專利名稱：一種處理豬場廢水的雙圓筒型微生物燃料電池的實驗平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種可以去除豬場廢水的有機物并進行產電的裝置，屬于微生物燃料電池和豬場廢水處理技術領域。
背景技術：
長期以來，以厭氧生物處理和好氧生物處理為主的傳統豬場廢水處理技術主導污水處理領域多年，但由于其昂貴的污水處理成本和對高濃度的廢水的限制，越來越受到如今全球性能源緊缺問題的制約了，也成為了我國經濟進一步發展的阻礙。有機廢水中含有大量的易生物降解的有機物質，而傳統的污水處理技術并不能有效地利用之，同時往往還伴有環境污染問題的產生。如果能有效的利用這些物質，并將其轉化成無污染的清潔能源，便可以克服傳統污水處理技術的固有弊端，并將從根本上緩解水污染和能源短缺的問題。微生物燃料電池(microbial fuel cell, MFC)技術作為一種新型的污水處理技術，具有凈化污水的同時能直接獲得電能輸出的作用，近年來受到國際學術界的廣泛關注，被視作ー種高效益、低能耗、清潔環保的處理技木。它不僅是污水處理技術的優化，更是污水處理理念的革新，具有巨大的發展潛力。但由于受到眾多技術方面因素的制約，MFC離實際應用尚有一段距離，目前相關研究才剛剛起歩。目前由于MFC產電功率密度低，電極材料和交換膜造價昂貴，反應器構型的不確定，有關MFC的研究仍處于實驗階段，還很難實現商業化應用。因此，需要在充分把握MFC多學科交叉的特點上，開展MFC的電化學特性與有機物降解效果的基礎研究。故研發適合有機廢水處理特點的雙圓筒型微生物燃料電池(DCMFC)，進ー步提高MFC的產電功率密度和降低基礎建設與運行成本費用，對其實際應用研究具有重要的指導意義。
發明內容
`[0005]本實用新型的目的是提供一種集豬場廢水及其他污水處理和產電于一體的新型微生物燃料電池的實驗平臺。本實用新型所述雙圓筒型微生物燃料電池的實驗平臺組成包括陽離子交換膜、石墨碳氈、負載R、碳纖維原絲、圓筒外壁、磁力攪拌器、布氣器、曝氣機、陽極室、陰極室、曝氣管、甘汞電極、橡皮塞、電夾、碳纖維原絲、數據采集器、筆記本電腦。支撐陽離子交換膜和導電碳纖維絲附著的骨架采用長200mm、內徑80mm的打有圓孔的圓柱形有機玻璃圓管制成，內筒為陽極室，內筒以外則為陰極室。實驗中將裝置主體部位放于2L的玻璃燒杯中，則燒杯中剰余的IL的容積即成為陰極室，陰極室和陽極室的空床容積均為1L，加入電極后的陽極室有效容積為950mL。陰極電極采用導電碳纖維絲沿離子交換膜外壁緊密環繞數圈至全部包裹其外壁而制成；陽極電極采用厚3mm的碳氈，碳氈長與寬為18cm和14cm，表面積為252cm2。陽極室上端設有一圓形ロ，用于取樣及電極電勢測量，設橡膠封蓋。陰極室底部布設環狀曝氣管。使用帶電極采用鈦絲引出，外電路導線使用銅絲導線，外接可變電阻負載R。采集器與負載R兩端連接，再接電腦，儲存、顯示采集的數據。本實用新型的優點在于①電極采用低廉的碳氈電極和碳纖維原絲，降低反應器成本，并提高了產電效率。②反應器采用有機玻璃作為主要材料，使用有機溶劑溶解有機玻璃，使有機玻璃與質子交換膜之間的縫隙完全融合密實，陰極室與陽極室隔密封性強。③反應器可拆卸，便于反應器定期沖洗，和對陽極電極材料和陰極材料進行調整改造。④雙圓筒型裝置的構造及碳氈電極和陰極電極材料的使用，減小了電極間的傳質間距，降低MFC的傳質阻力，提高了裝置的產電能量。⑤裝置運行穩定，產電特征較明顯。⑥雙圓筒型微生物燃料電池對豬場廢水的有機物去除率能夠達到傳統厭氧エ藝有機物去除的較高水平。

圖1為本實用新型的裝置結構示意圖。圖中1.離子交換膜2.石墨碳氈3.負載R4.碳纖維原絲5.圓筒外壁6.磁力攪拌器7.布氣器8.曝氣機9.陽極室10.陰極室
11.曝氣管12.甘汞電極13.橡皮塞14.電夾15.碳纖維原絲16.數據采集器17.筆記本電腦。圖2為利用本實用 新型處理豬場廢水的啟動過程輸出電壓變化情況。圖中橫坐標為時間A，縱坐標(左)為輸出電壓/mV，縱坐標(右)為陽極電極電勢/mV，■為輸出電壓，▲為陽極電勢。A.第一次更換陽極底液B.第二次更換陽極底液。圖3為利用本實用新型處理豬場廢水初始COD濃度為1466. 66mg/L的結果圖。圖中橫坐標為時間/h，縱坐標(左)為輸出電壓/mV，縱坐標(右)為陽極電極電勢/mV，■為輸出電壓，★為陽極電勢。圖4為利用本實用新型處理豬場廢水的極化曲線測試結果圖。圖中橫坐標為電流/mA，縱坐標(左)為輸出電壓/mV，縱坐標(右)為功率密度/mW . m2，1_9為伏安曲線，10-18為極化曲線。
具體實施方式
結合附圖加以說明圖1為本實用新型結構示意圖。本實用新型所述雙圓筒型微生物燃料電池的實驗平臺組成包括陽離子交換膜、石墨碳氈、負載R、碳纖維原絲、圓筒外壁、磁力攪拌器、布氣器、曝氣機、陽極室、陰極室、曝氣管、甘汞電極、橡皮塞、電夾、碳纖維原絲、數據采集器、筆記本電腦。支撐陽離子交換膜和導電碳纖維絲附著的骨架采用長200mm、內徑80mm的打有圓孔的圓柱形有機玻璃圓管制成，內筒為陽極室，內筒以外則為陰極室。實驗中將裝置主體部位放于2L的玻璃燒杯中，則燒杯中剰余的IL的容積即成為陰極室，陰極室和陽極室的空床容積均為1L，加入電極后的陽極室有效容積為950mL。陰極電極采用導電碳纖維絲沿離子交換膜外壁緊密環繞數圈至全部包裹其外壁而制成；陽極電極采用厚3mm的碳氈，14cmX18cm，表面積為252cm2。陽極室上端設有一圓形ロ，用于取樣及電極電勢測量，設橡膠封蓋。陰極室底部布設環狀曝氣管。使用帶電極采用鈦絲引出，外電路導線使用銅絲導線，外接可變電阻箱。圖2為利用本實用新型處理豬場廢水的啟動過程輸出電壓變化情況，首先在950mL的陽極液注入稀釋至約2000mg/L的實際廢水400mL (約占50%，但未加CBS緩沖液)，注入表2. 2中的濃度為2000mgC0D/L的葡萄糖培養基450mL，其他條件與4.1節中的實驗條件相同。毎次用50%的實際豬場廢水與模擬廢水混合物更換陽極液，經過2次(B處)的陽極底物更換陽后，便能達到穩定產電，完成了產電菌對實際廢水的馴化。圖3為利用本實用新型處理豬場廢水初始COD濃度為1466. 66mg/L的結果圖。整個過程產電時間持續148. 4h，產電平臺持續時間約125. Oh。陽極電勢能達_451mV，輸出電壓最高達660mV，電流達6. 6mA，輸出功率達4. 36mff (174. 4 mff/m2),C0D去除率為73. 26%。圖4為利用本實用新型處理豬場 廢水的極化曲線測試結果圖。將初始COD濃度從1000mg/L提高到4000mg/L可以將最大功率密度從130. 63mff/ m2 (10. 41mA)提高到269. 36mff/ m2 (12. 98mA)。之后繼續將初始COD濃度從5000mg/L提高至20000mg/L，獲得最大功率為 226. 58mff/ m2(ll. 90mA) "233. 28mff/ m2 (10. 80mA)。
權利要求1.一種處理豬場廢水的雙圓筒型微生物燃料電池的實驗平臺，其特征在于所述電池的實驗平臺結構包括陽離子交換膜、石墨碳氈、負載R、碳纖維原絲、圓筒外壁、磁力攪拌器、布氣器、曝氣機、陽極室、陰極室、曝氣管、甘汞電極、橡皮塞、電夾、碳纖維原絲、數據采集器、筆記本電腦； 支撐陽離子交換膜和導電碳纖維絲附著的骨架采用長200mm、內徑80mm的打有圓孔的圓柱形有機玻璃圓管制成，內筒為陽極室，內筒以外則為陰極室；實驗中將裝置主體部位放于2L的玻璃燒杯中，則燒杯中剩余的IL的容積即成為陰極室，陰極室和陽極室的空床容積均為1L，加入電極后的陽極室有效容積為950mL ;陰極電極采用導電碳纖維絲沿離子交換膜外壁緊密環繞數圈至全部包裹其外壁而制成；陽極電極采用厚3_的碳氈，碳氈的長與寬為18cm和14cm，表面積為252cm2 ;陽極室上端設有一圓形口，用于取樣及電極電勢測量，設橡膠封蓋；陰極室底部布設環狀曝氣管；使用帶電極采用鈦絲引出，外電路導線使用銅絲導線，外接可變電阻負載R ;采集器與負載R兩端連接，再接電腦，儲存、顯示采集的數據。
專利摘要一種處理豬場廢水的雙圓筒型微生物燃料電池的實驗平臺，包括陽離子交換膜、石墨碳氈、負載R、碳纖維原絲、圓筒外壁、磁力攪拌器、布氣器、曝氣機、陽極室、陰極室、曝氣管、甘汞電極、橡皮塞、電夾、碳纖維原絲、數據采集器、筆記本電腦。該電池對豬場廢水的有機物去除率能夠達到傳統厭氧工藝有機物去除的較高水平，同時可降低反應器成本，提高產電效率。
文檔編號C02F103/20GK202888321SQ20122035040
公開日2013年4月17日 申請日期2012年7月19日 優先權日2012年7月19日
發明者萬金保, 朱衷榜, 熊友強 申請人:南昌大學