CN102329007A

CN102329007A - 一种微生物脱盐电池

Info

Publication number: CN102329007A
Application number: CN201110214248A
Authority: CN
Inventors: 黄霞; 梁鹏; 陈熹; 左魁昌
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2012-01-25

Abstract

本发明公开了一种微生物脱盐电池。所述微生物脱盐电池包括阳极室、脱盐室和阴极室；所述阳极室与所述脱盐室之间设有阴膜；所述脱盐室与所述阴极室之间设有阳膜；所述阳极室内设有阳极，所述阳极上附着有产电微生物膜；所述阴极室内设有阴极；所述阳极与所述阴极通过导线相连通；所述脱盐室内设有阴阳离子交换树脂。本发明提供的微生物脱盐电池，在传统微生物脱盐电池(MDC)的构型上，借鉴填充床电渗析的工作原理，在脱盐室中加入阴阳离子交换树脂，通过树脂对阴阳离子的吸附实现脱盐，同时利用MDC内部电场的作用实现树脂的脱附再生与阴阳离子的移除，最终从效果上降低MDC的内阻，提高其污水净化、产电及脱盐过程的效率。

Description

一种微生物脱盐电池

技术领域

本发明涉及一种微生物脱盐电池。

背景技术

水资源与能源都是人类赖以生存的重要资源，随着工业社会的快速发展和人口的急速增长，人类对这两种资源的需求与日俱增，供应危机日益凸显。一方面，地球上易于利用的淡水资源是陆地上的江河、湖泊和地下水的一部分，仅占世界淡水总资源的不足1％；另一方面，世界每年被污染的淡水约占总流量的14％以上，进一步加剧了水资源短缺的问题。为了扩大淡水来源，人们使用蒸馏法、电渗析及反渗透等技术进行海水淡化，而为了化解水污染问题，人们又尝试了各种污水净化方法。然而上述技术均存在能耗较高的问题，在能源日益紧缺的背景下，水资源问题将愈加棘手。

微生物脱盐电池(Microbial Desalination Cell，简称MDC)是近年诞生的一种集污水净化、产电、脱盐于一身的水处理新技术，其基本原理是在产电微生物的作用下在阳极净化有机废水，将化学能转化为电能，并在内部电场的作用下利用离子交换膜实现含盐水的淡化。该技术具有高效的污水净化功能、不耗能的海水或含盐水的脱盐功能及较有潜力的产电功能的“三合一”优势，各国学者已尝试在增大装置体积、堆叠脱盐腔体及耦合附加功能等方面进行研究，旨在进一步提高MDC的产电水平、脱盐效果及应用可行性。

发明内容

本发明的目的是提供一种微生物脱盐电池。

本发明提供的一种微生物脱盐电池，包括阳极室、脱盐室和阴极室；所述阳极室与所述脱盐室之间设有阴离子交换膜；所述脱盐室与所述阴极室之间设有阳离子交换膜；所述阳极室内设有阳极，所述阳极上附着产电微生物膜；所述阴极室内设有阴极；所述阳极与所述阴极通过导线相连通形成外电路；所述脱盐室内设有阴阳离子交换树脂。

上述的微生物脱盐电池中，所述阴阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂或弱碱性阴离子交换树脂。

上述的微生物脱盐电池中，所述强酸性阳离子交换树脂可为磺酸基交换树脂，磺酸基容易在溶液中离解出氢离子，故呈强酸性；所述强碱性阴离子交换树脂可为季胺基阴离子交换树脂，季胺基可以迅速释放出氢氧根，故呈强碱性；所述弱酸性阳离子交换树脂可为羧基交换树脂；所述弱碱性阴离子交换树脂可为伯胺基交换树脂。

上述的微生物脱盐电池中，所述阳膜和阴膜均可为电渗析离子交换膜，其透过率不小于90％，其爆破强度不小于0.3MPa；所述电渗析离子交换膜的厚度为0.2mm-0.5mm。

上述的微生物脱盐电池中，所述阴极可以为空气阴极或生物阴极。

上述的微生物脱盐电池中，所述阳极室和所述阴极室内的填料均可为石墨颗粒、碳毡或活性炭等；所述填料的粒径可为1mm-5mm。

本发明还提供了上述微生物脱盐电池在废水处理中的应用。

上述的应用中，所述废水为有机废水。

上述应用的具体过程可为：将待处理的废水推流进入脱盐室，阴、阳离子分别吸附在阴、阳离子交换树脂上，从而实现含盐水脱盐；废水进入阳极室，其中的有机物被产电微生物膜氧化分解而去除，产电微生物膜将呼吸链的电子传递到阳极，电子再经外电路传递到阴极实现外电流，外电流方向为由阴极指向阳极；内电流的方向为由阳极指向阴极，在电场力的驱动下，阴阳离子交换树脂上的阴离子和阳离子脱附下来，完成阴阳离子交换树脂的再生，阴离子穿过阴膜进入阳极室，阳离子穿过阳膜进入阴极室，从而实现废水净化、产电及脱盐的过程。

本发明提供的微生物脱盐电池，在传统微生物脱盐电池(MDC)的构型上，借鉴填充床电渗析的工作原理，在脱盐室中加入阴阳离子交换树脂，通过树脂对阴阳离子的吸附实现脱盐，同时利用MDC内部电场的作用实现树脂的脱附再生与阴阳离子的移除，最终从效果上降低MDC的内阻，提高其污水净化、产电及脱盐过程的效率。

附图说明

图1为本发明的微生物脱盐电池的结构示意图。

图中各标记如下：1阳极室、2脱盐室、3阴极室、4阳极、5阴极、6厌氧产电微生物膜、7阴离子交换膜、8阳离子交换膜。

具体实施方式

下述结合附图对发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明提供的微生物脱盐电池包括阳极室1、阴极室3和脱盐室2；阳极室1和脱盐室2之间设有阴离子交换膜7，阴极室3和脱盐室2之间设有阳离子交换膜8；阴离子交换膜7和阳离子交换膜8为透过率90％的无毒工业用电渗析离子交换膜，厚度为0.2mm，爆破强度0.3MPa；脱盐室2中填充有磺酸基阴、阳离子交换树脂，粒径分别为0.6mm和0.8mm；阳极室1内设有阳极4，阴极室3内设有阴极5，为生物阴极，下部有溶解氧供给；阳极4与阴极5的材料均为石墨棒，为增大产电微生物的附着面积，提高电流密度；阳极室1与阴极室3内均填充碳毡，粒径为1-1.5cm；阳极4上包覆有产电微生物膜6，用于对废水中的有机物进行分解；阳极4和阴极5通过导线相连接形成外电路。

上述的微生物脱盐电池中，阴离子交换膜7和阳离子交换膜8的厚度均可在0.2mm-0.5mm之间范围内进行调节；阴阳离子交换树脂还可为强碱性、弱酸性或弱碱性阴阳离子交换树脂；阳极室1内的填料还可为石墨颗粒或活性炭等；阴极5还可为空气阴极。

使用上述微生物脱盐电池时，将含盐量为5g/L的含盐水连续流入脱盐室2，阴离子和阳离子分别吸附在磺酸基阴阳离子交换树脂上，实现脱盐过程；阳极室1保持厌氧状态，可生化处理的有机废水进入阳极室1，在产电微生物膜6的氧化分解作用下有机物得到去除，产电微生物膜6将电子传递到阳极4，电子再经外电路传递到阴极实现外电流，外电流方向为由阴极5指向阳极4；此时内电流的方向为由阳极4指向阴极5，在电场力的驱动下，阴阳离子交换树脂上的阴离子和阳离子脱附下来，完成阴阳离子交换树脂的再生，同时阴离子穿过阴膜7进入阳极室1，阳离子穿过阳膜8进入阴极室3。当该微生物脱盐电池在外阻为10欧姆时，脱盐室2水流空塔停留时间为25h时，脱盐率达40％。

Claims

1.一种微生物脱盐电池，包括阳极室、脱盐室和阴极室；所述阳极室与所述脱盐室之间设有阴离子交换膜；所述脱盐室与所述阴极室之间设有阳离子交换膜；所述阳极室内设有阳极，所述阳极上附着有产电微生物膜；所述阴极室内设有阴极；所述阳极与所述阴极通过导线相连通形成外电路；其特征在于：所述脱盐室内设有阴阳离子交换树脂。

2.根据权利要求1所述的微生物脱盐电池，其特征在于：所述阴阳离子交换树脂为强酸性阴阳离子交换树脂、强碱性阴阳离子交换树脂、弱酸性阴阳离子交换树脂或弱碱性阴阳离子交换树脂。

3.根据权利要求1或2所述的微生物脱盐电池，其特征在于：所述阳离子交换膜和阴离子交换膜的厚度均为0.2mm-0.5mm。

4.根据权利要求1-3中任一所述的微生物脱盐电池，其特征在于：所述阴极为空气阴极或生物阴极。

5.根据权利要求1-4中任一所述的微生物脱盐电池，其特征在于：所述阳极室和所述阴极室内的填料均为石墨颗粒、碳毡或活性炭；所述填料的粒径为1mm-5mm。

6.权利要求1-5中任一所述微生物脱盐电池在废水处理中的应用。