口⑴缓慢进入阳极室(13)，阳极室(13)中的厌氧污泥
(14)(部分附着在阳极碳刷上)氧化污水中的有机物并产生电子和质子。电子通过碳刷的钛丝传递到阴极，质子随污水流入阴极室(12)。在阳极室(13)未消耗完全的有机物流入到阴极室(12)作为阴极反硝化微生物的碳源，阴极室(12)的硝酸根离子在反硝化菌的作用下接受阳极传递来的电子发生反硝化反应生成N2。阴极室(12)的硝酸根离子主要来自于曝气室(8)回流的混合液，经过阳极室(13)和阴极室(12)的作用，污水流到曝气室(8)进行好氧硝化反应，将氨氮氧化成硝态氮。曝气室(8)中的混合液经过蠕动泵(11)回流到阴极室(12)，其中的硝态氮或氧气作为阴极碳刷电极(3)的电子受体。阳极碳刷电极(2)和阴极碳刷电极(3)连接的外电路形成闭合回路，产生电流。反应系统在完成脱氮除碳的同时产生电能，可以为小功率的用电器或者传感器供电，并且电子在阴极碳刷电极(3)强化了系统的脱氮效率，实现了 A2/0工艺与MFC技术的耦合来处理生活污水同时产电的目的。
【主权项】
1.一种耦合A 2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，其特征在于: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⑶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(8)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⑵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(8)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)外，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。
2.根据权利要求1所述的一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，其特征在于: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。
3.根据权利要求1所述的一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，其特征在于: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CaCl2.7H20o
4.根据权利要求1所述的一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，其特征在于: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。
5.根据权利要求1所述的一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，其特征在于: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。
6.根据权利要求1所述的一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，其特征在于: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。
7.根据权利要求1所述的一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，其特征在于: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。
8.根据权利要求1所述的一种耦合A2/0工艺处理生活污水并产电的微生物燃料电池，其特征在于:，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； 具体而言，污水由进水口⑴缓慢进入阳极室(13)，阳极室(13)中的厌氧污泥(14)(部分附着在阳极碳刷上)氧化污水中的有机物并产生电子和质子；电子通过碳刷的钛丝传递到阴极，质子随污水流入阴极室(12);在阳极室(13)未消耗完全的有机物流入到阴极室(12)作为阴极反硝化微生物的碳源，阴极室(12)的硝酸根离子在反硝化菌的作用下接受阳极传递来的电子发生反硝化反应生成N2;阴极室(12)的硝酸根离子主要来自于曝气室(8)回流的混合液，经过阳极室(13)和阴极室(12)的作用，污水流到曝气室(8)进行好氧硝化反应，将氨氮氧化成硝态氮；曝气室(8)中的混合液经过蠕动泵(11)回流到阴极室(12)，其中的硝态氮或氧气作为阴极碳刷电极(3)的电子受体；阳极碳刷电极(2)和阴极碳刷电极(3)连接的外电路形成闭合回路，产生电流；反应系统在完成脱氮除碳的同时产生电能，可以为小功率的用电器或者传感器供电，并且电子在阴极碳刷电极(3)强化了系统的脱氮效率，实现了 A2/0工艺与MFC技术的耦合来处理生活污水同时产电的目的。
【专利摘要】一种耦合A2/O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由阳极室、阴极室和曝气室组成；阳极室和阴极室之间通过隔板隔开，阳极室和阴极室之间的隔板上设有小孔；阴极室和曝气室之间同样设置隔板隔开，阴极室和曝气室之间的隔板上设有小孔；阳极室和阴极室上面设置有密封盖；密封盖上固定有数组阳极碳刷电极和阴极碳刷电极，各组电极并排放置且各电极之间通过负载相连，并用导线与数据采集卡连接；阳极室的一侧设置有进水口；曝气室与进水口同侧设置有出水口；反硝化污泥位于阴极室内部。
【IPC分类】H01M8-16, C02F3-30
【公开号】CN104868146
【申请号】CN201510138307
【发明人】海热提·吐尔逊, 付进南, 王晓慧, 李媛, 向龙, 刘睿
【申请人】北京化工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年3月26日