一種通過投加接種物啟動微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液的方法技術

一種通過投加接種物啟動微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液的方法，本發明專利技術涉及環境，生物，能源和電化學領域。具體涉及微生物燃料電池的快速啟動及處理牛糞發酵沼液產電的方法。本發明專利技術的目的是為了解決傳統的厭氧發酵法啟動周期長且沼液不能完全處理的缺點。本發明專利技術利用微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液的方法按以下步驟進行：一、配制投加微生物燃料電池培養基，二、將培養基加入微生物燃料電池并將接種物(活性污泥，生活污水)接種于微生物燃料電池，三、利用導線將500?1000Ω的電阻連接微生物燃料電池陰陽極構成閉合回路，并將導線與電阻和多通道數據采集卡連接，四、更換培養基啟動微生物燃料電池，對比投加接種物對微生物燃料電池的影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及環境，生物，能源和電化學領域。具體涉及微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液產電的方法。
技術介紹
沼液是指用作集約化畜禽養殖場糞便及養殖污水處理的沼氣工程所遺留下的發酵產物。與此同時，沼液是一種難降解的有機廢水，若不妥善處置將其隨意排放會對環境造成難以恢復的嚴重污染。目前，我國對沼液資源的開發和利用仍然不成熟，大多集中在農作物生產歸田，養殖業飼料添加劑，還原濕地等方面。處理沼液大多采用厭氧發酵法，但由于經厭氧發酵后的沼液成分不穩定且對沼液有效利用的安全性有嚴重影響。微生物燃料電池利用微生物實現將有機物中的化學能轉化成電能的裝置，是一種新型廢水處理技術。此種技術避免了能量在多次轉化過程中的浪費現象，可以直接利用廢水中的有機物產生電能。微生物燃料電池不僅實現了廢水中有機物高效利用，還產生了清潔型的能源。這種技術可以將廢水中能夠再利用的物質進行再回收，產生的能源對環境也幾乎沒有污染。傳統的利用微生物燃料電池處理沼液是直接將沼液投加到反應器內產電，存在啟動微生物燃料電池時間長且輸出電壓不穩定的缺點。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決傳統的厭氧發酵法產生的沼液存在處理處理效果不理想且不具有安全性，以及直接啟動微生物燃料電池時間長且輸出電壓不穩定的缺點，而提供一種通過投加接種物啟動微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液的方法。本專利技術的通過投加接種物啟動微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液的方法按以下步驟進行：一、配制投加到微生物燃料電池反應器內的培養基：分別將0.1-10g/L乙酸鈉、0.1-10ml/L維生素溶液、0.1-15ml/L礦質元素溶液和COD為200-5000mg/L的牛糞發酵沼液按重量份數為(30-50)：(0.8-1.2)：(2-3)：(150-170)的比例加入到容器內，得到配制好的培養基；乙酸鈉作為底物，以補充牛糞發酵沼液里面的碳源，從而能夠使內的產電微生物進行正常的新陳代謝；維生素和礦質元素目的是滿足微生物燃料電池內部微生物的生長，牛糞發酵沼液作為處理對象；二、將配制好的培養基加入微生物燃料電池反應器內，并在微生物燃料電池的陽極上連接參比電極，用于監測在啟動階段的陽極電勢，方便了解反應器的運行情況；在啟動微生物燃料電池初期，按1％-20％的接種量將接種物接種于微生物燃料電池的反應器內；三、利用導線將500-1000Ω的電阻連接在微生物燃料電池的陰極和陽極之間從而構成閉合回路，且待培養基投加到微生物燃料電池的反應器后，將多通道數據采集卡通過導線與電阻連接，每隔30min測一次輸出電壓；四、啟動微生物燃料電池初期，更換培養基的周期為48h，每次更換培養基的同時均按1％-20％的接種量將接種物接種于微生物燃料電池的反應器內，待微生物燃料電池的最大輸出電壓連續三個周期高于500mV時微生物燃料電池已經成功啟動，此時停止接種接種物到微生物燃料電池的反應器內，之后輸出電壓每次低于50mV時，更換培養基，循環更換培養基完成微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液。所述接種物為經200目的篩子過濾將大顆粒物質進行篩選去除后的活性污泥或生活污水中的一種或兩種的混合物；所述微生物燃料電池的陽極為碳纖維組成的碳刷；陰極為由不銹鋼鋼網滾壓活性炭組成的空氣陰極，并涂有0.5mg/cm2的Pt催化劑；所述維生素溶液為稀釋80-120倍的維生素混合液，所述維生素混合液由0.01-0.5g/L維生素H、0.01-1g/L維生素B1、0.01-1g/L微生素B2、0.01-0.5g/L維生素B3、0.001-2g/L維生素B6、0.01-0.5g/L維生素B9、0.01-1g/L對氨基苯甲酸和0.01-1g/L硫辛酸的組成。所述礦質元素溶液為0.1-3g/LNTA、0.01-1g/LMnSO4·H2O、0.1-5g/LMgSO4、0.01-2g/LNaCl、0.01-0.5g/LFeSO4·7H2O、0.01-0.5g/LCaCl2·2H2O:0.01-0.5g/LCoCl2·6H2O、0.01-0.2g/LZnCl2、0.001-0.02g/LCuSO4·5H2O、0.001-0.02g/LAlK(SO4)2·12H2O、0.001-0.02g/LH3BO3、0.001-0.05g/LNa2MoO4、0.001-0.05g/LNiCl2·6H2O和0.001-0.05g/LNa2WO4·2H2O的混合溶液。所述多通道數據采集卡由哈爾濱市研方公司開發；沼液是指用作集約化畜禽養殖場糞便及養殖污水處理的沼氣工程所遺留下的發酵產物。本專利技術所用沼液取自哈爾濱雙城市某沼氣工程牛糞厭氧發酵池的上清液。本專利技術的優點是：通過接種活性污泥和生活污水利用微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液相較于未接種直接利用微生物燃料電池或者傳統厭氧發酵法處理牛糞發酵沼液具有更高的處理效能，更短的啟動反應器時間，且更為穩定的微生物燃料電池反應器運行效果，并具有產生清潔能源與減少環境污染相結合的特點。本專利技術利用接種不同接種物于微生物燃料電池實現處理牛糞發酵沼液同步產電的方法，提高了其輸出電能，且同比未接種接種物啟動微生物燃料電池處理沼液的對照組具有啟動時間短的優點。通過接種活性污泥和生活污水相較于未接種的微生物燃料電池在處理牛糞發酵沼液在輸出電壓和啟動時間上有較高的處理效能。利用微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液在輸出電壓方面，活性污泥接種微生物燃料電池的最大輸出電壓為939±6mV；生活污水接種的最大輸出電壓為742±39mV；未接種接種微生物燃料電池的最大輸出電壓為650±33mV；在啟動微生物燃料電池反應器時間上來看，活性污泥接種有最快的啟動時間為148h,其次為生活污水接種組為263h,最慢的為未接種接種物的對照組為422h；待微生物燃料電池反應器運行穩定后對其進行功率密度測量發現活性污泥接種的微生物燃料電池相較于其他兩組有較穩定的運行效果。活性污泥接種的微生物燃料電池獲得最大輸出功率密度為2.44±3.10Wm-2，其次依次為生活污水接種組(2.24±2.12Wm-2)和未接種的對照組(2.06Wm-2±4.3)；微生物燃料電池穩定運行7個周期后，對反應器出水進行COD測量并計算可得出在COD去除率和庫倫效率方面，我們不難發現通過接種接種物，無論是活性污泥還是生活污水相較于未接種的對照組有明顯優勢。活性污泥接種有最高的COD去除率為84.72％±0.48％，其次為為生活污水接種組(71.6％±1.76％)和未接種的對照組(67.06％±0.52％)。在庫倫效率方面，活性污泥接種的微生物燃料電池和生活污水接種的微生物燃料電池同未接種的對照組相比仍具有更高的能量回收效率。附圖說明圖1為實施例1利用微生物燃料電池實現處理沼液同步發電的電壓歷時曲線，其中1為活性污泥，2為生活污水，3為對照。圖2為實施例1利用微生物燃料電池實現處理沼液同步發電的功率密度曲線和極化曲線，其中1為活性污泥，2為生活污水，3為對照。圖3為實施例1利用微生物燃料電池實現處理沼液同步發電的COD去除率和庫倫效率曲線，其中1為COD去除率，2為庫倫效率。具體實施方式本專利技術技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意合理組合。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種通過投加接種物啟動微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液的方法，該方法按以下步驟進行：一、配制投加到微生物燃料電池反應器內的培養基：分別將0.1?10g/L乙酸鈉、0.1?10ml/L維生素溶液、0.1?15ml/L礦質元素溶液和COD為200?5000mg/L的牛糞發酵沼液按重量份數為(30?50)：(0.8?1.2)：(2?3)：(150?170)的比例加入到容器內，得到配制好的培養基；二、將配制好的培養基加入微生物燃料電池反應器內，并在微生物燃料電池陽極上連接參比電極；在啟動微生物燃料電池初期，按1％?20％的接種量將接種物接種于微生物燃料電池反應器內；三、利用導線將500?1000Ω的電阻連接在微生物燃料電池的陰極和陽極之間從而構成閉合回路，且待培養基投加到微生物燃料電池反應器后，將多通道數據采集卡通過導線與電阻連接，每隔30min記錄一次輸出電壓；四、啟動微生物燃料電池初期，更換培養基的周期為48h，每次更換培養基的同時均按1％?20％的接種量將接種物接種于微生物燃料電池反應器內，待MF的最大輸出電壓連續三個周期高于500mV時微生物燃料電池已經成功啟動，此時停止接種接種物到微生物燃料電池反應器內，之后輸出電壓每次低于50mV時，更換培養基，循環更換培養基完成微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液；所述接種物為經200目的篩子過濾將大顆粒物質進行篩選去除后的活性污泥或生活污水中的一種或兩種的混合物。...

【技術特征摘要】
1.一種通過投加接種物啟動微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液的方法，該方法按以下步驟進行：一、配制投加到微生物燃料電池反應器內的培養基：分別將0.1-10g/L乙酸鈉、0.1-10ml/L維生素溶液、0.1-15ml/L礦質元素溶液和COD為200-5000mg/L的牛糞發酵沼液按重量份數為(30-50)：(0.8-1.2)：(2-3)：(150-170)的比例加入到容器內，得到配制好的培養基；二、將配制好的培養基加入微生物燃料電池反應器內，并在微生物燃料電池陽極上連接參比電極；在啟動微生物燃料電池初期，按1％-20％的接種量將接種物接種于微生物燃料電池反應器內；三、利用導線將500-1000Ω的電阻連接在微生物燃料電池的陰極和陽極之間從而構成閉合回路，且待培養基投加到微生物燃料電池反應器后，將多通道數據采集卡通過導線與電阻連接，每隔30min記錄一次輸出電壓；四、啟動微生物燃料電池初期，更換培養基的周期為48h，每次更換培養基的同時均按1％-20％的接種量將接種物接種于微生物燃料電池反應器內，待MF的最大輸出電壓連續三個周期高于500mV時微生物燃料電池已經成功啟動，此時停止接種接種物到微生物燃料電池反應器內，之后輸出電壓每次低于50mV時，更換培養基，循環更換培養基完成微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液；所述接種物為經200目的篩子過濾將大顆粒物質進行篩選去除后的活性污泥或生活污水中的一種或兩種的混合物。2.根據權利要求1所述的一種通過投加接種物啟動微生物燃料電池處理牛糞發酵沼液的方法，其特征在于：步驟一所述分別將2-8g/L乙酸鈉、2-8ml/L維生素溶液、2-10ml/L礦質元素溶液和COD為500-1500mg/L的牛糞發酵沼液按重量份數為40：1：2.5：156.4的比例加入到容器內，得到配制好的培養...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁恒，謝冰涵，公維佳，丁安，唐小斌，王美蓮，李圭白，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23