1.本实用新型属于环境工程技术领域，具体涉及能够处理污水的微生物燃料电池中试装置。
背景技术：
2.微生物燃料电池系统利用微生物降解有机物，将化学能转化为电能，在理论上能够得到较高的能量转化率，同时具有原料来源广泛、操作条件温和、生物相容性好和清洁高效的优点。目前，关于微生物燃料电池报道很多，在降低 mfc成本、优化mfc的结构、降低内阻以及提高其功率密度等方面做了大量的研究，功率输出也因此提高了几个数量级，此外，利用mfc处理污水也大大降低了处理的成本。这些研究成果也为将来大规模的工业化应用提供了强有力的支撑。mfc有阴阳极室，每室的反应机理不同，因此所处理污水的类别也不同。阳极室处理主要是通过阳极室溶液中的混合菌群厌氧呼吸作用降解微生物，通常情况下是厌氧环境。阴极室的处理原理则是阴极的氧化物与从阳极过来的电子发生反应，从而使得污染物得到还原，达到降解的目的。单室型结构微生物燃料电池中阳极和阴极距离大大缩减，阴极传质速率得到明显提升，电池内阻大大降低，最终使得电池的产电性能和污染物去除效率明显提升。阴极材料的性能也是制约微生物燃料电池产电功率的主要因素。与重铬酸钾、高锰酸钾等高还原性物质以及铁氰化钾相比，最理想的电子受体是空气中的氧气，因其具有来源广泛、氧化还原电位高等优点。当下，空气阴极最具有发展的潜质，并且应用广泛。大多数污水都用于微生物燃料电池进行处理，目前研究的有难降解有机污水、生活污水、工业污水等。现阶段空气阴极微生物燃料电池技术的研究多集中在实验室阶段，尚无一套成熟的单室空气阴极微生物燃料电池装置。
技术实现要素：
3.本实用新型是一套空气阴极微生物燃料电池中试装置，为完成小规模处理污水的目的，提高污染物去除效率。
4.本实用新型空气阴极微生物燃料电池中试装置由阳极、阴极、氧气管、氧气发生器、蠕动泵、流量计、外电阻、外导线、进水管、出水管、反应室和纯氧室构成。
5.所述阳极和阴极在同一反应室内部，阳极和阴极敞口相对设计并用外导线连接，同时外导线接入外加电阻；在反应室的阳极区域的下部接入进水管，用于将污水导入微生物燃料电池腔室内部；
6.所述反应室右侧为纯氧室，纯氧室向外连接至氧气发生器，用于将制备的纯氧气打入纯氧室中以在阴极表面完成氧还原反应；
7.所述腔室阴极区域上部连接出水管，出水管末端连接流量计和蠕动泵，用于及时将上清液排出。
8.所述阳极采用了石墨碳毡。
9.所述阴极以不锈钢网为集流体。网一侧用炭黑与聚四氟乙烯(质量比3:7) 辊压，
另一侧用活性炭与聚四氟乙烯粘结剂辊压(质量比6:1)，该结构可以防止污水进入纯氧室。
10.所述的出水管蠕动泵和流量计用于调整装置内污水停留时间。
11.所述的氧气管、氧气发生器和纯氧室保证了阴极还原电子受体为纯氧气，可以大大提升氧还原过程。
12.本实用新型与实验室阶段的单室空气阴极微生物燃料电池相比突出体现在以下方面：
13.本实用新型进水流量大大提高，可以满足日处理1立方米污水的处理能力；同时阴极和阳极表面积大大增大，提高了污染物去除效率和电池的产电性能；纯氧室区域保证了氧气电子受体连续不断的参与反应，从而促进了氧还原过程的进行。
附图说明
14.图1为单室空气阴极微生物燃料电池中试装置的结构示意图
具体实施方式
15.本实用新型技术方案不局限于下述具体实施方式，还可调整进行其他具体实施方式。
16.具体实施方式一：本实施方式单室空气阴极微生物燃料电池中试装置由阳极1、阴极2、氧气管3、氧气发生器4、蠕动泵5、流量计6、外电阻7、外导线8、进水管9、出水管10、反应室11和纯氧室12构成；
17.所述阳极1和阴极2在同一反应室内部，阳极1和阴极2敞口相对设计并用外导线8连接，同时外导线8接入外电阻7；在反应室的阳极1区域的下部接入进水管9，用于将污水导入微生物燃料电池腔室内部；
18.所述反应室11右侧为纯氧室12，纯氧室12向外连接至氧气发生器4，用于将制备的纯氧气打入纯氧室中以在阴极表面完成氧还原反应；
19.所述腔室阴极区域上部连接出水管10，出水管10末端连接流量计6和蠕动泵5，用于及时将上清液排出。
20.所述阳极采用了石墨碳毡。
21.所述阴极以不锈钢网为集流体。网一侧用炭黑与聚四氟乙烯(质量比3:7) 辊压，另一侧用活性炭与聚四氟乙烯粘结剂辊压(质量比6:1)，该结构可以防止污水进入纯氧室。
22.所述的出水管蠕动泵和流量计用于调整装置内污水停留时间。
23.所述的氧气管、氧气发生器和纯氧室保证了阴极还原电子受体为纯氧气，可以大大提升氧还原过程。
24.本实施方式在对实际污水进行处理时，可以通过调节进水流速而改变停留时间，适当的停留时间有利于提高中试装置对污染物去除能力和产电性能。
25.本实施装置可用于处理生活污水及工业有机污水，装置对模拟的生活污水 (cod约1000mg l
‑1)进行连续进水处理，进出水流速为12ml s
‑1，持续运行了约48h，cod去除率为88.60％，微生物燃料电池的产电性能为42.5wm
‑3。
技术特征：
1.一种单室空气阴极微生物燃料电池中试装置，其特征在于：所述的微生物燃料电池中试装置由阳极(1)、阴极(2)、氧气管(3)、氧气发生器(4)、蠕动泵(5)、流量计(6)、外电阻(7)、外导线(8)、进水管(9)、出水管(10)、反应室(11)和纯氧室(12)构成；所述阳极(1)和阴极(2)在反应室(11)内部，阳极(1)和阴极(2)敞口相对设计并用外导线(8)连接，同时外导线(8)接入外电阻(7)；在反应室的阳极(1)区域的下部接入进水管(9)，用于将废污水导入微生物燃料电池腔室内部；所述反应室(11)右侧为纯氧室(12)，纯氧室(12)向外连接至氧气发生器(4)，用于将制备的纯氧气打入纯氧室中以在阴极表面完成氧还原反应；所述腔室阴极区域上部连接出水管(10)，出水管(10)末端连接流量计(6)和蠕动泵(5)，用于及时将上清液排出。2.根据权利要求1所述的单室空气阴极微生物燃料电池中试装置，其特征在于，所述阳极(1)采用了石墨碳毡。3.根据权利要求1所述的单室空气阴极微生物燃料电池中试装置，其特征在于，所述阴极(2)以不锈钢网为集流体。
技术总结
一种单室空气阴极微生物燃料电池中试装置，主要是用于生活污水和工业有机污水的中试实验。该中试装置由阳极、阴极、氧气管、氧气发生器、蠕动泵、流量计、外电阻、外导线、进水管、出水管、反应室和纯氧室构成。当污水从进水管流入装置内部后，阳极附着的微生物会将污水中的有机污染物进行氧化分解产生质子和电子；质子在腔室内部转移至阴极区域，电子通过阳极和外导线转移至阴极表面；在阴极表面上质子、电子与纯氧室中的氧气发生氧还原反应。腔室内得到净化的污水从阴极区域上部经出水管排出。通过该微生物燃料电池中试装置处理污水，微生物燃料电池的产电性能和污染物去除效率得到明显提升。本实用新型可适用于处理多种类别的有机污水。机污水。机污水。
技术研发人员：李克勋 梁博隆
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：2020.10.20
技术公布日：2021/10/23
再多了解一些
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