本实用新型属于污水处理领域，具体涉及一种用于降解水体中有机污染物的微生物燃料电池。
背景技术：
垃圾渗滤液是生活垃圾在填埋、堆肥、热处置等处置过程中产生的一种具有有机物种类多、化学需氧量和生物需氧量浓度高、微生物营养元素比例失调、氨氮含量高和成分非常复杂等特点的有机废水。垃圾渗滤液的来源有：降水、外部地表水流入、地下水、垃圾自身含水、垃圾降解过程中产水和垃圾层覆盖材料中含水等。
当前国内外垃圾渗滤液的处理方法主要有活性炭吸附，化学沉淀，化学氧化，离子交换，反渗透，土地处理，生物处理以及上述方法的综合。其中，生物法中的好氧生物处理工艺效果好，但需要大规模的曝气，基建费用和运行管理费用高。厌氧生物处理工艺，可节约占地面积以及动力消耗，但易受环境条件以及干扰物质影响，处理效果会随温度下降以及年限的延长而变差。采用厌氧-好氧处理相结合的工艺，处理效率高，但工艺较复杂，且没有考虑到废水中有机物的利用问题。故需要一种经济环保的方法处理垃圾渗滤液这种富含有机污染物的污水。
微生物燃料电池(mfc)利用微生物直接从生化能源中发电，过程如下：有机物在阳极被微生物氧化并产生电子和质子，电子经外电路转移到阴极，质子经过交换到达阴极，电子和质子在阴极与电子受体反应，在外电路获得电流。该过程可达到发电并同时处理废水的目的。目前研究报道的微生物燃料电池利用的有机污染物主要是葡萄糖，蔗糖，乙酸，乙醇等易降解物质。因此本实用新型设计一种如何利用微生物燃料电池降解水体中有机污染物。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型提出一种用于降解水体中有机污染物的微生物燃料电池。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种用于降解水体中有机污染物的微生物燃料电池，包括电池反应器，阳极和阴极，包括设置在电池反应器对称面位置的阳离子交换膜，所述的阳离子交换膜将电池反应壳体分隔成阳极室和阴极室，用于降解的污水通过阳极室侧壁上连接的进水管和出水管进出阳极室，所述的阴极室中盛放了经曝气处理过的蒸馏水。
作为本实用新型的进一步改进，还包括电阻，所述的阳极通过所述的电阻与所述的阴极连接。
作为本实用新型的进一步改进，所述的阳极和所述的阴极采用相同大小规格的ti-tio电极。
作为本实用新型的进一步改进，还包括数据采集器和数据分析设备，所的数据采集器采用与电阻并联的方式连接阳极和阴极采集电池装置的电流和电压信号，其输出端与所述的数据分析设备的输入端相连。
作为本实用新型的进一步改进，还包括泵机，所述的泵机与所述的进水管相连。
作为本实用新型的进一步改进，放置在电池反应器中阳离子交换膜的高度大于阳极室中的污水和阴极室中的蒸馏水的液面高度。
本实用新型的有益效果：本实用新型设计的微生物燃料电池不仅结构简单，而且能够在降解污水中的有机物过程中，将其转变为电能，到达经济环保的目的。
附图说明
图1为本实用新型所设计的染料电池的结构示意图；
图2为本实用新型反应器启动阶段的电压与时间关系；
图3为本实用新型反应器在实验过程中对cod的去除效率；
其中：1-阳极室，2-阴极室，3-阳极，4-阴极，5-阳离子交换膜，6-电阻，7-数据采集器，8-数据分析设备，9-泵机，10-进水管，11-出水管，12-磁力搅拌器。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
下面结合附图对本实用新型的应用原理作详细的描述。
如图1所示一种用于降解水体中有机污染物的微生物燃料电池，包括电池反应器，阳极3和阴极4，在电池反应器对称面的位置设置了阳离子交换膜5，所述的阳离子交换膜5将电池反应壳体分隔成阳极室1和阴极室2，用于降解的污水通过阳极室1侧壁上连接的进水管10和出水管11进出阳极室1，所述的阴极室2中盛放了经曝气处理过的蒸馏水。位于电池反应器中央的阳离子交换膜5的高度大于阳极室1中的污水和阴极室2中的蒸馏水的液面高度。
所述的电池反应器可放置在磁力搅拌器12的上边，用于对阳极室进行搅拌。
还包括电阻6，所述的阳极3通过所述的电阻6与所述的阴极4连接，本实用新型所采用的电阻6为10ω。
还包括数据采集器7和数据分析设备8组成的数据采集装置，所的数据采集器7采用与电阻6并联的方式连接阳极3和阴极4采集电池装置的电流和电压信号，之后将采集的数据输入数据分析设备8中进行分析，对电池进行在线监控。
还包括泵机9，所述的泵机9为计量泵，与所述的进水管10相连将污水泵入阳极室。
制备燃料电池所使用的材料及处理过程：
电池反应器：有机玻璃材质所制作的圆柱体容器。使用前将内壁清洗干净，之后放入阳离子阳离子交换膜5将容器分隔成体积为275ml的两个腔室。被分隔的阳极室1需要用氮气吹脱,以去除氧气，确保燃料电池启动期间的厌氧状态。被分隔的阴极室2里装满蒸馏水并进行曝气。
阳极3和阴极4：采用相同大小规格的ti-tio2电极。本实用新型采用的是高度为5cm,长度为2cm,厚度为1.5mm的电极，通过在钛基表面涂覆金属盐，之后通过热分解得到氧化钛电催化剂。使用前，先后分别用乙醇和蒸馏水冲洗，去除表面的杂质。
阳离子交换膜5：采用产自美国membernesinternationalinc公司的cmi-7000型号膜。使用前，采用以下的处理以增加膜的孔隙度，将所述的放入25-35％h2o2中煮沸10-20分钟，用去离子水冲洗干净后，用0.5-0.6mh2so4清除残留的h2o2,然后用去离子水冲洗干净。
结果验证：
1)启动微生物燃料电池：垃圾渗滤液用自来水稀释,使其cod浓度调整到所需值。以1g/l的cod浓度和2天的水力停留时间(hrt)启动，对应于0.5gcod/l/天的有机负荷率(olr)。olr在第一期保持在低位,以丰富电极上的阳极具有呼吸作用的细菌。外接电阻(10ω)和数据采集装置以5分钟为时间间隔在线监控。第一周没有电流，此后，电压在15天内稳步上升至15mv。在此期间，cod去除效率在第一周内约为5％，然后在15天内稳步上升至20％左右。
2)微生物燃料电池成功启动后，第16天hrt降至1天,进料cod浓度逐渐增加到50g/l。每天相同时间取样测cod浓度，计算去除率。此后，cod去除效率稳步提高,达到35～40％，最高可达45％。随着进给cod浓度的增加,电池电压从第16天的15mv左右增加到第40天的60mv。同样,第40天,电流密度和功率输出分别达到10.7a/m2和515mw/m2(1,350mw/m3)。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种用于降解水体中有机污染物的微生物燃料电池，包括电池反应器（12），阳极（3）和阴极（4），其特征在于：包括设置在电池反应器（12）对称面位置的阳离子交换膜（5），所述的阳离子交换膜（5）将电池反应壳体分隔成阳极室（1）和阴极室（2），用于降解的污水通过阳极室（1）侧壁上连接的进水管（10）和出水管（11）进出阳极室（1），所述的阴极室（2）中盛放了经曝气处理过的蒸馏水。
2.根据权利要求1所述的一种用于降解水体中有机污染物的微生物燃料电池，其特征在于：还包括电阻（6），所述的阳极（3）通过所述的电阻（6）与所述的阴极（4）连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于降解水体中有机污染物的微生物燃料电池，其特征在于：所述的阳极（3）和所述的阴极（4）采用相同大小规格的ti-tio2电极。
4.根据权利要求2所述的一种用于降解水体中有机污染物的微生物燃料电池，其特征在于：还包括数据采集器（7）和数据分析设备（8），所的数据采集器（7）采用与电阻（6）并联的方式连接阳极（3）和阴极（4）采集电池装置的电流和电压信号，其输出端与所述的数据分析设备（8）的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的一种用于降解水体中有机污染物的微生物燃料电池，其特征在于：还包括泵机（9），所述的泵机（9）与所述的进水管（10）相连。
6.根据权利要求1所述的一种用于降解水体中有机污染物的微生物燃料电池，其特征在于：放置在电池反应器（12）中阳离子交换膜（5）的高度大于阳极室（1）中的污水和阴极室（2）中的蒸馏水的液面高度。
技术总结