基本信息
- 項目名稱：
- 單室型無質子交換膜微生物燃料電池污水處理系統(tǒng)的構建
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- ，本作品利用微生物燃料電池（Microbial fuel cells，MFCs）技術，構建單室型無質子交換膜的MFCs污水處理系統(tǒng)，通過污水中還原性有機污染物在陽極被氧化，產生的質子、電子傳給陰極促進硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮反硝化和厭氧氨氧化脫氮，巧妙的耦合了陽極氧化作用和陰極還原作用，實現同時去除污水中COD和含氮污染物。 該技術開發(fā)成功后，可運用于賓館、居民小區(qū)等場所污水的高效、深度處理
- 詳細介紹：
- 目前，污水處理廠數量不斷增加，污水處理率也不斷提高，但水體“富營養(yǎng)化”問題并沒有得到很好的解決，如近年來我國太湖、滇池每年均會出現藍藻大規(guī)模爆發(fā)現象。這主要是由于現有的生物脫氮技術能耗大、效率低，總氮的去除較低, 相當一部分的氨氮（NH4+-N）只是轉化成硝酸鹽氮（NO3--N），而并沒有從根本上去除。因此，研究開發(fā)高效、低能耗的生物脫氮新工藝和技術是非常有意義的工作。 基于MFCs技術的原理，構建單室型無質子交換膜的MFCs污水處理系統(tǒng)，以80目不銹鋼網為電極，通過污水中還原性有機污染物在陽極被氧化，產生的質子、電子傳給陰極促進硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮反硝化和厭氧氨氧化脫氮，實現污水中COD和含氮污染物的去除率均達到80%以上。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 城市污水中同時含有還原性有機污染物（以COD表示）和氧化性污染物（如硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮）。目前，在城市污水處理中普遍將去除COD和含氮污染物作為兩個分開的處理單元，使得污水的處理成本增加，而總氮的去除率較低，未從根本上被去除。因此，如何同時、高效去除城市污水中還原性污染物和含氮污染物一直是環(huán)境程研究的熱點問題。本作品利用微生物燃料電（Microbial fuel cells，MFCs）技術，先對城市污水進行部分硝化處理，構建單室型無質子交換膜的MFCs污水處理系統(tǒng)，分別在陽極附著去除還原性有機污染物的厭氧消化菌組成生物陽極，陰極附著厭氧氨氧化菌和反硝化菌組成生物陰極，耦合陽極氧化作用和陰極還原作用，通過污水中還原性有機污染物污染物在陽極被氧化，產生的質子、電子傳給陰極促進硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮反硝化和厭氧氨氧化脫氮，實現污水中COD和含氮污染物同時、高效去除。
科學性、先進性
- 微生物燃料電池（MFCs）是利用微生物作為催化劑氧化有機物或無機物產生電能的裝置, 在陽極區(qū)由基質氧化產生的電子傳遞給陽極，經連接有電阻或負載的導線流到陰極，再傳遞給陰極區(qū)的電子受體。目前，MFCs的研究主要集中在單一利用陽極的氧化作用，并使用價格昂貴的質子交換膜分割兩極。 相對于MFCs的產電能力，筆者認為MFCs技術因具有反應條件溫和、底物廣泛、清潔高效等顯著優(yōu)點，因此在污水處理方面的運用更值得深入研究。目前，MFCs技術在水處理上運用仍主要集中在單獨利用某一極的氧化還原作用去除一種污染物，且采用質子交換膜分隔陽極室和陰極室，不僅增加了MFCs的使用成本，降低電池的產電能力和污水處理能力。 單室型結構的陽極和陰極同處于一室，降低電池內阻和傳質阻力，產電性能明顯高于兩室型結構的MFCs系統(tǒng)。因此，本項目設計了單室型無質子交換膜的MFCs污水處理系統(tǒng)，采用80目的不銹鋼網作為電極，通過馴化、培養(yǎng)厭氧消化菌和反硝化菌，耦合陽極氧化和陰極還原過程，實現城市污水的協同、深度、高效處理。
獲獎情況及鑒定結果
- “無質子交換膜微生物燃料電池污水處理系統(tǒng)的構建”獲得大連民族學院2009-2010學年集中實踐環(huán)節(jié)優(yōu)秀學生作品三等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- ■實物、產品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 該污水處理系統(tǒng)主要分以下幾個操作單元。 1、厭氧消化污泥和反硝化污泥的馴化、培養(yǎng) 2單室型無質子交換膜的MFCs污水處理系統(tǒng)的構建 3、污水處理效果的分析、考察 該污水處理技術與傳統(tǒng)污水處理技術相比具有工藝流程簡單、所需設備較少、能耗成本低和污染物去除效率高等顯著優(yōu)點。該技術開發(fā)成功后，可用于賓館、居民小區(qū)等有機污染物和含氮污染物濃度相對較高，而廢水排放量相對較小場所污水的高效、深度處理。
同類課題研究水平概述
- 微生物燃料電池（MFCs）利用微生物作為催化劑氧化有機物或無機物產生電流的裝置, 在陽極區(qū)由基質氧化產生的電子傳遞給陽極，經連接有電阻或負載的導線流到陰極，再傳遞給陰極區(qū)的電子受體。 目前，對陽極材料和產電微生物對電池性能的影響一直是MFCs技術的研究重點。在陰極大多采用高氧化還原電勢的化合物做為電子受體，使整個電池系統(tǒng)構成一個完整的通路。MFCs可分為兩室型和一室型兩種。兩室型結構MFCs大多類似H型，采用質子交換膜（PEM）分隔兩極，在陰極室常采用氧氣、三氯化鐵或高錳酸鹽作為電子受體，由于陽極和陰極間的距離較遠，使得電池內阻較大，降低了電池的產電性能；單室型結構降低了電池內阻和質子傳遞阻力，產電性能明顯高于兩室型結構的MFCs系統(tǒng)。 相對于MFCs的產電能力,其在污水處理上的應用價值更值得深入研究?；贛FCs的特點和原理，對其在污水處理上的運用開展了一系列的研究工作。顧荷炎等采用PEM分隔的雙室型MFCs系統(tǒng),以碳纖維氈為電極，分別以氮氣和空氣對陽極和陰極室進行曝氣，乙酸鈉作為為陽極的被氧化底物，氯酚作為陰極被還原的底物，發(fā)現對氯酚具有良好的去除效果。梁鵬等構建了質子交換膜分隔的雙筒型MFCs系統(tǒng)，陽極以醋酸鈉為電子供體，陰極以硝酸鈉為電子受體，研究結果表明該系統(tǒng)陰極具有明顯的反硝化脫氮能力。 上述的研究結果表明目前MFCs技術在水處理上運用仍主要集中在單獨利用某一極的氧化還原作用去除一種污染物；且采用質子交換膜分隔陽極室和陰極室，不僅增加了MFCs的使用成本，還降低電池的產電能力。由于現有MFCs的電極運用形式和效率單一，且使用價格昂貴的質子交換膜分割陽極室和陰極室，使MFCs的使用成本較高，其在污水處理上的運用大受限制。 城市污水中既含有還原性污染物（COD類污染物和氨氮污染物），也含有氧化性污染物（硝酸鹽氮污染物），能否基于MFCs的原理，耦合陽極氧化和陰極還原過程，構建無質子交換膜的MFCs污水處理系統(tǒng)，同時、高效、深度處理城市污水，是值得深入研究的科學問題。因此，本作品設計了單室型無質子交換膜的MFCs污水處理系統(tǒng)，采用80目的不銹鋼網作為電極，通過馴化、培養(yǎng)厭氧消化菌和反硝化菌，陽極附著厭氧消化污泥、陰極附著反硝化污泥和厭氧氨氧化污泥，耦合陽極氧化和陰極還原過程，實現城市污水的協同、深度、高效處理。
