微生态周期切换式微生物燃料电池堆及其发电工艺制造技术

微生态周期切换式微生物燃料电池堆及其发电工艺，属于微生物燃料电池技术领域，可依据所处理污水的水质水量特点及负荷条件以配置外部管路最适的阀门切换模式与切换频率，使得微生态周期切换式微生物燃料电池堆按照厌氧折流板反应器、升流式厌氧污泥床反应器或介于二者之间的方式运行，以得到污水处理和产电的最优耦合效果，极具灵活性，有利于微生物燃料电池技术真正实现工程化。本发明专利技术可增加隔室数量n(n≥4)，相应的阀门切换模式除顺时针切换模式以外、还包括每隔一隔室切换模式直至每隔n-3隔室切换模式为止等若干种。各隔室外接电路可串联、并联或者混联连接，以提高产电性能及稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微生物燃料电池
，特别是涉及到一种微生态周期切换式微生物燃料电池堆。
技术介绍
微生物燃料电池是一种可以借助微生物的作用实现高效废水处理，同时实现废水中化学能向清洁生物质电能转化的新型废水处理技术。微生物燃料电池具有高效降解有机污染物、产生清洁能源电能、污泥产量低等诸多优点，在环境、能源及废水处理领域受到了广泛的关注。通过优选产电微生物、改善电极材料、改进电池结构和优化运行条件等方法，微生物燃料电池的性能已经取得了较大的提高。申请号为200910085861.3的申请公开了一种由传统厌氧折流板反应器(ABR)改造而来的厌氧折流板式微生物燃料电池堆，申请号为200810063876.5的申请公开了一种折流板空气阴极微生物燃料电池，但二者都无法实现及时根据所处理污水的水质水量特点及负荷条件的改变而调节反应器内的微生态环境进而同时优化废水处理与产电效果的目的。申请号为201410342317.3的申请公开了一种微生物燃料电池的空气阴极及其制备方法，但其所采用的单室空气阴极结构传统单一，难于实现工程扩大化。因此，亟需将微生物燃料电池合理的与既有废水生物处理技术结合，使其真正实现工程化、工业化和商业化，以解决当前的技术瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种微生态周期切换式微生物燃料电池堆及其发电工艺，可依据所处理污水的水质水量特点及负荷条件以配置外部管路最适的阀门切换模式与切换频率，使得微生态周期切换式微生物燃料电池堆按照ABR、升流式厌氧污泥床反应器(UASB)或介于二者之间的方式运行，以得到污水处理和产电的最优耦合效果，极具灵活性，有利于微生物燃料电池技术真正实现工程化、工业化和商业化。微生态周期切换式微生物燃料电池堆，其特征是：包括圆管TⅠ、圆管TⅡ、下底板TⅢ以及上盖板TⅣ，所述圆管TⅠ与圆管TⅡ为同轴设置的有机玻璃管，且圆管TⅡ设置在圆管TⅠ的外层；所述下底板TⅢ设置在两个同轴圆管的下部；所述上盖板TⅣ设置在两个同轴圆管的上部；所述圆管TⅠ与圆管TⅡ之间的空间径向设置有隔板GⅠ、隔板GⅡ、隔板GⅢ以及隔板GⅣ将两个圆管内的空间平均分割为四个隔室，四个隔室分别为隔室A、隔室B、隔室C以及隔室D；所述每个隔室内分别径向设置有一个折板，四个隔室内的折板分别为折板ZⅠ、折板ZⅡ、折板ZⅢ以及折板ZⅣ，所述每个折板均将其所在隔室分隔成横剖面面积之比为1:5的上流区和下流区；所述圆管TⅡ的外侧壁上设置有十二个阀门，每个隔室的外侧壁上设置有三个阀门；所述四个隔室的下流区侧壁上分别设置有进水孔JⅠ、进水孔JⅡ、进水孔JⅢ以及进水孔JⅣ；所述四个隔室的上流区侧壁上分别设置有出水孔CⅠ、出水孔CⅡ、出水孔CⅢ以及出水孔CⅣ；所述上盖板TⅣ上设置有硅胶垫SⅠ和丝扣SⅡ，所述圆管TⅠ和上盖板TⅣ之间通过丝扣SⅡ密封，上盖板TⅣ对应每个隔室的位置分别设置有外接电路预留孔YⅠ、预留孔YⅡ、预留孔YⅢ以及预留孔YⅣ，所述每个预留孔均通过胶圈和丝扣密封；所述每个隔室内均设置有石墨毡阳极和空气阴极，所述石墨毡阳极上设置有石墨毡SⅣ和不锈钢垫片SⅢ，所述石墨毡SⅣ的宽度小于折板的宽度，所述折板上端预留孔隙KⅠ和下端预留孔隙KⅡ将石墨毡SⅣ缠绕于折板ZⅠ、折板ZⅡ、折板ZⅢ以及折板ZⅣ的上流区一侧；所述不锈钢垫片SⅢ通过不锈钢螺丝SⅤ固定于石墨毡SⅣ顶端，并连接不锈钢丝SⅥ通过所在隔室所对应的外接电路预留孔穿过上盖板TⅣ与外电路相连；所述不锈钢垫片SⅢ收集石墨毡SⅣ电子；所述空气阴极由液体催化剂、防水透气膜YⅥ和不锈钢网YⅤ组成，所述液体催化剂均匀涂抹在防水透气膜YⅥ朝向反应液的一侧，获得负载有催化剂的防水透气膜；将不锈钢网YⅤ设置在防水透气膜YⅥ负载有液体催化剂的一侧，通过硅胶垫YⅦ法兰固定于每个隔室上流区的侧表面；不锈钢网YⅤ焊接不锈钢丝YⅧ与外电路相连。所述每个隔室上流区出水孔位于上流区横剖面所对应圆心角的角平分线上，每个隔室下流区进水孔位于下流区横剖面所对应圆心角的角平分线上，各隔室侧壁上设置的出水孔位置高于进水口位置。所述空气阴极上边缘低于上流区出水口，空气阴极下边缘与石墨毡阳极折板下缘高度相等；所述空气阴极设置于上流区圆管TⅡ壁上，且与石墨毡阳极非接触，空气阴极对应弧长为所在隔室圆管TⅡ侧壁对应弧长的三分之一。所述圆管TⅠ的外壁和圆管TⅡ的内壁上均设有与折板相配合的槽道；所述折板的下边缘至下底板TⅢ的距离为石墨毡厚度的2倍～3倍，折板的上边缘至上盖板TⅣ的距离为石墨毡厚度的1倍～2倍。所述液体催化剂包括催化剂、异丙醇以及去离子水，所述催化剂为铂的质量含量为10％～20％的铂碳催化剂、碳粉、四甲氧基苯基叶琳钻或二氧化锰。所述石墨毡阳极和空气阴极的金属连接部件为不锈钢或钛金。微生态周期切换式微生物燃料电池堆的发电工艺，其特征是：通过十二个阀门的切换实现四个隔室的微生态周期性切换，对于设定的阀门切换周期T，具有相邻隔室顺时针切换模式和每隔一隔室切换模式两种切换模式；所述相邻隔室顺时针切换模式为，在一个切换周期的运行过程中，每个隔室都有T/4的时段作为进水隔室，T/4的时段作为出水隔室，其切换流程顺次为，在0<t<T/4时段内，隔室A、隔室B、隔室C、隔室D；在T/4<t<T/2时段内，隔室D、隔室A、隔室B、隔室C；在T/2<t<3T/4时段内，隔室C、隔室D、隔室A、隔室B；在3T/4<t<T时段内，隔室B、隔室C、隔室D、隔室A；所述每隔一隔室的切换模式为，在一个切换周期的运行过程中，隔室A和隔室C均有T/2的时段作为进水隔室，有T/2的时段作为第三隔室；隔室B和隔室D均有T/2的时段作为第二隔室，有T/2的时段作为出水隔室，其切换流程顺次为，在0<t<T/2时段内，隔室A、隔室B、隔室C、隔室D；在T/2<t<T时段内，隔室C、隔室D、隔室A、隔室B。所述圆管TⅠ和圆管TⅡ之间空间被均分的隔室数量为n(n≥4)，阀门切换模式为相邻隔室顺时针切换模式、每隔一隔室切换模式至每隔n-3隔室切换模式。所述每个隔室外接电路的连接方式为串联、并联或者混联。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：一种隔室微生态周期切换式微生物燃料电池堆及其发电工艺，可通过外部管路上十二个阀门的切换...

【技术保护点】
微生态周期切换式微生物燃料电池堆，其特征是：包括圆管TⅠ(1)、圆管TⅡ(2)、下底板TⅢ(3)以及上盖板TⅣ(4)，所述圆管TⅠ(1)与圆管TⅡ(2)为同轴设置的有机玻璃管，且圆管TⅡ(2)设置在圆管TⅠ(1)的外层；所述下底板TⅢ(3)设置在两个同轴圆管的下部；所述上盖板TⅣ(4)设置在两个同轴圆管的上部；所述圆管TⅠ(1)与圆管TⅡ(2)之间的空间径向设置有隔板GⅠ(5)、隔板GⅡ(6)、隔板GⅢ(7)以及隔板GⅣ(8)将两个圆管内的空间平均分割为四个隔室，四个隔室分别为隔室A(31)、隔室B(32)、隔室C(33)以及隔室D(34)；所述每个隔室内分别径向设置有一个折板，四个隔室内的折板分别为折板ZⅠ(9)、折板ZⅡ(10)、折板ZⅢ(11)以及折板ZⅣ(12)，所述每个折板均将其所在隔室分隔成横剖面面积之比为1:5的上流区和下流区；所述圆管TⅡ(2)的外侧壁上设置有十二个阀门，每个隔室的外侧壁上设置有三个阀门；所述四个隔室的下流区侧壁上分别设置有进水孔JⅠ(13)、进水孔JⅡ(14)、进水孔JⅢ(15)以及进水孔JⅣ(16)；所述四个隔室的上流区侧壁上分别设置有出水孔CⅠ(17)、出水孔CⅡ(18)、出水孔CⅢ(19)以及出水孔CⅣ(20)；所述上盖板TⅣ(4)上设置有硅胶垫SⅠ(21)和丝扣SⅡ(22)，所述圆管TⅠ(1)和上盖板TⅣ(4)之间通过丝扣SⅡ(22)密封，上盖板TⅣ(4)对应每个隔室的位置分别设置有外接电路预留孔YⅠ(27)、预留孔YⅡ(28)、预留孔YⅢ(29)以及预留孔YⅣ(30)，所述每个预留孔均通过胶圈和丝扣密封；所述每个隔室内均设置有石墨毡阳极和空气阴极，所述石墨毡阳极上设置有石墨毡SⅣ(24)和不锈钢垫片SⅢ(23)，所述石墨毡SⅣ(24)的宽度小于折板的宽度，所述折板上端预留孔隙KⅠ(35)和下端预留孔隙KⅡ(36)将石墨毡SⅣ(24)缠绕于折板ZⅠ(9)、折板ZⅡ(10)、折板ZⅢ(11)以及折板ZⅣ(12)的上流区一侧；所述不锈钢垫片SⅢ(23)通过不锈钢螺丝SⅤ(25)固定于石墨毡SⅣ(24)顶端，并连接不锈钢丝SⅥ(26)通过所在隔室所对应的外接电路预留孔穿过上盖板TⅣ(4)与外电路相连；所述不锈钢垫片SⅢ(23)收集石墨毡SⅣ(24)电子；所述空气阴极由液体催化剂、防水透气膜YⅥ(38)和不锈钢网YⅤ(37)组成，所述液体催化剂均匀涂抹在防水透气膜YⅥ(38)朝向反应液的一侧，获得负载有催化剂的防水透气膜；将不锈钢网YⅤ(37)设置在防水透气膜YⅥ(38)负载有液体催化剂的一侧，通过硅胶垫YⅦ(39)法兰固定于每个隔室上流区的侧表面；不锈钢网YⅤ(37)焊接不锈钢丝YⅧ(40)与外电路相连。...

【技术特征摘要】
1.微生态周期切换式微生物燃料电池堆，其特征是：包括圆管TⅠ(1)、
圆管TⅡ(2)、下底板TⅢ(3)以及上盖板TⅣ(4)，所述圆管TⅠ(1)与圆
管TⅡ(2)为同轴设置的有机玻璃管，且圆管TⅡ(2)设置在圆管TⅠ(1)的
外层；所述下底板TⅢ(3)设置在两个同轴圆管的下部；所述上盖板TⅣ(4)
设置在两个同轴圆管的上部；所述圆管TⅠ(1)与圆管TⅡ(2)之间的空间径
向设置有隔板GⅠ(5)、隔板GⅡ(6)、隔板GⅢ(7)以及隔板GⅣ(8)将两
个圆管内的空间平均分割为四个隔室，四个隔室分别为隔室A(31)、隔室B(32)、
隔室C(33)以及隔室D(34)；所述每个隔室内分别径向设置有一个折板，四
个隔室内的折板分别为折板ZⅠ(9)、折板ZⅡ(10)、折板ZⅢ(11)以及折板
ZⅣ(12)，所述每个折板均将其所在隔室分隔成横剖面面积之比为1:5的上流
区和下流区；
所述圆管TⅡ(2)的外侧壁上设置有十二个阀门，每个隔室的外侧壁上设
置有三个阀门；
所述四个隔室的下流区侧壁上分别设置有进水孔JⅠ(13)、进水孔JⅡ
(14)、进水孔JⅢ(15)以及进水孔JⅣ(16)；所述四个隔室的上流区侧壁上
分别设置有出水孔CⅠ(17)、出水孔CⅡ(18)、出水孔CⅢ(19)以及出水孔
CⅣ(20)；
所述上盖板TⅣ(4)上设置有硅胶垫SⅠ(21)和丝扣SⅡ(22)，所述圆
管TⅠ(1)和上盖板TⅣ(4)之间通过丝扣SⅡ(22)密封，上盖板TⅣ(4)
对应每个隔室的位置分别设置有外接电路预留孔YⅠ(27)、预留孔YⅡ(28)、
预留孔YⅢ(29)以及预留孔YⅣ(30)，所述每个预留孔均通过胶圈和丝扣密
封；
所述每个隔室内均设置有石墨毡阳极和空气阴极，所述石墨毡阳极上设置
有石墨毡SⅣ(24)和不锈钢垫片SⅢ(23)，所述石墨毡SⅣ(24)的宽度小于
折板的宽度，所述折板上端预留孔隙KⅠ(35)和下端预留孔隙KⅡ(36)将石
墨毡SⅣ(24)缠绕于折板ZⅠ(9)、折板ZⅡ(10)、折板ZⅢ(11)以及折板
ZⅣ(12)的上流区一侧；所述不锈钢垫片SⅢ(23)通过不锈钢螺丝SⅤ(25)
固定于石墨毡SⅣ(24)顶端，并连接不锈钢丝SⅥ(26)通过所在隔室所对应

\t的外接电路预留孔穿过上盖板TⅣ(4)与外电路相连；所述不锈钢垫片SⅢ(23)
收集石墨毡SⅣ(24)电子；
所述空气阴极由液体催化剂、防水透气膜YⅥ(38)和不锈钢网YⅤ(37)
组成，所述液体催化剂均匀涂抹在防水透气膜YⅥ(38)朝向反应液的一侧，获
得负载有催化剂的防水透气膜；将不锈钢网YⅤ(37)设置在防水透气膜YⅥ(38)
负载有液体催化剂的一侧，通过硅胶垫YⅦ(39)法兰固定于每个隔室上流区的
侧表面；不锈钢网YⅤ(37)焊接不锈钢丝YⅧ(40)与外电路相连。
2.根据权利要求1所述的微生态周期切换式微生物燃料电池堆，其特征是：
所述每个隔室上流区出水孔位于上流区横剖面所对应圆心角的角平分线上，每
个隔室下流区进水孔位于下流区横剖面所对应圆心角的角平分线上，各隔室侧

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小雷，张文华，王征，刘鸿涛，张黎黎，李白昆，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：发明
国别省市：吉林;22