本发明专利技术涉及一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，属于环保领域。本发明专利技术目的是为了解决现有技术存在环境污染的问题。反应器，包括：顶板、底座、不锈钢圆筒、碳刷、Pt/C催化层和碳基扩散层；在所述不锈钢圆筒内侧壁上固定碳基扩散层，Pt/C催化层与碳基扩散层连接；不锈钢圆筒两端分别固定安装顶板和底座，三者形成的空腔为电极室；碳刷通过电极凹槽和电极插孔垂直站立；本发明专利技术在降解理餐厨垃圾的有机物的同时实现同步产电；既克服了传统餐厨垃圾处理方式的弊端，也从根本上缓解环境污染和能源紧缺的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器
本专利技术涉及一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，属于环保领域。
技术介绍
随着城市生活设施和居住条件的改善，以往城市垃圾以炉灰、煤渣等为主的情况发生了彻底的变化，餐厨垃圾的产生量有逐年增加的趋势。餐厨垃圾是家庭、宾馆、饭店等饮食单位抛弃的剩余饭菜的统称。目前世界各国绝大部分城市垃圾中约40％为餐厨垃圾，主要包括米和面粉类食物残余、蔬菜、植物油、动物油、鱼骨、鱼刺等。其化学组份主要为淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。餐厨垃圾有如下特点：一是粗蛋白和粗纤维等有机物含量较高(各占餐厨垃圾干燥物的16.73％和2.52％)，开发利用价值较大，但易腐并产生恶臭；二是含水率高(水的质量分数大于80％)，不便于收集运输，热值低，处理不当容易产生渗沥液等二次污染物；三是油类(粗脂肪占餐厨垃圾干燥物的28.82％)和盐类物质(NaCl含量高达1.239％)含量比其它生活垃圾高，对资源化产品品质影响较大，需要妥善处理。直接排放、好氧堆肥、厌氧发酵、蚯蚓堆肥这四种餐厨垃圾处理方式都是我国处理餐厨垃圾常用的方式，但目前仍普遍存在餐厨垃圾喂养家畜或提炼潲水油现象，“垃圾猪”和地沟油问题带来的一系列安全隐患，严重危害人们的生命安全。从2000一2011年我国有关餐厨垃圾处理与利用文献的统计分析(中文核心期刊)来看，以好氧发酵和厌氧消化技术处理餐厨垃圾逐渐成为研究重点并呈上升趋势。餐厨垃圾喂养家畜大致分为直接喂养和制蛋白饲料2种，其中直接喂养是一种较普遍的现象，具有安全卫生隐患；制蛋白饲料分干热处理技术、湿热水解技术和高温好氧发酵技术，是一种经济效益较好的利用途径，但由于目前国内尚无相应标准和出于对同源性的担忧，该途径并未得到有效推广。因我国餐厨垃圾未做到有效分类，导致收运处置的餐厨垃圾数量少、品质差，并且餐厨垃圾具有高油(1％～5％)、高盐(1％～3％)和高含水率(70％～90％)等特点，而这些餐厨垃圾中含有大量容易被微生物降解的有机物质，传统的处理方式和设施处理效果并不理想，存在处理成本高、堆肥肥效低和厌氧产沼率低等问题。同时，还往往产生环境污染的问题。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有技术存在环境污染的问题，提供一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器。本专利技术目的是通过下述技术方案实现的。一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，包括：顶板、底座、不锈钢圆筒、碳刷、Pt/C催化层和碳基扩散层；顶板为带有两个环形凸台的圆饼结构；顶板中心处开有电极插孔；内环形凸台设有排气孔和排液孔；底座为带有两个环形凸台的圆饼结构；顶板中心处开有电极凹槽；内环形凸台设有进液孔和进气孔；不锈钢圆筒为圆柱形结构，筒壁上开设有通孔；在所述不锈钢圆筒内侧壁上固定碳基扩散层，Pt/C催化层与碳基扩散层连接；不锈钢圆筒两端分别固定安装顶板和底座，三者形成的空腔为电极室；碳刷通过电极凹槽和电极插孔垂直站立，不与阴极接触导致短路；所述不锈钢圆筒与顶板和底座通过胶黏剂固定安装；所述排气孔、排液孔、进液孔和进气孔处安装有直通转接头；顶板、底座的材料均采用有机玻璃；不锈钢圆筒材料采用304不锈钢；Pt/C催化层为内表面涂有全氟磺酸溶液和铂碳粉末的混合物，全氟磺酸溶液的溶质和铂碳粉末添加量质量比为1:3-1:4；碳基扩散层为外表面涂有石墨粉和聚四氟乙烯分散液混合物。石墨粉和聚四氟乙烯分散液溶质添加量质量比为200:1-220:1；工作过程：餐厨垃圾经进液孔进入电极室，在电极室内加入厌氧菌菌种，并附着于阳极碳刷表面，固定于电极室。微生物在代谢过程中降解餐厨垃圾，产生电子和质子，电子经过外电路导线传递到阴极碳布表面，代谢过程产生的质子直接通过电解质传递到阴极碳布表面，电极室内通过进气孔鼓入氮气保持厌氧环境，在阴极碳布表面的铂催化剂的作用下，氧气，质子和电子反应生成水，完成整个产电过程。由于电子的不断传输，外部电路形成电流。同时，餐厨垃圾中可降解的有机物含量也会随着反应的进行而减少，实现餐厨垃圾的“变废为宝”；所述餐厨垃圾量为电极反应室容量的80-90％。有益效果1)本专利技术的一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，在降解理餐厨垃圾的有机物的同时实现同步产电；既克服了传统餐厨垃圾处理方式的弊端，也从根本上缓解环境污染和能源紧缺的问题；2)本专利技术的一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，采用无隔膜技术，省去了质子交换膜，不用定期更换电解液，减少了工程造价；3)本专利技术的一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，主体采用圆柱型，阴阳两室距离小，电池内阻小，功率高；4)本专利技术的一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，进气孔方向与电池底部垂直，气体自下而上进入电极室，可以对电解液起到搅拌的作用，增加厌氧菌与碳刷碰撞概率；5)本专利技术的一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，结构紧凑，成本低。附图说明图1为该无膜圆柱型微生物燃料电池组装后的放大剖视图；图2为该无膜圆柱型微生物燃料电池顶板组件示意图；a为顶板左视图；b为顶板三维图；图3为该无膜圆柱型微生物燃料电池底座组件示意图；图4为该无膜圆柱型微生物燃料电池不锈钢圆筒组件示意图；图5为该无膜圆柱型微生物燃料电池阴阳电极组件示意图；图6为该无膜圆柱型微生物燃料电池开路电压随时间变化图；图7为该无膜圆柱型微生物燃料电池开路电流随时间变化图；图8为该无膜圆柱型微生物燃料电池功率电路测试图；图9为该无膜圆柱型微生物燃料电池功率密度随电流密度变化图；图10为该无膜圆柱型微生物燃料电池对COD的去除率图。图中：1—排气孔、2—电极插孔、3—排液孔、4—顶板、5—胶黏剂、6—Pt/C催化层、7—碳基扩散层、8—碳刷、9—电极室、10—不锈钢圆筒、11—进液孔、12—电极凹槽、13—进气孔、14—底座。具体实施方式为了更好的说明本专利技术的目的和优点，下面结合附图和实例对
技术实现思路
做进一步说明。实施例1如图1所示，该实施例为实验研究用的一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，包括：顶板4、底座14、不锈钢圆筒10、碳刷8、Pt/C催化层6和碳基扩散层7；顶板4为带有两个环形凸台的圆饼结构；顶板4中心处开有电极插孔2；内环形凸台设有排气孔1和排液孔3；如图2a和图2b所示；底座14为带有两个环形凸台的圆饼结构；顶板4中心处开有电极凹槽12；内环形凸台设有进液孔11和进气孔13；如图3所示；不锈钢圆筒10为圆柱形结构，筒壁上开设有通孔；如图4所示；在所述不锈钢圆筒10内侧壁上固定碳基扩散层7，Pt/C催化层6与碳基扩散层7连接；不锈钢圆筒10两端分别固定安装顶板4和底座14，三者形成的空腔为电极室9；碳刷8通过电极凹槽12和电极插孔2垂直站立，不与阴极接触导致短路；电极室为内径为5厘米的圆筒，壁厚为2毫米，反应室长度为5厘米，进液孔、进气孔、排液孔和排气孔的直径为6毫米，电极插孔4毫米；在所述碳刷、阴极碳布如图5c、图5d所示；在所述不锈钢圆筒内侧壁上固定碳基扩散层，Pt/C催化层与碳基扩散层连接；不锈钢圆筒两端分别固定安装顶板和底座，三者形成的空腔为电极室；碳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，其特征在于：包括：顶板(4)、底座(14)、不锈钢圆筒(10)、碳刷(8)、Pt/C催化层(6)和碳基扩散层(7)；顶板(4)为带有两个环形凸台的圆饼结构；顶板(4)中心处开有电极插孔(2)；内环形凸台设有排气孔(1)和排液孔(3)；底座(14)为带有两个环形凸台的圆饼结构；顶板(4)中心处开有电极凹槽(12)；内环形凸台设有进液孔(11)和进气孔(13)；不锈钢圆筒(10)为圆柱形结构，筒壁上开设有通孔；在所述不锈钢圆筒(10)内侧壁上固定碳基扩散层(7)，Pt/C催化层(6)与碳基扩散层(7)连接；不锈钢圆筒(10)两端分别固定安装顶板(4)和底座(14)，三者形成的空腔为电极室(9)；碳刷(8)通过电极凹槽(12)和电极插孔(2)垂直站立，不与阴极接触导致短路。
【技术特征摘要】
1.一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，其特征在于：包括：顶板(4)、底座(14)、不锈钢圆筒(10)、碳刷(8)、Pt/C催化层(6)和碳基扩散层(7)；顶板(4)为带有两个环形凸台的圆饼结构；顶板(4)中心处开有电极插孔(2)；内环形凸台设有排气孔(1)和排液孔(3)；底座(14)为带有两个环形凸台的圆饼结构；顶板(4)中心处开有电极凹槽(12)；内环形凸台设有进液孔(11)和进气孔(13)；不锈钢圆筒(10)为圆柱形结构，筒壁上开设有通孔；在所述不锈钢圆筒(10)内侧壁上固定碳基扩散层(7)，Pt/C催化层(6)与碳基扩散层(7)连接；不锈钢圆筒(10)两端分别固定安装顶板(4)和底座(14)，三者形成的空腔为电极室(9)；碳刷(8)通过电极凹槽(12)和电极插孔(2)垂直站立，不与阴极接触导致短路。2.如权利要求1所述的一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，其特征在于：所述不锈钢圆筒(10)与顶板(4)和底座(14)通过胶黏剂(5)固定安装。3.如权利要求1所述的一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微生物燃料电池反应器，其特征在于：所述排气孔(1)、排液孔(3)、进液孔(11)和进气孔(13)处安装有直通转接头。4.如权利要求1所述的一种处理餐厨垃圾的无膜圆柱型微...
【专利技术属性】
技术研发人员：严乙铭，柳明杰，吴琳琳，刘明权，霍思璐，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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