CN104466216A - 一种堆栈折流式微生物燃料电池及使用其处理废水实现零耗能的方法 - Google Patents

Abstract

一种堆栈折流式微生物燃料电池及使用其处理废水实现零耗能的方法，它涉及一种微生物燃料电池及处理废水的方法。本发明的目的是要解决现有处理废水的装置耗能巨大，不能有效回收能量及处理后的废水不达标的问题。一种堆栈折流式微生物燃料电池包括敞口反应箱体、生物燃料电池、进水口、出水口、插口、取水口、储水箱、水泵、高位水槽、液体流量计和密封盖板；处理废水的方法：废水通过水泵的抽提由储水箱进入高位水槽，高位水槽中的废水在重力作用下流入堆栈折流式微生物燃料电池的进水口，液体流量计控制废水进入到进水口的流速，废水通过附着在多个碳纤维刷阳极上的微生物进行降解。本发明可获得一种堆栈折流式微生物燃料电池，并实现啤酒废水处理的零能耗。

Description

一种堆栈折流式微生物燃料电池及使用其处理废水实现零耗能的方法

技术领域

本发明涉及一种微生物燃料电池及处理废水的方法。

背景技术

全世界每年均会产生大量的废水，以啤酒废水为例进行说明：以生产每吨啤酒排放20m³废水计算，我国啤酒工业排放的废水量每年达4亿m³。啤酒废水主要由浸麦水、糖化排出的洗槽水、酿造洗罐水、包装洗瓶水和麦汁过滤冷却水组成。啤酒废水排放水量较大，富含淀粉、蛋白质、糖类等的中等浓度的有机废水，其生化性较好。COD一般在2000～4000mg/L，若直接排放到周边水体中，会对环境造成巨大的污染。目前，国内外啤酒废水的处理工艺，都是以生化法为中心的处理系统。与普通物化法、化学法相比较，生化处理法具有处理工艺成熟、处理效率高、处理成本低等优点。因此在啤酒废水的处理工艺中，生化处理得到了广泛的应用。随着科学技术的发展，人们在实际处理过程中对生物处理法、生物膜法、活性污泥法、好氧法、厌氧法、厌氧-好氧相结合法以及接触氧化法等各处理方法进行优化组合，以达到对啤酒废水的最佳处理效果。目前厌氧与好氧工艺在啤酒废水处理上的运用较为广泛。但是传统的方式处理啤酒废水能耗是极其巨大的，故啤酒废水的低能耗处理是一个亟待解决的问题，这对促进啤酒产业持续、快速、健康的发展都具有极其重要的意义。

微生物电化学系统是一种可利用微生物的催化作用，将有机物中的化学能转化为电能的装置。它在各种生活和工业污水的处理，能量回收等方面具有独特的优势，因而在环境、能源及废水处理领域受到了广泛的关注，并为啤酒废水的处理提供了一条新的思路。研究发现啤酒废水中的有机物含有大量的能量，远大于处理这些污水所需电能。目前已经有很多利用微生物燃料电池技术处理啤酒废水的实例，这些反应器的反应机理都是相同的：啤酒废水中的淀粉、蛋白质、糖类在阳极发生氧化反应，生成二氧化碳和电子，产生的电子从阳极通过外电路传递到阴极，并在阴极与扩散进的氧气发生还原反应生成水。与传统的反应器相比，微生物燃料电池反应器处理啤酒废水的时候即实现了电能的产生又去除了废水中的有机物，使得废水达标排放。且在微生物电化学处理啤酒废水的过程中，产生的污泥量较传统的生物厌氧以及好氧反应器少，因此大大减少了污泥的处理和处置所消耗的能源和资源，环境亲和力更强。尽管微生物燃料电池处理啤酒废水的系统经过不断的优化和改进，已经克服了很多的问题，例如从最初的利用立方体反应器研究温度对反应器性能的影响到现在较大的升级反应器研究啤酒废水的高效快速处理，系统的输出功率不断提高、有机物处理负荷及SS等去除效率明显提高。但从目前的反应器设计与大型化应用角度来看，还存在以下几个问题：a.微生物燃料电池处理啤酒废水的时候多用电阻与反应器相连的方式回收能量，这种方式回收的能量都是以热能的形式散发掉，并没有真正地将回收的能量用于废水处理中水力提升或曝气所需的能耗，这有悖于微生物电化学系统回收能量的初衷；b.使用微生物燃料电池技术处理啤酒废水时，反应器的体积偏小，多为毫升或升级，这对大型化和实用化来说是远远不够的，因此设计一种能够方便大型化和实用化的反应器是及其必要的；c.为了提高系统的功率输出，阴极多采用铂碳阴极，这不仅提高了反应器的构建成本，更限制了其大型化和实用化的可能性，采用成本低廉性能优异的阴极迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是要解决现有处理废水的装置耗能巨大，不能有效回收能量及处理后的废水不达标的问题，而提供一种堆栈折流式微生物燃料电池及使用其处理废水实现零耗能的方法。

一种堆栈折流式微生物燃料电池包括敞口反应箱体、第一微生物燃料电池、第二微生物燃料电池、第三微生物燃料电池、第四微生物燃料电池、第五微生物燃料电池、进水口、出水口、第一插口、第二插口、第三插口、第四插口、第五插口、第一取水口、第二取水口、第三取水口、第四取水口、第五取水口、第六取水口、第七取水口、第八取水口、第九取水口、第十取水口、第十一取水口、储水箱、水泵、高位水槽、液体流量计和密封盖板；

所述的敞口反应箱体的左侧壁上设有进水口、右侧壁上设有出水口和第七取水口，前侧壁上设有第一取水口、第二取水口、第三取水口、第四取水口、第五取水口和第六取水口，后侧壁上设有第八取水口、第九取水口、第十取水口和第十一取水口；

所述的微生物燃料电池包括两片辊压阴极、多个碳纤维刷阳极、U形隔板、左固定框、右固定框、左支撑板、右支撑板和玻璃纤维膜；U形隔板置于左固定框和右固定框之间，在U形隔板与左固定框和右固定框之间分别夹有辊压阴极，辊压阴极与左固定框和右固定框之间分别设有玻璃纤维膜，在左固定框的上边沿设置有左支撑板，在右固定框的上边沿设置有右支撑板，在左支撑板和右支撑板上分别开有多个阳极孔，每个碳纤维刷阳极的尾部穿过阳极孔插入到微生物燃料电池的底部，左支撑板上的多个碳纤维刷阳极形成一组，每个碳纤维刷阳极通过钛丝串联，碳纤维刷阳极与辊压阴极之间形成供电回路；右支撑板上的多个碳纤维刷阳极形成一组，每个碳纤维刷阳极通过钛丝串联，碳纤维刷阳极与辊压阴极之间形成供电回路；

所述的密封盖板上设有第一插口、第二插口、第三插口、第四插口和第五插口；密封盖板覆盖在敞口反应箱体的上方，第一微生物燃料电池、第二微生物燃料电池、第三微生物燃料电池、第四微生物燃料电池和第五微生物燃料电池分别通过密封盖板上的第一插口、第二插口、第三插口、第四插口和第五插口插入到敞口反应箱体内部，左支撑板和右支撑板搭放在密封盖板上；储水箱通过水泵与高位水槽相连通，高位水槽通过液体流量计与进水口相连通。

利用一种堆栈折流式微生物燃料电池处理废水实现零耗能的方法，具体是按以下步骤完成的：

废水通过水泵的抽提由储水箱进入高位水槽，高位水槽中的废水在重力作用下流入堆栈折流式微生物燃料电池的进水口，液体流量计控制废水进入到进水口的流速，废水通过附着在多个碳纤维刷阳极上的微生物进行降解，得到净化后的出水经过出水口流出。

本发明的优点：

一、以往在利用微生物燃料电池技术处理实际废水的研究中，通常使用的是毫升大小的反应器来研究废水的物理指标或化学指标对其产电性能的研究；很少有微生物燃料电池反应器能够做到100L左右来处理实际的废水，在毫升大小的反应器内实际废水的处理过程和在大的反应器中实际废水的处理过程有着很大不同：表现在反应器的密封状态，有效微生物附着量，反应器的启动和运行等。本发明首次使用100L微生物燃料电池系统处理实际的啤酒废水，在出水水质方面取得了良好的效果；使用本发明堆栈折流式微生物燃料电池处理后的出水中TCOD的去除率为87％～88％，SCOD的去除率为86％～87％，SS的去除率为86％～87％，TOC的去除率为86％～87％；

二、利用微生物燃料电池技术处理实际废水时通常使用电阻来测定电池的产电的性能，电能是通过电阻放热的形式得到散发的，这就造成了电池产电的浪费；本发明第一次实现了微生物燃料电池处理实际废水时产能的原位利用，啤酒废水中有机物氧化释放的化学能通过微生物燃料电池以电能的形式得到释放，经过电容电路得到回收，经过电能的分配给用电器；

三、利用折流式反应器构造，使啤酒废水在反应器内部得到最大程度的停留，使得碳纤维刷上的微生物能够有效地氧化废水中的有机物；

四、本发明中微生物燃料电池的设计和使用能够使得系统在废水处理效能方面大大增强，采用微生物燃料电池插入的方式使得本发明的堆栈折流式微生物燃料电池的放大更为简单易行；本发明处理实际啤酒废水时候采用价格低廉的不锈钢网辊压阴极以提高系统的能量输出，增大其大型化应用的可能性；

五、本发明采用折流式的堆栈方式能够最大程度的使啤酒废水接触有效地微生物附着区，在较小的水力停留时间内获得最大的处理效果；

六、本发明堆栈折流式微生物燃料电池中采用多个微生物燃料电池的设计使得系统的抗浓度冲击，抗水力冲击，抗负荷冲击能力加强；系统运行的稳定性增强；

七、相比于传统的用电阻来收集能量的方式，本发明第一次将微生物燃料电池产生的电能原位利用在实际废水处理上，实现了废水处理过的零能耗。

本发明可获得一种堆栈折流式微生物燃料电池，并实现啤酒废水处理的零能耗。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的堆栈折流式微生物燃料电池中辊压阴极、U形隔板和固定框的装配结构示意图；

图2为具体实施方式一所述的微生物燃料电池的结构示意图；

图3为具体实施方式一所述的密封盖板的结构示意图；

图4为具体实施方式一所述的敞口反应箱体的结构示意图；

图5为具体实施方式一所述的堆栈折流式微生物燃料电池的结构示意图；

图6为使用试验一堆栈折流式微生物燃料电池处理原水啤酒废水的污染物去除量的柱状图；

图7为使用试验一堆栈折流式微生物燃料电池处理稀释4倍后的原水啤酒废水的污染物去除量的柱状图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种堆栈折流式微生物燃料电池包括敞口反应箱体1、第一微生物燃料电池3、第二微生物燃料电池5、第三微生物燃料电池7、第四微生物燃料电池9、第五微生物燃料电池11、进水口2、出水口14、第一插口17、第二插口18、第三插口19、第四插口20、第五插口21、第一取水口4、第二取水口6、第三取水口8、第四取水口10、第五取水口12、第六取水口13、第七取水口15、第八取水口22、第九取水口23、第十取水口24、第十一取水口25、储水箱34、水泵35、高位水槽36、液体流量计37和密封盖板16；

所述的敞口反应箱体1的左侧壁上设有进水口2、右侧壁上设有出水口14和第七取水口15，前侧壁上设有第一取水口4、第二取水口6、第三取水口8、第四取水口10、第五取水口12和第六取水口13，后侧壁上设有第八取水口22、第九取水口23、第十取水口24和第十一取水口25；

所述的微生物燃料电池包括两片辊压阴极26、多个碳纤维刷阳极27、U形隔板33、左固定框29、右固定框30、左支撑板29-1、右支撑板30-1和玻璃纤维膜28；U形隔板33置于左固定框29和右固定框30之间，在U形隔板33与左固定框29和右固定框30之间分别夹有辊压阴极26，辊压阴极26与左固定框29和右固定框30之间分别设有玻璃纤维膜28，在左固定框29的上边沿设置有左支撑板29-1，在右固定框30的上边沿设置有右支撑板30-1，在左支撑板29-1和右支撑板30-1上分别开有多个阳极孔，每个碳纤维刷阳极27的尾部穿过阳极孔插入到微生物燃料电池的底部，左支撑板29-1上的多个碳纤维刷阳极27形成一组，每个碳纤维刷阳极27通过钛丝32串联，碳纤维刷阳极27与辊压阴极26之间形成供电回路；右支撑板30-1上的多个碳纤维刷阳极27形成一组，每个碳纤维刷阳极27通过钛丝32串联，碳纤维刷阳极27与辊压阴极26之间形成供电回路；

所述的密封盖板16上设有第一插口17、第二插口18、第三插口19、第四插口20和第五插口21；密封盖板16覆盖在敞口反应箱体1的上方，第一微生物燃料电池3、第二微生物燃料电池5、第三微生物燃料电池7、第四微生物燃料电池9和第五微生物燃料电池11分别通过密封盖板16上的第一插口17、第二插口18、第三插口19、第四插口20和第五插口21插入到敞口反应箱体1内部，左支撑板29-1和右支撑板30-1搭放在密封盖板16上；储水箱34通过水泵35与高位水槽36相连通，高位水槽36通过液体流量计37与进水口2相连通。

图1为具体实施方式一所述的堆栈折流式微生物燃料电池中辊压阴极、U形隔板和固定框的装配结构示意图；图1中26为辊压阴极，28为玻璃纤维膜，29为左固定框、30为右固定框、29-1为左支撑板、30-1为右支撑板，33为U形隔板；

图2为具体实施方式一所述的微生物燃料电池的结构示意图；图2中27为碳纤维刷阳极，32为钛丝；

图3为具体实施方式一所述的密封盖板的结构示意图；图3中16为密封盖板，17为第一插口，18为第二插口，19为第三插口，20为第四插口，21为第五插口；

图4为具体实施方式一所述的敞口反应箱体的结构示意图；图4中2为进水口，4为第一取水口，6为第二取水口，8为第三取水口，10为第四取水口，12为第五取水口，13为第六取水口，14为出水口，15为第七取水口，22为第八取水口，23为第九取水口，24为第十取水口，25为第十一取水口；

图5为具体实施方式一所述的堆栈折流式微生物燃料电池的结构示意图；1为敞口反应箱体，2为进水口，4为第一取水口，6为第二取水口，8为第三取水口，10为第四取水口，12为第五取水口，13为第六取水口，14为出水口，15为第七取水口，3为第一微生物燃料电池，5为第二微生物燃料电池，7为第三微生物燃料电池，9为第四微生物燃料电池，11为第五微生物燃料电池，34为储水箱，35为水泵，36为高位水槽，37为液体流量计。

本实施方式中第一微生物燃料电池3、第二微生物燃料电池5、第三微生物燃料电池7、第四微生物燃料电池9和第五微生物燃料电池11分别通过密封盖板16上的第一插口17、第二插口18、第三插口19、第四插口20和第五插口21插入到敞口反应箱体1内部，微生物燃料电池的下端直接与插口的上端接触，便于堆栈折流式微生物燃料电池的装配，检修和插卸，同时多个微生物燃料电池的使用能够使整个系统的运行更加稳定，抗冲击负荷能力增强，不会因为废水的水质的变化而导致系统的崩溃；此外，多个微生物燃料电池的使用能够有效的保证整个系统的效果，不会因为某个微生物燃料电池的损坏而导致整个水处理效果的突变；

本实施方式辊压阴极26与左固定框29和右固定框30之间分别设有玻璃纤维膜28，减少阴阳极的间距，降低了电池的内阻，最大程度减少了微生物燃料电池的体积，使得堆栈密度大大增加，从而增加了堆栈折流式微生物燃料电池的整体功率输出，加速水处理速度，提高出水水质。

本实施方式的优点：

一、以往在利用微生物燃料电池技术处理实际废水的研究中，通常使用的是毫升大小的反应器来研究废水的物理指标或化学指标对其产电性能的研究；很少有微生物燃料电池反应器能够做到100L左右来处理实际的废水，在毫升大小的反应器内实际废水的处理过程和在大的反应器中实际废水的处理过程有着很大不同：表现在反应器的密封状态，有效微生物附着量，反应器的启动和运行等。本实施方式首次使用100L微生物燃料电池系统处理实际的啤酒废水，在出水水质方面取得了良好的效果；使用本实施方式堆栈折流式微生物燃料电池处理后的出水中TCOD的去除率为87％～88％，SCOD的去除率为86％～87％，SS的去除率为86％～87％，TOC的去除率为86％～87％；

二、利用微生物燃料电池技术处理实际废水时通常使用电阻来测定电池的产电的性能，电能是通过电阻放热的形式得到散发的，这就造成了电池产电的浪费；本实施方式第一次实现了微生物燃料电池处理实际废水时产能的原位利用，啤酒废水中有机物氧化释放的化学能通过微生物燃料电池以电能的形式得到释放，经过电容电路得到回收，经过电能的分配给用电器；

三、利用折流式反应器构造，使啤酒废水在反应器内部得到最大程度的停留，使得碳纤维刷上的微生物能够有效地氧化废水中的有机物；

四、本实施方式明中微生物燃料电池的设计和使用能够使得系统在废水处理效能方面大大增强，采用微生物燃料电池插入的方式使得本发明的堆栈折流式微生物燃料电池的放大更为简单易行；本实施方式处理实际啤酒废水时候采用价格低廉的不锈钢网辊压阴极以提高系统的能量输出，增大其大型化应用的可能性；

五、本实施方式采用折流式的堆栈方式能够最大程度的使啤酒废水接触有效地微生物附着区，在较小的水力停留时间内获得最大的处理效果；

六、本实施方式堆栈折流式微生物燃料电池中采用多个微生物燃料电池的设计使得系统的抗浓度冲击，抗水力冲击，抗负荷冲击能力加强；系统运行的稳定性增强；

七、相比于传统的用电阻来收集能量的方式，本实施方式第一次将微生物燃料电池产生的电能原位利用在实际废水处理上，实现了废水处理过的零能耗。

本实施方式可获得一种堆栈折流式微生物燃料电池，并实现啤酒废水处理的零能耗。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的U形隔板33的厚度可调节，厚度为0.8cm～1.2cm。其他与具体实施方式一相同。

U形隔板33置于微生物燃料电池中的两个电池中间，形成不同体积的空气腔，调节U形隔板33的厚度，使氧气浓度不会对阴极消耗电子的反应构成限制。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：所述的第一微生物燃料电池3设置在敞口反应箱体1内部的第一取水口4和第二取水口6之间；第三微生物燃料电池7设置在敞口反应箱体1内部的第三取水口8和第四取水口10之间；第五微生物燃料电池11设置在敞口反应箱体1内部的第五取水口12和第六取水口13之间；第二微生物燃料电池5设置在敞口反应箱体1内部的第八取水口22和第九取水口23之间；第四微生物燃料电池9设置在敞口反应箱体1内部的第十取水口24和第十一取水口25之间。其他与具体实施方式一或二相同。

本实施方式可以表明敞口反应箱体1中的水流方向上有机物的去除趋势。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：所述的第一取水口4、第二取水口6、第三取水口8、第四取水口10、第五取水口12和第六取水口13处分别设置回流，将敞口反应箱体1内的沿程出水通过进水口2回流到敞口反应箱体1内；或者在第八取水口22、第九取水口23、第十取水口24和第十一取水口25处分别设置回流，将敞口反应箱体1内的沿程出水通过进水口2回流到敞口反应箱体1内。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点是：所述的在第七取水口15设置回流，将处理后的出水通过进水口2回流到敞口反应箱体1内再次进行处理。其他与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式是利用一种堆栈折流式微生物燃料电池处理废水实现零耗能的方法，具体是按以下步骤完成的：

废水通过水泵35的抽提由储水箱34进入高位水槽36，高位水槽36中的废水在重力作用下流入堆栈折流式微生物燃料电池的进水口2，液体流量计37控制废水进入到进水口2的流速，废水通过附着在多个碳纤维刷阳极27上的微生物进行降解，得到净化后的出水经过出水口14流出。

本实施方式的优点：

一、以往在利用微生物燃料电池技术处理实际废水的研究中，通常使用的是毫升大小的反应器来研究废水的物理指标或化学指标对其产电性能的研究；很少有微生物燃料电池反应器能够做到100L左右来处理实际的废水，在毫升大小的反应器内实际废水的处理过程和在大的反应器中实际废水的处理过程有着很大不同：表现在反应器的密封状态，有效微生物附着量，反应器的启动和运行等。本实施方式首次使用100L微生物燃料电池系统处理实际的啤酒废水，在出水水质方面取得了良好的效果；使用本实施方式堆栈折流式微生物燃料电池处理后的出水中TCOD的去除率为87％～88％，SCOD的去除率为86％～87％，SS的去除率为86％～87％，TOC的去除率为86％～87％；

二、利用微生物燃料电池技术处理实际废水时通常使用电阻来测定电池的产电的性能，电能是通过电阻放热的形式得到散发的，这就造成了电池产电的浪费；本实施方式第一次实现了微生物燃料电池处理实际废水时产能的原位利用，啤酒废水中有机物氧化释放的化学能通过微生物燃料电池以电能的形式得到释放，经过电容电路得到回收，经过电能的分配给用电器；

三、利用折流式反应器构造，使啤酒废水在反应器内部得到最大程度的停留，使得碳纤维刷上的微生物能够有效地氧化废水中的有机物；

四、本实施方式明中微生物燃料电池的设计和使用能够使得系统在废水处理效能方面大大增强，采用微生物燃料电池插入的方式使得本发明的堆栈折流式微生物燃料电池的放大更为简单易行；本实施方式处理实际啤酒废水时候采用价格低廉的不锈钢网辊压阴极以提高系统的能量输出，增大其大型化应用的可能性；

五、本实施方式采用折流式的堆栈方式能够最大程度的使啤酒废水接触有效地微生物附着区，在较小的水力停留时间内获得最大的处理效果；

六、本实施方式堆栈折流式微生物燃料电池中采用多个微生物燃料电池的设计使得系统的抗浓度冲击，抗水力冲击，抗负荷冲击能力加强；系统运行的稳定性增强；

七、相比于传统的用电阻来收集能量的方式，本实施方式第一次将微生物燃料电池产生的电能原位利用在实际废水处理上，实现了废水处理过的零能耗。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：所述的堆栈折流式微生物燃料电池中的啤酒废水的水力停留时间为6天。其他与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七的不同点是：所述的辊压阴极26与碳纤维刷阳极27之间形成水泵35的回路。其他与具体实施方式六或七相同。

本实施方式在高位水槽36中安装有水位开关，当高位水槽36中的水位低于设定值1mm的时候，电容电路接通水泵35，水泵35工作；当高位水槽36中的水位高于设定值1mm的时候，电容电路接通进电阻，堆栈折流式微生物燃料电池产生的电能通过电阻以热能的形式释放。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八的不同点是：所述的第一微生物燃料电池3、第二微生物燃料电池5、第三微生物燃料电池7、第四微生物燃料电池9和第五微生物燃料电池11分别并联向五个电容电路充电，充电时两个微生物燃料电池并联向电容电路充电；电容电路分为16组，每组2个电容并联连接，充电时16组电容并联，放电时16组电容串联连接，充电时间4分钟，放电时间1分钟。其他与具体实施方式六至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九的不同点是：所述的废水为葡萄糖废水、啤酒废水、印染废水、食品废水、制药废水、造纸废水或含有秸秆发酵产酒精副产物的废水。其他与具体实施方式六至九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式六至十的不同点是：敞口反应箱体1内的微生物燃料电池的个数为6个～10个。其他与具体实施方式六至十相同。

本实施方式增加了微生物燃料电池的个数，增大了有效的微生物富集量，增加了废水中的有机物与微生物的接触时间，有效地减少了废水在堆栈折流式微生物燃料电池中的停留时间，同时提高了出水水质，且水利停留时间减少了12h～24h。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式六至十一的不同点是：所述的两片辊压阴极26、U形隔板33、左固定框29、右固定框30和是通过螺钉固定在一起的。多个碳纤维刷阳极27固定于左支撑板29-1及右支撑板30-1上，玻璃纤维膜28置于两片辊压阴极26与碳纤维刷阳极27之间。其他与具体实施方式六至十一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式六至十二的不同是：所述的废水为啤酒废水，采用原水进水的方式，啤酒废水的成分为pH为6.8±0.2、TCOD为3321±158mg/L、SCOD为2573±144mg/L、SS为660±53mg/L、TOC为898±32mg/L。其他与具体实施方式六至十二相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式六至十三的不同点是：所述的废水为啤酒废水，对原啤酒废水进行稀释4倍后进水。其他与具体实施方式六至十三相同。

采用以下试验验证本发明的有益效果：

试验一：一种堆栈折流式微生物燃料电池包括敞口反应箱体1、第一微生物燃料电池3、第二微生物燃料电池5、第三微生物燃料电池7、第四微生物燃料电池9、第五微生物燃料电池11、进水口2、出水口14、第一插口17、第二插口18、第三插口19、第四插口20、第五插口21、第一取水口4、第二取水口6、第三取水口8、第四取水口10、第五取水口12、第六取水口13、第七取水口15、第八取水口22、第九取水口23、第十取水口24、第十一取水口25、储水箱34、水泵35、高位水槽36、液体流量计37和密封盖板16；

所述的敞口反应箱体1的左侧壁上设有进水口2、右侧壁上设有出水口14和第七取水口15，前侧壁上设有第一取水口4、第二取水口6、第三取水口8、第四取水口10、第五取水口12和第六取水口13，后侧壁上设有第八取水口22、第九取水口23、第十取水口24和第十一取水口25；

所述的微生物燃料电池包括两片辊压阴极26、多个碳纤维刷阳极27、U形隔板33、左固定框29、右固定框30、左支撑板29-1、右支撑板30-1和玻璃纤维膜28；U形隔板33置于左固定框29和右固定框30之间，在U形隔板33与左固定框29和右固定框30之间分别夹有辊压阴极26，辊压阴极26与左固定框29和右固定框30之间分别设有玻璃纤维膜28，在左固定框29的上边沿设置有左支撑板29-1，在右固定框30的上边沿设置有右支撑板30-1，在左支撑板29-1和右支撑板30-1上分别开有多个阳极孔，每个碳纤维刷阳极27的尾部穿过阳极孔插入到微生物燃料电池的底部，左支撑板29-1上的多个碳纤维刷阳极27形成一组，每个碳纤维刷阳极27通过钛丝32串联，碳纤维刷阳极27与辊压阴极26之间形成供电回路；右支撑板30-1上的多个碳纤维刷阳极27形成一组，每个碳纤维刷阳极27通过钛丝32串联，碳纤维刷阳极27与辊压阴极26之间形成供电回路；

所述的密封盖板16上设有第一插口17、第二插口18、第三插口19、第四插口20和第五插口21；密封盖板16覆盖在敞口反应箱体1的上方，第一微生物燃料电池3、第二微生物燃料电池5、第三微生物燃料电池7、第四微生物燃料电池9和第五微生物燃料电池11分别通过密封盖板16上的第一插口17、第二插口18、第三插口19、第四插口20和第五插口21插入到敞口反应箱体1内部，左支撑板29-1和右支撑板30-1搭放在密封盖板16上；储水箱34通过水泵35与高位水槽36相连通，高位水槽36通过液体流量计37与进水口2相连通。

所述的两片辊压阴极26、U形隔板33、左固定框29、右固定框30和是通过螺钉固定在一起的；多个碳纤维刷阳极27固定于左支撑板29-1及右支撑板30-1上，玻璃纤维膜28置于两片辊压阴极26与碳纤维刷阳极27之间；所述的U形隔板33的厚度可调节，厚度为1cm；

所述的辊压阴极26与碳纤维刷阳极27之间形成水泵35的回路；

所述的高位水槽36中安装有水位开关，当高位水槽36中的水位低于设定值1mm的时候，电容电路接通水泵35，水泵35工作；当高位水槽36中的水位高于设定值1mm的时候，电容电路接通进电阻，堆栈折流式微生物燃料电池产生的电能通过电阻以热能的形式释放；

所述的第一微生物燃料电池3、第二微生物燃料电池5、第三微生物燃料电池7、第四微生物燃料电池9和第五微生物燃料电池11分别并联向五个电容电路充电，充电时两个微生物燃料电池并联向电容电路充电；电容电路分为16组，每组2个电容并联连接，充电时16组电容并联，放电时16组电容串联连接，充电时间4分钟，放电时间1分钟。其他与具体实施方式六至八相同；

利用一种堆栈折流式微生物燃料电池处理废水实现零耗能的方法，具体是按以下步骤完成的：

废水通过水泵35的抽提由储水箱34进入高位水槽36，高位水槽36中的废水在重力作用下流入堆栈折流式微生物燃料电池的进水口2，液体流量计37控制废水进入到进水口2的流速，废水通过附着在多个碳纤维刷阳极27上的微生物进行降解，得到净化后的出水经过出水口14流出；

所述的废水为原水啤酒废水，原水啤酒废水的成分为pH为6.8±0.2、TCOD为3321±158mg/L、SCOD为2573±144mg/L、SS为660±53mg/L、TOC为898±32mg/L；

所述的水力停留时间为6天。

图6为使用试验一堆栈折流式微生物燃料电池处理原水啤酒废水的污染物去除量的柱状图；从图6可以看出，TOD的去除量为87.6％，SCOD的去除量为86.6％，SS的去除量为86.4％，TOC的去除量为86％。

将原水啤酒废水进行稀释4倍后，使用试验一堆栈折流式微生物燃料电池进行处理，如图7所示，图7为使用试验一堆栈折流式微生物燃料电池处理稀释4倍后的原水啤酒废水的污染物去除量的柱状图；从图7可以看出，TCOD的去除量为84.7％，SCOD的去除量为82.6％，SS的去除量为81.7％，TOC的去除量为84.5％。

Claims (10)

1.一种堆栈折流式微生物燃料电池，其特征在于一种堆栈折流式微生物燃料电池包括敞口反应箱体(1)、第一微生物燃料电池(3)、第二微生物燃料电池(5)、第三微生物燃料电池(7)、第四微生物燃料电池(9)、第五微生物燃料电池(11)、进水口(2)、出水口(14)、第一插口(17)、第二插口(18)、第三插口(19)、第四插口(20)、第五插口(21)、第一取水口(4)、第二取水口(6)、第三取水口(8)、第四取水口(10)、第五取水口(12)、第六取水口(13)、第七取水口(15)、第八取水口(22)、第九取水口(23)、第十取水口(24)、第十一取水口(25)、储水箱(34)、水泵(35)、高位水槽(36)、液体流量计(37)和密封盖板(16)；

所述的敞口反应箱体(1)的左侧壁上设有进水口(2)、右侧壁上设有出水口(14)和第七取水口(15)，前侧壁上设有第一取水口(4)、第二取水口(6)、第三取水口(8)、第四取水口(10)、第五取水口(12)和第六取水口(13)，后侧壁上设有第八取水口(22)、第九取水口(23)、第十取水口(24)和第十一取水口(25)；

所述的微生物燃料电池包括两片辊压阴极(26)、多个碳纤维刷阳极(27)、U形隔板(33)、左固定框(29)、右固定框(30)、左支撑板(29-1)、右支撑板(30-1)和玻璃纤维膜(28)；U形隔板(33)置于左固定框(29)和右固定框(30)之间，在U形隔板(33)与左固定框(29)和右固定框(30)之间分别夹有辊压阴极(26)，辊压阴极(26)与左固定框(29)和右固定框(30)之间分别设有玻璃纤维膜(28)，在左固定框(29)的上边沿设置有左支撑板(29-1)，在右固定框(30)的上边沿设置有右支撑板(30-1)，在左支撑板(29-1)和右支撑板(30-1)上分别开有多个阳极孔，每个碳纤维刷阳极(27)的尾部穿过阳极孔插入到微生物燃料电池的底部，左支撑板(29-1)上的多个碳纤维刷阳极(27)形成一组，每个碳纤维刷阳极(27)通过钛丝(32)串联，碳纤维刷阳极(27)与辊压阴极(26)之间形成供电回路；右支撑板(30-1)上的多个碳纤维刷阳极(27)形成一组，每个碳纤维刷阳极(27)通过钛丝(32)串联，碳纤维刷阳极(27)与辊压阴极(26)之间形成供电回路；

所述的密封盖板(16)上设有第一插口(17)、第二插口(18)、第三插口(19)、第四插口(20)和第五插口(21)；密封盖板(16)覆盖在敞口反应箱体(1)的上方，第一微生物燃料电池(3)、第二微生物燃料电池(5)、第三微生物燃料电池(7)、第四微生物燃料电池(9)和第五微生物燃料电池(11)分别通过密封盖板(16)上的第一插口(17)、第二插口(18)、第三插口(19)、第四插口(20)和第五插口(21)插入到敞口反应箱体(1)内部，左支撑板(29-1)和右支撑板(30-1)搭放在密封盖板(16)上；储水箱(34) 通过水泵(35)与高位水槽(36)相连通，高位水槽(36)通过液体流量计(37)与进水口(2)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种堆栈折流式微生物燃料电池，其特征在于所述的U形隔板(33)的厚度可调节，厚度为0.8cm～1.2cm。

3.根据权利要求1所述的一种堆栈折流式微生物燃料电池，其特征在于所述的第一微生物燃料电池(3)设置在敞口反应箱体(1)内部的第一取水口(4)和第二取水口(6)之间；第三微生物燃料电池(7)设置在敞口反应箱体(1)内部的第三取水口(8)和第四取水口(10)之间；第五微生物燃料电池(11)设置在敞口反应箱体(1)内部的第五取水口(12)和第六取水口(13)之间；第二微生物燃料电池(5)设置在敞口反应箱体(1)内部的第八取水口(22)和第九取水口(23)之间；第四微生物燃料电池(9)设置在敞口反应箱体(1)内部的第十取水口(24)和第十一取水口(25)之间。

4.根据权利要求1所述的一种堆栈折流式微生物燃料电池，其特征在于所述的在第一取水口(4)、第二取水口(6)、第三取水口(8)、第四取水口(10)、第五取水口(12)和第六取水口(13)处分别设置回流，将敞口反应箱体(1)内的沿程出水通过进水口(2)回流到敞口反应箱体(1)内；或者在第八取水口(22)、第九取水口(23)、第十取水口(24)和第十一取水口(25)处分别设置回流，将敞口反应箱体(1)内的沿程出水通过进水口(2)回流到敞口反应箱体(1)内。

5.根据权利要求1所述的一种堆栈折流式微生物燃料电池，其特征在于所述的在第七取水口(15)设置回流，将处理后的出水通过进水口(2)回流到敞口反应箱体(1)内再次进行处理。

6.利用权利要求1所述的一种堆栈折流式微生物燃料电池处理废水实现零耗能的方法，其特征在于利用一种堆栈折流式微生物燃料电池处理废水实现零耗能的方法具体是按以下步骤完成的：

废水通过水泵(35)的抽提由储水箱(34)进入高位水槽(36)，高位水槽(36)中的废水在重力作用下流入堆栈折流式微生物燃料电池的进水口(2)，液体流量计(37)控制废水进入到进水口(2)的流速，废水通过附着在多个碳纤维刷阳极(27)上的微生物进行降解，得到净化后的出水经过出水口(14)流出。

7.根据权利要求6所述的利用一种堆栈折流式微生物燃料电池处理废水实现零耗能的方法，其特征在于所述的堆栈折流式微生物燃料电池中的啤酒废水的水力停留时间为6天。

8.根据权利要求6所述的利用一种堆栈折流式微生物燃料电池处理废水实现零耗能的 方法，其特征在于所述的辊压阴极(26)与碳纤维刷阳极(27)之间形成水泵(35)的回路。

9.根据权利要求6所述的利用一种堆栈折流式微生物燃料电池处理废水实现零耗能的方法，其特征在于所述的第一微生物燃料电池(3)、第二微生物燃料电池(5)、第三微生物燃料电池(7)、第四微生物燃料电池(9)和第五微生物燃料电池(11)分别并联向五个电容电路充电，充电时两个微生物燃料电池并联向电容电路充电；电容电路分为16组，每组2个电容并联连接，充电时16组电容并联，放电时16组电容串联连接，充电时间4分钟，放电时间1分钟。

10.根据权利要求6所述的利用一种堆栈折流式微生物燃料电池处理废水实现零耗能的方法，其特征在于所述的废水为葡萄糖废水、啤酒废水、印染废水、食品废水、制药废水、造纸废水或含有秸秆发酵产酒精副产物的废水。