式微生物燃料电池原位测试系统中，还设有三个密封盖，其中，两个为全密封盖10，一个为带孔密封盖9，该带孔密封盖9上设有用于插入微电极6和参比电极7的小孔，该小孔中还设有用于增加密封性的橡皮塞。叠加式微生物燃料电池原位测试系统运行时，顶部密封盖采用带孔密封盖9，底部为全密封盖10 ;当需要使用微电极6测量同一电化学状态下阳极生物膜12与阴极生物膜22参数时，可将电池反应器上下颠倒，此时，可采用另一个全密封盖10供中转使用。在实际使用时，全密封盖10、带孔密封盖9可以通过紧固元件，如法兰等，与阳极室1、阴极室2进行固定连接。
[0064]本实施例中，外接可调电阻电路5为闭合外电路，该电路中的可调变阻器51阻值变化范围为0-9999 Ω。
[0065]含有大量有机碳和氨氮的废水通过第一进水管13进入阳极室1，阳极室1顶部通过法兰与带孔密封盖9连接，阳极室1内的阳极碳布上附着大量厌氧产电微生物，废水流经阳极室1时，产电微生物会消耗降解有机质产生质子和电子，质子通过质子交换膜3进入阴极室2，电子由阳极导线流出，经外接可调电阻电路5流向阴极导线，并进入阴极碳布，阳极室1流出液通过第一出水管流出，由外接蠕动栗8吸入外接硝化反应器4进行硝化反应，水中氨氮化合物被转化为硝酸盐及亚硝酸盐类化合物，外接硝化反应器4流出液，再经第二进水管23流入阴极室2，阴极室2底部通过法兰与全密封盖10连接，阴极室2内的阴极碳布上附着大量缺氧产电微生物，废水流经阴极室2时，废水中的硝酸盐和亚硝酸盐被微生物反硝化作用转化为氮气，经处理后的水通过第二出水管24流出，阳极室1和阴极室2内溶液可分别通过阳极蠕动栗15、阴极蠕动栗25进行连续再循环，以此降低反应器内基质的浓度梯度。
[0066]本实施例叠加式微生物燃料电池原位测试系统可用于在同一电化学状态下原位测定电极生物膜(即阳极生物膜12、阴极生物膜22)的特性参数。
[0067]如图2-4所示，在实际应用时，采用本实施例叠加式微生物燃料电池原位测试系统来处理高浓度废水，废水的C0D为1000mg/L左右，总氮浓度为200mg/L左右，反应温度控制为25°C附近，外接1000 Ω电阻，反应器最高输出电压可达到0.68V，连续运行250小时，C0D降解率及系统脱氮率分别可达到60%和85%左右。由此可见，本实施例叠加式微生物燃料电池原位测试系统运行产电性能良好，能达到较高的C0D及总氮去除率。
[0068]实施例2:
[0069]本实施例中，阳极室1由3个阳极反应模块串联叠加而成，阴极室2由3个阴极反应模块串联叠加而成，外接硝化反应器4中活性炭纤维填料的单丝直径为20 μπι。其余同实施例1。
[0070]实施例3:
[0071]本实施例中，阳极室1由5个阳极反应模块串联叠加而成，阴极室2由5个阴极反应模块串联叠加而成，外接硝化反应器4中活性炭纤维填料的单丝直径为15 μπι。其余同实施例1。
[0072]实施例4:
[0073]本实施例中，阳极室1由6个阳极反应模块串联叠加而成，阴极室2由6个阴极反应模块串联叠加而成，外接硝化反应器4中活性炭纤维填料的单丝直径为12 μπι。其余同实施例1。
[0074]实施例5:
[0075]本实施例中，阳极室1由8个阳极反应模块串联叠加而成，阴极室2由8个阴极反应模块串联叠加而成，外接硝化反应器4中活性炭纤维填料的单丝直径为18 μπι。其余同实施例1。
[0076]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于，该系统包括由至少一个阳极反应模块串联叠加而成的阳极室(1)、由至少一个阴极反应模块串联叠加而成的阴极室(2)、设置在阳极室⑴与阴极室(2)之间的质子交换膜(3)以及分别与阳极室(1)、阴极室(2)相连通的外接硝化反应器(4)，所述的阳极室(1)与阴极室(2) —上一下可对调相对设置，并且所述的阳极室⑴与阴极室⑵之间还设有外接可调电阻电路(5)。2.根据权利要求1所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于， 所述的阳极反应模块包括阳极反应腔室(11)以及水平设置在阳极反应腔室(11)中的阳极生物膜(12)，并且相邻两阳极反应腔室(11)中的阳极生物膜(12)通过电路串联设置； 所述的阴极反应模块包括阴极反应腔室(21)以及水平设置在阴极反应腔室(21)中的阴极生物膜(22)，并且相邻两阴极反应腔室(21)中的阴极生物膜(22)通过电路串联设置。3.根据权利要求2所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于，所述的质子交换膜(3)两侧的阳极生物膜(12)与阴极生物膜(22)通过外接可调电阻电路(5)相连接。4.根据权利要求3所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于， 所述的阳极生物膜(12)由阳极碳布以及负载在阳极碳布上的厌氧产电微生物构成； 所述的阴极生物膜(22)由阴极碳布以及负载在阴极碳布上的缺氧产电微生物构成。5.根据权利要求4所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于， 所述的阳极室(1)与阴极室(2) —上一下相对设置时，所述的阳极室(1)顶端还设有微电极(6)及参比电极(7)，并且所述的微电极(6)的底端与阳极生物膜(12)相接触；所述的阴极室(2)与阳极室(1) 一上一下相对设置时，所述的阴极室(2)顶端还设有微电极(6)及参比电极(7)，并且所述的微电极￠)的底端与阴极生物膜(22)相接触。6.根据权利要求5所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于， 所述的阳极室(1)设有向阳极室(1)注入废水的第一进水管(13)以及将阳极室(1)的流出液导入外接硝化反应器(4)的第一出水管(14)，并且所述的第一出水管(14)上设有外接蠕动栗⑶； 所述的阴极室⑵设有将外接硝化反应器⑷的流出液导入阴极室⑵的第二进水管(23)以及将阴极室(2)处理液排出的第二出水管(24)。7.根据权利要求6所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于， 所述的阳极室(1)还设有阳极蠕动栗(15)，所述的废水通过阳极蠕动栗(15)在阳极室(1)中循环流动； 所述的阴极室(2)还设有阴极蠕动栗(25)，所述的外接硝化反应器(4)的流出液进入阴极室(2)，并通过阴极蠕动栗(25)在阴极室(2)中循环流动。8.根据权利要求1所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于，所述的外接硝化反应器(4)中填充有活性炭纤维填料，该活性炭纤维填料上负载有挂膜微生物。9.根据权利要求8所述的一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统，其特征在于，所述的活性炭纤维填料的单丝直径为10-20 μπι。10.一种如权利要求1至9任一项所述的叠加式微生物燃料电池原位测试系统的应用，其特征在于，用于在同一电化学状态下原位测定电极生物膜的特性参数。
【专利摘要】本发明涉及一种叠加式微生物燃料电池原位测试系统及其应用，所述的系统包括由至少一个阳极反应模块串联叠加而成的阳极室、由至少一个阴极反应模块串联叠加而成的阴极室、设置在阳极室与阴极室之间的质子交换膜以及分别与阳极室、阴极室相连通的外接硝化反应器，阳极室与阴极室一上一下可对调相对设置，并且阳极室与阴极室之间还设有外接可调电阻电路；本发明系统用于在同一电化学状态下原位测定电极生物膜的特性参数。与现有技术相比，本发明系统结构简单、紧凑，将脱碳、硝化、反硝化功能分置为独立单元，提高污染物去除效率，并易于根据污染物浓度及实际水量改变，整个系统密封性强，稳固性好，运行稳定，具有很好的开发运用前景。
【IPC分类】H01M8/04313, H01M8/16, C02F3/30, C02F3/34
【公开号】CN105390716
【申请号】CN201510710884
【发明人】王荣昌, 姚佳斌, 周欣逸
【申请人】同济大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月28日