极室(12)之间为开口的无膜结构，反应器溶液中无添加传质介体，属于无膜无介体微生物燃料电池。
[0013]本发明与现有技术相比的有益效果是:1)以A2/0工艺为基础，利用MFC技术的特点，实现了脱氮除碳的同时产生电能。2)阴、阳两极处于同相溶液中，不需要添加电子中介体，不需要质子交换膜，硝酸根离子或者氧气可接直接作为阴极电子受体，装置结构简单，易于放大和工程应用。3)阳极产生的电子被传递到阴极，强化了阴极的脱氮效果，并且可以根据污水含氮量的大小适当调节内回流比，为阴极提供足够的电子受体。4)反应器构造简单，可以直接对传统A2/0工艺进行改造，就能实现良好污水的处理效果并且产生稳定的电能。实验室运行结果表明，耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池具有良好的同步脱氮除碳产电性能，污染物去除率高，产电性能稳定。
【附图说明】
[0014]图1是耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池结构示意图；
[0015]图2是耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池俯视图。
[0016]图中:1、进水口 ；2、阳极碳刷电极；3、阴极碳刷电极；4、密封盖；5、出水口 ；6、内回流出水口 ；7、数据采集卡；8、曝气室；9、曝气头；10、曝气泵；11、蠕动泵；12、阴极室；13、阳极室；14、厌氧污泥；15、负载；16、隔板；17、内回流进水口 ；18、反硝化污泥；19、反应器整体。
【具体实施方式】
[0017]如图1-2所示，一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，污水由进水口(I)进入阳极室(13)，在厌氧污泥(14)的作用下发生厌氧消化反应，后流入阴极室(12)在反硝化细菌(18)的作用下发生反硝化反应。最后污水在曝气室(8)中发生好氧硝化反应，由曝气泵(10)和置于曝气室(8)内的曝气头(9)提供氧气。曝气后的混合液由蠕动泵(11)从曝气室的回流口(6)和阴极室的回流口(17)进行内回流循环，处理后的水经由出水口(5)进入二沉池。
[0018]具体而言，污水由进水