本发明专利技术属于电池产氢技术领域，涉及一种液固流化床微生物燃料电池产氢装置，装置底部中心处制有污水入口，污水出口置于阳极流化床体侧壁顶部，污水入口上部制有预分布室并法兰式与阳极流化床连接；预分布室和阳极流化床体之间制有液体分布板，阳极流化床体内下部装有流化颗粒；石墨碳棒质的阳电极竖向式置于阳极流化床体内侧，底部的一端插入流化颗粒内，阳电极另一端和碳纸膜阴极之间通过焊接的导线连接并串联负载和稳压电源相连形成闭合回路；有机玻璃质的阳极流化床体侧壁中下部上下排列结构等间距制有2-10个测试口，阴极室的顶部侧壁上制有气体收集出口；其电池成本低，产电性能高，操作区域宽，操作可靠，厌氧流化床传质效果好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于液固流化床反应器生物燃料电池电辅助产氢
，涉及一种液固流化床微生物燃料电池产氢装置，将液固流化床和微生物燃料集成用于废水处理场合，特别适用于啤酒工业废水、食品加工废水、城市生活污水等有机物污水处理场合。
技术介绍
目前，能源危机和环境污染已日益严峻，威胁着人类的生存和发展。发展可再生能源，走可持续发展道路成为各国学者研究的焦点。但由于太阳能、风能等可再生能源的间歇性和不易储存及运输等特点，需要一种高效清洁的能源载体作为可再生能源。氢能以其清洁、高效的特点被公认为未来最有潜力的能源载体。同时，工业发展和人口急剧膨胀对资源和环境造成了严重威胁，合理利用资源，实现废物的资源化利用是环保减排和缓解资源短缺的有效途径。微生物燃料电池产氢技术将有机物的葡萄糖、醋酸等在厌氧混合菌催化剂呼吸作用中产生的电子与同步生成的质子在外加稳压电源的条件下结合成氢气，该技术具有反应条件温和，设备简单，易操作，运行成本低，对污水有机物去除效果好等优点，可实现在污水处理的同时回收能量的双重效果，是一种应用前景广泛的污水处理技术，据查询此类技术目前尚未见有形成规模化成熟应用的文献报道。厌氧流化床阳极微生物燃料电池是将微生物燃料电池产氢技术与流化床反应器相集成的一种新型反应器，属于本
中的研发人员正待开发和创新的技术方案；而现有技术中的普通电池(MFC)多适用于实验室的研究，阳极多用搅拌的方式，存在微生物分布不均勻，传质效率低，不易于污水处理工业放大等突出缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计开发一种液固厌氧流化床微生物燃料电池废水处理同时产氢的装置，该装置可在实现污水处理时外加稳压电源的条件下产生氢气，通过调节床层高度、污水流量、废水浓度和种类、液体分布孔尺度、厌氧污泥和载体颗粒用量及粒度等操作参数，实现污水化学耗氧量(COD)污染物的有效去除和氢气产量的提高。为了实现上述目的，本专利技术装置的主体结构包括污水入口、污水出口、污水入口预分布室、液体分布板、阳极流化床体、流化床扩大段、流化颗粒(填料)、密封盖、气体收集出口、测试口、阳电极、导线、阴极和负载、阴极室和稳压电源，各部件配合式结构组成厌氧流化床微生物燃料电池制氢装置；装置底部中心处制有污水入口，污水出口置于阳极流化床体侧壁距顶部30 80mm处，污水入口上部制有预分布室，预分布室通过法兰与阳极流化床体连接；预分布室和阳极流化床体之间制有液体分布板，阳极流化床体内下部装有作为填料的流化颗粒，流化颗粒由厌氧污泥及其载体颗粒混合加入流化床反应区；石墨碳棒质的阳电极竖向式置于阳极流化床体内侧，底部的一端插入流化颗粒(填料)内引出和传导有机物降解产生的电子，膜式结构的阴极采用载钼碳纸膜结构，阳电极和阴极之间通过质子交换膜分隔，石墨碳棒质的阳电极另一端和碳纸膜阴极之间通过焊接的导线连接并串联负载和稳压电源相连形成闭合回路；上下顺序排列的测试口位于阳极流化床体外侧壁，用于测定床层压力和流化颗粒流速；污水入口预分布室使菌液分布均勻，实现流化颗粒的充分流化，改善废水处理效果，增加产电功率，降低内阻；污水由污水入口依次经过污水入口预分布室和液体分布板进入阳极流化床体内，厌氧污泥混合菌挂膜于流化颗粒上处于流化状态；阳极流化床体顶部设置有密封盖，将阳电极处于密封状态并保持厌氧环境，密封盖下侧制有污水出口 ；阳电极与阴极之间距离为10mm-20mm;阴极为载钼碳纸膜式的阴极结构，阴极与阳电极之间串联电阻箱，使用稳压电源在电路上实现外加电压，以克服阴极的催化电势；有机玻璃质的阳极流化床体侧壁中下部上下排列结构等间距制有2-10个测试口，以测试床层压力和颗粒流速；阴极室与阳极流化床体之间法兰式连接，其靠近阴极室侧制有载钼碳纸膜式的阴极；阴极室的顶部侧壁上制有气体收集出口。本专利技术与现有技术相比具有以下优点一是阳电极室采用厌氧生物流化床，废水自下向上流过床层使填料呈流化状态，增加了单位时间内生物膜同废水的接触面积，强化了污水中有机物的传质，加快了生化反应速率；二是采用稳压电源对电池使以电压，使电池阳电极室产生的氢质子和电子在阴极室得以产生氢气，得到清洁氢气能源；三是沿床层轴向高度分布阴极，减小质子传递距离，提高质子传递速率，从而改善废水处理的效果和产氢量；四是厌氧流化床阳极空气阴极微生物燃料电池结构简单、体积功率密度高，易于工业放大；本专利技术以废水作为电池燃料，以厌氧污泥为混合菌种源，电池成本低，产电性能高，操作区域宽，操作可靠，厌氧流化床传质效果好，生化反应速率快，易于放大和工业化应用，广泛适用于不同化学耗氧量(COD)浓度污水的净化处理，且对葡萄糖废水处理效果高达97%以上。附图说明图1为本专利技术装置的平面结构原理示意图。图2为本专利技术装置不同外加电压条件下的电子回收率变化曲线。图3为本专利技术装置不同外加电压条件下的氢气回收率变化曲线。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术装置作进一步的描述。实施例本实施例的主体结构包括污水入口 1、预分布室2、液体分布板3、测试口 4、阳电极 5、阳极流化床体6、流化床扩大段7、污水出口 8、密封盖9、稳压电源10、负载11、导线12、气体收集出口 13、阴极14、阴极室15和流化颗粒16，各部件组合构成厌氧流化床膜阴极微生物燃料电池装置；污水入口 1位于反应器底部中心位置，管径Φ 15mm ；污水出口 8位于阳极流化床体6侧壁距顶部50mm处，管径Φ 15mm ；预分布室2的直径为40mm，并通过法兰与阳极流化床体6连接；液体分布板3开孔直径Φ 1. 5-2. 5mm,开孔率10-15%，确保污水均勻进入；置于阳极流化床体6内的催化剂颗粒挡板(附图中为标出)的直径Φ70mm，其板面开孔直径Φ2-3πιπι，开孔率10-15%，并固定在流化床扩大段7，确保催化剂颗粒或流化颗粒不随污水流出阳极流化床体6的反应区；阳极流化床体6上下结构分为流化床反应区和流化床扩大段7，其中流化床反应区的结构为有机玻璃圆筒，直径40mm，高450mm ；流化床扩大段7 的直径70mm，高150mm;流化颗粒(填料)16为厌氧回流段厌氧污泥(驯化30天)与活性炭载体颗粒按比例混合，填充于阳极流化床体6的流化床反应区内；阳电极5为直径Φ5πιπι， 长150mm的石墨碳棒，碳棒底部位于流化颗粒16内，另一端焊接导线12导出电子；膜式结构的阴极14为naf ion膜和载钼碳纸热压而成，用环氧胶密封，且沿阳极流化床体6的轴向高度逐次分布以提高电子传递效率，增加处理效率；若干个上下排列的测试口 4(Φ4πιπι)位于有机玻璃侧壁，用于测定床层压力和颗粒流速；阴极室15与阳极流化床体6之间通过法兰式链接，中间制有热压的载钼碳纸膜式的阴极14隔开。本实施例的待处理合成污水从污水入口 1(管径Φ15πιπι)进入水预分布室2，穿过多孔式的液体分布板3 (直径Φ40mm，板面开孔直径Φ 1. 5-2. 5mm，开孔率10-15% )进入阳极流化床体6的反应区(直径Φ40πιπι)；污泥和载体颗粒填充于反应区内，在污水流场的作用下流化，污泥中的混合菌作为催化剂将污水中的有机物直接氧化为二氧化碳和氢质子， 产生的电子通过石墨碳棒结构的阳电极5引出至阴极14本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种液固流化床微生物燃料电池产氢装置，主体结构包括污水入口、污水出口、污水入口预分布室、液体分布板、阳极流化床体、流化床扩大段、流化颗粒（填料）、密封盖、气体收集出口、测试口、阳电极、导线、阴极和负载、阴极室和稳压电源，各部件配合式结构组装成厌氧流化床微生物燃料电池产氢装置，其特征在于装置底部中心处制有污水入口，污水出口置于阳极流化床体侧壁距顶部３０～８０ｍｍ处，污水入口上部制有预分布室，预分布室通过法兰与阳极流化床体连接；预分布室和阳极流化床体之间制有液体分布板，阳极流化床体内下部装有作为填料的流化颗粒，流化颗粒由厌氧污泥及其载体颗粒混合加入流化床反应区；石墨碳棒质的阳电极竖向式置于阳极流化床体内侧，底部的一端插入流化颗粒内引出和传导有机物降解产生的电子，膜式结构的阴极采用载铂碳纸膜结构，阳电极和阴极之间通过质子交换膜分隔，石墨碳棒质的阳电极另一端和载铂碳纸膜结构阴极之间通过焊接的导线连接并串联负载和稳压电源相连形成闭合回路；上下顺序排列的测试口位于阳极流化床体外侧壁，用于测定床层压力和流化颗粒流速；污水入口预分布室使菌液分布均匀，实现流化颗粒的充分流化；污水由污水入口依次经过污水入口预分布室和液体分布板进入阳极流化床体内，厌氧污泥混合菌挂膜于流化颗粒上处于流化状态；阳极流化床体顶部设置有密封盖，将阳电极处于密封状态并保持厌氧环境，密封盖下侧制有污水出口；阳电极与阴极之间距离为１０ｍｍ－２０ｍｍ并串联电阻箱，使用稳压电源在电路上实现外加电压，以克服阴极的催化电势；有机玻璃质的阳极流化床体侧壁中下部上下排列结构等间距制有２－１０个测试口，以测试床层压力和颗粒流速；阴极室与阳极流化床体之间法兰式连接，其靠近阴极室侧制有载铂碳纸膜式的阴极；阴极室的顶部侧壁上制有气体收集出口。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王许云，郭庆杰，赵书菊，岳学海，孔维芳，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：95
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