本實(shí)用新型涉及微生物電化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種變性生物電極微生物電解池。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)的厭氧消化過程中，以H⁺和CO₂為電子受體的有機(jī)質(zhì)產(chǎn)CH₄厭氧礦化在生物能的生產(chǎn)、廢水處理、地下水和土壤（及沉積物）的生物修復(fù)等方面雖然有很好的發(fā)展前景，但由于該過程的復(fù)雜性，以及該過程表現(xiàn)出來的時(shí)間長、不徹底、易波動(dòng)失效等缺陷，使得有機(jī)質(zhì)產(chǎn)CH₄厭氧礦化過程的工程應(yīng)用受到了限制。多功能的微生物電解池技術(shù)出現(xiàn)之后，微生物電解池參與的有機(jī)質(zhì)產(chǎn)CH₄厭氧礦化過程在速度、徹底性、穩(wěn)定性、產(chǎn)氣質(zhì)量等方面都表現(xiàn)出巨大的改進(jìn)，使得拓寬有機(jī)質(zhì)產(chǎn)CH₄厭氧礦化過程在生物能的生產(chǎn)、廢水處理、地下水修復(fù)、土壤（及沉積物）修復(fù)等能源環(huán)境領(lǐng)域的工程應(yīng)用成為可能。

多功能微生物電解池的前景雖然很好，但是高昂的固定成本和運(yùn)行成本卻成為其應(yīng)用的巨大障礙。低成本的生物電極及其自我繁殖特性使其被寄予可長久運(yùn)行，進(jìn)而降低固定成本和運(yùn)行成本的厚望。然而現(xiàn)有的電產(chǎn)CH₄技術(shù)中，微生物電解池普遍采用的是直流穩(wěn)壓電源或恒電位儀長期單向加電的運(yùn)行模式，這種加電模式下生物電極的極性長期恒定不變，而電極的長期單向極化不可避免地會(huì)導(dǎo)致離子濃縮，甚至出現(xiàn)鹽沉積，高濃度的離子及鹽沉積容易使生物電極（特別是生物陰極）的活性下降，從而影響了生物電極以及微生物電解池的長期運(yùn)行。

電產(chǎn)CH₄專利（WO 2011/011829 A1）為解決陰陽極的pH差采用計(jì)算機(jī)控制的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并耦合計(jì)算機(jī)控制下的切換裝置來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤電極極性的周期反轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)、運(yùn)行控制和維護(hù)復(fù)雜成本高，并且靈活性差，特別是其生物電化學(xué)轉(zhuǎn)盤的不可放大性，限制了其應(yīng)用。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的許多不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種變性生物電極微生物電解池，旨在解決現(xiàn)有微生物電解池的成本高、放大難、運(yùn)行及維護(hù)過程復(fù)雜，靈活性差，特別是所述微生物電解池在運(yùn)行過程中因長期單向極化導(dǎo)致的離子濃縮甚至鹽沉積使生物電極的活性下降而不能長期穩(wěn)定運(yùn)行的問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種變性生物電極微生物電解池，其中，包括第一腔室、第二腔室，所述第一腔室與第二腔室通過一隔板隔開，所述隔板上端設(shè)置有一開口，所述第一腔室底部設(shè)置有第一進(jìn)水口和第一排泥口；所述第二腔室側(cè)邊設(shè)置有一出水口，所述第二腔室底部設(shè)置有第二進(jìn)水口和第二排泥口，所述第二腔室頂部還設(shè)置有一出氣口；所述第一腔室和第二腔室內(nèi)分別設(shè)置有至少一電極對，所述電極對分別與直流組合電源的兩個(gè)輸出端子連接，所述直流組合電源包括直流電源和電源調(diào)控系統(tǒng)，所述直流電源的電壓輸出通過電源調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)制成為極性反轉(zhuǎn)周期可調(diào)的輸出電壓，使所述電極對處于電極極性反轉(zhuǎn)周期可調(diào)的加電運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行過程中所述電極對上生成生物膜成為變性生物電極，待電解池產(chǎn)生穩(wěn)定的最大電流后即可進(jìn)行電產(chǎn)CH₄礦化有機(jī)質(zhì)；所述變性生物電極既能降解有機(jī)質(zhì)作陽極又能催化產(chǎn)CH₄作陰極。

較佳地，所述變性生物電極微生物電解池，其中，所述電極對材料為任意導(dǎo)電的、易于生物膜附著生長的碳?xì)?、石墨氈、碳纖維、碳棒、石墨板、石墨顆粒、生物焦、活性炭顆粒及導(dǎo)電高分子材料中的一種或其改性組合。

較佳地，所述變性生物電極微生物電解池，其中，所述生物電極的生物膜中嵌入用于提高生物膜活性的導(dǎo)電粉體材料。

較佳地，所述變性生物電極微生物電解池，其中，所述導(dǎo)電粉體材料為活性炭粉、石墨粉、碳黑、電氣石粉、生物焦粉及磁性鐵氧化物粉中的一種或多種。

較佳地，所述變性生物電極微生物電解池，其中，所述第一腔室的容積小于第二腔室的容積。

較佳地，所述變性生物電極微生物電解池，其中，所述第一腔室側(cè)邊還設(shè)置有一循環(huán)泵。

有益效果：本實(shí)用新型提供的變性生物電極微生物電解池，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，其結(jié)構(gòu)簡單、易放大，固定成本低；并且其運(yùn)行自動(dòng)化程度高、維護(hù)簡單、可長久運(yùn)行，運(yùn)行成本低。本實(shí)用新型變性生物電極微生物電解池采用電極極性反轉(zhuǎn)周期可調(diào)的加電運(yùn)行方式，避免了生物電極因長期單向極化產(chǎn)生的離子濃縮和鹽沉積對生物電極上微生物催化劑的傷害，從而確保生物電極微生物電解池可長久運(yùn)行；進(jìn)一步，本實(shí)用新型生物電極生物膜中嵌入的導(dǎo)電粉體材料可有效增強(qiáng)生物電極的處理能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明變性生物電極微生物電解池較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提供一種變性生物電極微生物電解池，為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1所述，本實(shí)用新型變性生物電極微生物電解池，包括第一腔室100、第二腔室200，所述第一腔室100的容積小于第二腔室200的容積，所述第一腔室100和第二腔室200底部分別設(shè)置有第一進(jìn)水口110和第二進(jìn)水口220，本實(shí)用新型將接種污泥與含待處理有機(jī)質(zhì)（包含葡萄糖成分）的溶液按一定比例混合得到的混合液通過所述第一進(jìn)水口110和第二進(jìn)水口220分別進(jìn)入第一腔室100和第二腔室200，所述第一腔室100和第二腔室200均可用于電產(chǎn)CH₄礦化有機(jī)質(zhì)；所述第一腔室100和第二腔室200之間設(shè)置有一隔板300，用于將第一腔室100中的混合液和第二腔室200中的混合液隔開，所述隔板上端設(shè)置有一開口310，用于將第一腔室100中的混合液以及產(chǎn)生的含CH₄氣體排入第二腔室200中；所述第一腔室100和第二腔室的底部分別設(shè)置有第一排泥口120和第二排泥口230用于排泥；所述第二腔室200側(cè)邊設(shè)置有一出水口210，用于將處理完的溶液排出；所述第二腔室200頂部還設(shè)置有一出氣口240，用于收集第一腔室100和第二腔室200中產(chǎn)生的含CH₄氣體。

所述第一腔室100和第二腔室200內(nèi)分別設(shè)置有至少一電極對，所述電極對為任意導(dǎo)電的、易于生物膜附著生長的材料，可以為碳?xì)帧⑹珰?、碳纖維、石墨顆粒、活性炭顆粒及導(dǎo)電高分子材料中的一種或其改性組合。較佳地，所述第二腔室200可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)容，增加電極對數(shù)量，以提高電解池的處理能力；所述第一腔室100除了具有與所述第二腔室200同樣的功能外，還可以獨(dú)立啟動(dòng)新的電極對以替換所述第二腔室200中處理效能下降的電極對或修復(fù)第二腔室200中處理效能下降電極對的活性；所述第一腔室100還可以為第二腔室200馴化一些功能強(qiáng)化的電極對，強(qiáng)化廢物流中需強(qiáng)化降解物種的降解處理，增強(qiáng)電解池的處理能力。

所述電極對分別與直流組合電源400的兩個(gè)輸出端子連接，所述直流組合電源400包括直流電源和電源調(diào)控系統(tǒng)。進(jìn)一步，本實(shí)用新型電解池可采用電極極性周期反轉(zhuǎn)的加電模式電產(chǎn)CH₄礦化有機(jī)質(zhì)，保證了生物電極的長久運(yùn)行。具體地，隨著啟動(dòng)過程的進(jìn)行，所述電極極性周期反轉(zhuǎn)的加電模式可使所述電極對上逐漸形成并附著電活性生物膜成為變性生物電極，所述變性生物電極既能降解有機(jī)質(zhì)作陽極又能催化產(chǎn)CH₄作陰極。

進(jìn)一步，本發(fā)明在啟動(dòng)生物電極過程中，擇機(jī)在所述第一腔室100和第二腔室200中填加導(dǎo)電的粉體材料。如圖1所示，所述第一腔室100側(cè)邊還設(shè)置有一循環(huán)泵500，所述循環(huán)泵500用于第一腔室100內(nèi)導(dǎo)電粉體漿液的循環(huán)，以加快所述導(dǎo)電的粉體材料嵌入生物膜中，從而形成活性增強(qiáng)的生物電極。進(jìn)一步，所述導(dǎo)電的粉體材料可以為活性炭粉、石墨粉、碳黑、電氣石粉、生物焦粉或者磁性鐵氧化物粉等。

有益效果：本發(fā)明通過將外壓施加方式由持續(xù)的單向外壓方式換成電極極性周期反轉(zhuǎn)的變向外壓方式，避免了生物電極因長期的單向極化產(chǎn)生的離子濃縮和鹽沉積對生物電極上微生物催化劑的傷害，保證了生物電極的長久運(yùn)行。0.4V的單向極化加電作用下，不到9個(gè)月生物陰極的活性就出現(xiàn)明顯下降和鹽沉積，而定期換向后運(yùn)行10個(gè)月的生物電極的活性仍沒有下降的跡象，也無鹽沉積出現(xiàn)。相對于沒有嵌入導(dǎo)電粉體材料的電極來說，生物膜中嵌入導(dǎo)電粉體材料，達(dá)到同樣的電流密度所需馴化時(shí)間可縮短近1/2；且由于電極活性提高處理能力增強(qiáng)，使得最大穩(wěn)定電流持續(xù)時(shí)間可縮短1/3。

綜上所述，本實(shí)用新型提供的變性生物電極微生物電解池，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，其結(jié)構(gòu)簡單、易放大，固定成本低，并且其運(yùn)行自動(dòng)化程度高、維護(hù)簡單、可長久運(yùn)行，運(yùn)行成本低。本實(shí)用新型變性生物電極微生物電解池采用的電極極性反轉(zhuǎn)周期可調(diào)的加電運(yùn)行方式，避免了生物電極因長期的單向極化產(chǎn)生的離子濃縮和鹽沉積對生物電極上微生物催化劑的傷害，從而確保生物電極微生物電解池可長久運(yùn)行；進(jìn)一步，本實(shí)用新型生物電極生物膜中嵌入的導(dǎo)電粉體材料可有效增強(qiáng)生物電極的處理能力。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。