CN214840532U - 一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，涉及技术领域，包括机体，所述机体的上端左侧固定安装有预处理单元，且机体的上端靠近预处理单元的位置处固定安装有储能照明单元，所述机体的四个侧端面上固定安装有太阳能单元，所述机体的内下端分别固定安装有发酵单元和燃料电池单元，且发酵单元分别与预处理单元和燃料电池单元管道连接；本实用新型提供，通过该装置将收集的园林废弃物经粉碎后投入发酵单元进行纤维素降解，待发酵液满足MFC的运行要求后，将其通入燃料电池单元，通过阳极和阴极上发生的化学反应产生电能，发酵产物经检测后可作为固体肥料使用，储能照明单元将白天产生的电能储存起来以供夜晚照明。

Description

一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置

技术领域

本实用新型涉及园林废弃物处理技术领域，尤其涉及一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置。

背景技术

随着“公园城市”和“森林城市”建设的推进，我国城市绿化面积持续增大，随之产生的园林废弃物总量急剧增加。目前园林废弃物的处理方式主要为填埋、焚烧、扔弃和资源化利用四种，尤以填埋和焚烧最为普遍。资源化利用主要包括能源化、材料化、肥料化三种方向。然而由于园林废弃物产量较大，收集、处理及资源化成本较高，尤其是其富含的纤维素等有机物难以直接利用或在自然条件下快速降解，因此目前资源化利用率较低，约10％左右，因此目前亟需一种处理效率高、资源化效果好的新型园林废弃物处理方法。

微生物燃料电池(MFC)是一种以微生物为催化剂，通过有机燃料氧化分解产生化学能进而转变为电能的化学装置，具有操作条件温和、清洁高效等特点，目前MFC主要用于工业废水处理、剩余污泥的资源化利用等领域，而鲜用于园林废弃物领域，基于此，本团队针对园林废弃物现行资源化处理方式效果不佳、以纤维素为代表的有机质难以直接利用等问题，设计了一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明的装置，为园林废弃物的集中处理提供了一种新颖高效的减量化、资源化、无害化、能源化处理途径。

实用新型内容

本实用新型提供一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，解决了园林废弃物现行资源化处理方式效果不佳和以纤维素为代表的有机质难以直接利用等问题的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，包括机体，所述机体的上端左侧固定安装有预处理单元，且机体的上端靠近预处理单元的位置处固定安装有储能照明单元，所述机体的四个侧端面上固定安装有太阳能单元，所述机体的内下端分别固定安装有发酵单元和燃料电池单元，且发酵单元分别与预处理单元和燃料电池单元管道连接。

优选的，所述太阳能单元分别与发酵单元和储能照明单元电性连接，且储能照明单元与发酵单元电性连接。

优选的，所述太阳能单元包括控制器、蓄电池、支撑架和太阳能面板，所述太阳能面板设置有多个，多个所述太阳能面板通过连接的多个支撑架固定安装在机体上，且多个太阳能面板相互串联并与安装有控制器的蓄电池的电性连接，所述蓄电池将多个太阳能面板转化电能储存，所述蓄电池上设置有USB接口。

优选的，所述预处理单元包括封盖、旋转破碎刀和破碎桶，所述破碎桶上端螺纹连接有封盖，且封盖上安装有转把与破碎桶内部的旋转破碎刀活动连接。

优选的，所述发酵单元包括发酵机构和pH检测机构，所述发酵机构通过管道与pH检测机构相连接，且连接管道上安装有电磁阀，所述发酵机构包括入料口、电机、纤维素降解菌输送管、出气管、排渣管、搅拌器和发酵罐，所述发酵罐上端中部固定安装有电机，且电机与发酵罐内部搅拌器轴连接，所述电机与太阳能单元电性相连，所述发酵罐上端左侧靠近电机位置处设置有入料口，且入料口上安装有单项阀并通过管道与破碎桶相连接，所述发酵罐上端右侧靠近电机位置处固定连接有出气管，且出气管上安装有单向阀，所述出气管后方位于发酵罐上端固定连接有纤维素降解菌输送管，且纤维素降解菌输送管上安装有电磁阀与外部装有维素降解菌的储存罐管道连接，所述发酵罐下端固定连接有排渣管，且排渣管上安装有单向阀。

优选的，所述pH检测机构包括添加管、pH测定仪、沉淀罐和输料管，所述沉淀罐上端固定安装有pH测定仪，且pH测定仪贯穿到沉淀罐内部，所述沉淀罐上端靠近pH测定仪位置处固定连接有添加管，且添加管上安装有电磁阀与外部装有碱剂的储存罐管道连接，所述沉淀罐上固定连接有输料管，且输料管上固定安装有单向阀与燃料电池单元管道连接。

优选的，所述燃料电池单元包括阳极室、质子交换膜机构和阴极室，所述阳极室通过管道与阴极室相连接，且两者连接管道上固定安装有质子交换膜机构。

优选的，所述阳极室包括阳极罐、蠕动连接管、出料口、氮气罐、进料口和碳刷，所述阳极罐的外端面上固定连接有出料口和进料口，且进料口通过管道与沉淀罐的输料管相连接，所述阳极罐的内部设置有碳刷，且碳刷连接导线贯穿阳极罐与储能照明单元电性连接，所述阳极罐内部接种有活性污泥，所述阳极罐上端边缘处固定连接有蠕动连接管，且蠕动连接管与外部蠕动泵相连接，所述阳极罐管道连接有氮气罐，且两者连接的管道上安装有稳压阀。

优选的，所述阴极室包括阴极罐、空气连接管和碳粘，所述阴极罐内部设置有碳粘，且碳粘连接导线贯穿阴极罐与储能照明单元电性连接，所述阴极罐上端边缘处固定连接有空气连接管，且空气连接管与外部空气泵相连接，所述阴极罐外端面上设置有出料口和进料口。

优选的，所述储能照明单元包括照明灯、储能电池和升压电路板，所述照明灯与储能电池组成储能模块，且升压电路板与燃料电池单元的电性连接将不稳定电压转化成5V稳定电压，所述升压电路板上设置有USB接口，且通过USB接口与储能电池电性连接充电，所述储能电池采用5V电压充电，通过USB接口输入，以正常的电池的形式输出9V电压，所述照明灯固定安装在机体上，且照明灯与储能电池电性连接。

与相关技术相比较，本实用新型提供的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置具有如下有益效果：

本实用新型提供，通过该装置将收集的园林废弃物经粉碎后投入发酵单元进行纤维素降解，待发酵液满足MFC的运行要求后，将其通入燃料电池单元，通过阳极和阴极上发生的化学反应产生电能，发酵产物经检测后可作为固体肥料使用，储能照明单元将白天产生的电能储存起来以供夜晚照明。

本实用新型提供，通过一体化园林废弃物处理装置将园林废弃物中所含的化学能直接转化为电能，能量利用率高且可用于夜间照明，兼顾“节能”与“减排”，一举多得。

本实用新型提供，太阳能单元可充分利用丰富的太阳能资源，显著改善装置的自供电和产电效果。

本实用新型提供，发酵单元大大加快纤维素等有机质的分解过程，其排出的固体废物可用作园林肥料，提高资源化利用率。

本实用新型提供，储能单元将非稳定低电压转化为稳定通用电压，有利于后续电能的高效使用。

本实用新型提供，利用活性污泥作为产电微生物的来源，提高污泥的资源利用率。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型机体内部结构示意图；

图3为本实用新型太阳能单元结构示意图；

图4为本实用新型预处理单元爆炸结构示意图；

图5为本实用新型发酵单元结构示意图；

图6为本实用新型燃料电池单元结构示意图；

图7为本实用新型储能照明单元结构示意图；

图8为本实用新型整体原理示意图；

图9为本实用新型C.cellulolyticum木质纤维素代谢途径示意图；

图10为本实用新型厌氧发酵四阶段示意图；

图11为本实用新型控制酸碱度C.cellulolyticum暗发酵厌氧处理玉米秸秆降解率表。

图中标号：1、储能照明单元，2、机体，3、太阳能单元，4、预处理单元， 5、发酵单元，6、燃料电池单元，11、照明灯，12、储能电池，13、升压电路板， 31、控制器，32、蓄电池，33、支撑架，34、太阳能面板，41、封盖，42、旋转破碎刀，43、破碎桶，44、转把，51、发酵机构，52、pH检测机构，511、入料口，512、电机，513、纤维素降解菌输送管，514、出气管，515、排渣管，516、搅拌器，517、发酵罐，521、添加管，522、pH测定仪，523、沉淀罐，524、输料管，61、阳极室，62、质子交换膜机构，63、阴极室，611、阳极罐，612、蠕动连接管，613、出料口，614、氮气罐，615、进料口，616、碳刷，631、阴极罐，632、空气连接管，633、碳粘。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一，由图1-8给出，本实用新型包括机体2，机体2的上端左侧固定安装有预处理单元4，且机体2的上端靠近预处理单元4的位置处固定安装有储能照明单元1，机体2的四个侧端面上固定安装有太阳能单元3，机体2的内下端分别固定安装有发酵单元5和燃料电池单元6，且发酵单元5分别与预处理单元4和燃料电池单元6管道连接；太阳能单元3包括控制器31、蓄电池32、支撑架33和太阳能面板34，太阳能面板34设置有多个，多个太阳能面板34通过连接的多个支撑架33固定安装在机体2上，且多个太阳能面板34相互串联并与安装有控制器31的蓄电池32的电性连接，蓄电池32将多个太阳能面板34转化电能储存，蓄电池32上设置有USB接口；预处理单元4包括封盖41、旋转破碎刀42和破碎桶43，破碎桶43上端螺纹连接有封盖41，且封盖41上安装有转把44与破碎桶43内部的旋转破碎刀42活动连接；发酵单元5包括发酵机构51 和pH检测机构52，发酵机构51通过管道与pH检测机构52相连接，且连接管道上安装有单项阀，发酵机构51包括入料口511、电机512、纤维素降解菌输送管513、出气管514、排渣管515、搅拌器516和发酵罐517，发酵罐517上端中部固定安装有电机512，且电机512与发酵罐517内部搅拌器516轴连接，电机 512与太阳能单元3电性相连，发酵罐517上端左侧靠近电机512位置处设置有入料口511，且入料口511上安装有单项阀并通过管道与破碎桶43相连接，发酵罐517上端右侧靠近电机512位置处固定连接有出气管514，且出气管514上安装有单向阀，出气管514后方位于发酵罐517上端固定连接有纤维素降解菌输送管513，且纤维素降解菌输送管513上安装有电磁阀与外部装有维素降解菌的储存罐管道连接，发酵罐517下端固定连接有排渣管515，且排渣管515上安装有单向阀；pH检测机构52包括添加管521、pH测定仪522、沉淀罐523和输料管524，沉淀罐523上端固定安装有pH测定仪522，且pH测定仪522贯穿到沉淀罐523内部，沉淀罐523上端靠近pH测定仪522位置处固定连接有添加管521，且添加管521上安装有电磁阀与外部装有碱剂的储存罐管道连接，沉淀罐523 上固定连接有输料管524，且输料管524上固定安装有单向阀与燃料电池单元6 管道连接；燃料电池单元6包括阳极室61、质子交换膜机构62和阴极室63，阳极室61通过管道与阴极室63相连接，且两者连接管道上固定安装有质子交换膜机构62；阳极室61包括阳极罐611、蠕动连接管612、出料口613、氮气罐614、进料口615和碳刷616，阳极罐611的外端面上固定连接有出料口613和进料口 615，且进料口615通过管道与沉淀罐523的输料管524相连接，阳极罐611的内部设置有碳刷616，且碳刷616连接导线贯穿阳极罐611与储能照明单元1电性连接，阳极罐611内部接种有活性污泥，阳极罐611上端边缘处固定连接有蠕动连接管612，且蠕动连接管612与外部蠕动泵相连接，阳极罐611管道连接有氮气罐614，且两者连接的管道上安装有稳压阀；阴极室63包括阴极罐631、空气连接管632和碳粘633，阴极罐631内部设置有碳粘633，且碳粘633连接导线贯穿阴极罐631与储能照明单元1电性连接，阴极罐631上端边缘处固定连接有空气连接管632，且空气连接管632与外部空气泵相连接，阴极罐631外端面上设置有出料口613和进料口615；储能照明单元1包括照明灯11、储能电池 12和升压电路板13，照明灯11与储能电池12组成储能模块，且升压电路板13 与燃料电池单元6的电性连接将不稳定电压转化成5V稳定电压，升压电路板13 上设置有USB接口，且通过USB接口与储能电池12电性连接充电，储能电池 12采用5V电压充电，通过USB接口输入，以正常的电池的形式输出9V电压，照明灯11固定安装在机体2上，且照明灯11与储能电池12电性连接。

实施例二，在实施例一的基础上，对该装置产生的减排效果分析

减排效果计算如下：

(1)发酵产物计算

园林废弃物干物质中木质素、纤维素、半纤维素的含量分别为25％、40％、 30％；有实验研究用C.cellulolyticum暗发酵厌氧处理玉米秸秆，玉米秸秆木质素含量为21.0±0.1％，纤维素含量为42.7±3.6％，与园林废弃物干组分相似，故以该研究的发酵结果作为参考；

如图9所示，C.cellulolyticum含有纤维小体可直接降解纤维素、半纤维素并产生单糖，通过糖酵解途径生成丙酮酸再转化为乙酸、乳酸和乙醇，并伴随着氢气的产生，此反应过程条件温和，玉米秸秆也无需糖化，可将废弃生物质的能量转化为清洁能源氢气和有机酸，实现能量回收；

在一定范围内，随着底物浓度的增加，其降解率是下降的；由表11可知，当底物浓度为30g/L时，纤维素降解率为39.7±2.9％，纤维二糖平均降解率为 48.1±1.5％，木质素降解率为14.3±0.4％，总降解率为28.4±1.1％；

将底物浓度控制在30g/L，当发酵罐体积为40L时，溶液体积约为30L，底物为900g，即可一次性处理园林废弃物干物质900g，代入园林废弃物含水量，求得一次性可处理园林废弃物1600g，发酵过后剩余底物为664.4±9.9g，可作为固体肥料，其主要成分为不溶于水的纤维素和木质素，少部分废物溶于水流入下一级；

降解玉米秸秆主要有机产物为乙酸、乳酸及少量的乙醇，进入生物燃料电池作为产电底物，根据实验数据可知，一般发酵时长为10天；

综上，一台本装置通过厌氧发酵，一年可产生固体肥料约为23.5kg，生成乙酸、乳酸及少量的乙醇等作为生物燃料电池的底物。

(2)CO₂产量计算

厌氧发酵可以分成四个过程：水解阶段、发酵(或酸化)阶段、产乙酸阶段及产甲烷阶段，本装置的发酵单元5会将发酵过程控制在发酵或产乙酸阶段；

由图10可知，在发酵及产乙酸阶段，会产生VFA以及H₂、NH₄、H₂S、CO₂等少量气体，不同的发酵条件、发酵原料、微生物种类会导致不同产物的出现，且各产物的比例也不尽相同，故在计算整个装置的温室气体排放量时，该部分气体产量忽略不计；

本装置CO₂的排放主要集中在微生物燃料电池单元6的阳极室61，此时发酵单元5产出的含有有机酸的发酵液流入阳极室61，在阳极室61微生物的作用下，发酵液中的小分子有机酸均转化为CO₂并排放到大气中，选择与园林废弃物组成相近的玉米秸秆进行计算，降解160g玉米秸秆主要有机产物为乙酸、乳酸及少量的乙醇，根据实验结果，控制酸碱度pH为中性后乙酸产量为20.04g，乳酸为18.6g，乙醇为5.28g，且微生物燃料电池的综合效率为80％，可大致推算出，1kg园林废弃物通过本装置的处理，产生CO₂的量为56g，一台设备可一次性处理1600g园林废弃物，则一个运行周期内，产生CO2的量为89.6g。

(3)减排计算小结

一台本装置一次性可处理园林废弃物1600g，同时产生固体肥料约650g，厌氧发酵1kg园林废弃物可产生CO2的量为56g；一个运行周期内，一台装置产生CO2的量为89.6g；

目前焚烧1kg园林废弃物将产生约1271.6g的CO2，同时会生成烟尘及二噁英等有害气体，对环境和人体健康造成不良影响，故处理1kg园林废弃物，本装置排放的CO2量约为焚烧方式排放CO2量的6.4％，由此可知，本装置的减排效果较为可观。

实施例三，在实施例一的基础上，对该装置产生的节能效果分析

(1)耗电量计算

①预处理单元4

用粉碎机处理落叶等小型园林废弃物，强度较低，可采用手动装置，无功耗。

②搅拌器516

设计发酵罐517直径D＝32cm，高H＝45cm，工程中常取搅拌器516浆径 d＝0.35D＝11.2cm；发酵液的密度接近水的密度；取发酵液的粘度为2×10^-3Pas；

搅拌反应中，发酵罐517内需要达到湍流状态才能保证较好的传热和传质效率；旋涡式搅拌器516的转速一般取；

当n＝100rpm＝1.667rps时，雷诺数

有较好的搅拌效果；

一般对于六叶涡轮推进器，当流动处于湍流状态时，查表可知N_p＝4，则单个搅拌器所需功率为N＝N_pρn³d⁵＝0.327W；

单个搅拌器516功率校正系数为

液柱高度为

溶液体积约为30L。一层搅拌器的功率为P_j＝f_jN＝ 0.335W。三层搅拌器的功率P＝P_j(0.4+0.6m)＝0.737W，m为层数；

则电机512的消耗功率

根据相关资料，取η＝0.85；

发酵周期取10天计算，为尽可能节省电量，并保证有较好的发酵效果，可采用间歇式搅拌，每搅拌一分钟，停止通电五分钟，则一个发酵周期搅拌器516 耗电量为0.035kW·h；

③pH测定仪522

市面上pH测定仪522的功率一般在0.15W以下，采用间歇式监测，使用时长相比处理过程可忽略不计，故耗电量也可忽略不计；

④电磁阀

市面上的电磁阀耗电功率一般15W左右，采用常闭式，在本装置中有三个地方需要使用；菌剂添加电磁阀与碱剂添加控制阀采用小口径电磁阀(4mm)，一个处理周期中使用时间可忽略不计，故耗电量也可忽略不计；发酵液的流通控制阀使用较大孔径电磁阀(40mm)，流量约为1.5L/s，一个处理周期中需处理发酵液30L，控制阀使用时间为20s，耗电量为0.0833×10^-3kW·h；与搅拌器 516耗电率相比也可忽略不计。

⑤电控系统

耗电较少，可忽略不计。

综上，本装置在一个发酵周期内可处理1600g园林废弃物，耗电量为 0.035kW·h，平均每千克耗电量为0.022kW·h。

(2)产电量计算

①燃料电池单元6

谷壳的纤维素、半纤维素和木质素含量分别为21.9％、19.0％、17.8％左右，三种物质的对应含量约为园林废弃物的一半；故参考以谷壳为燃料的微生物燃料电池的实验数据进行产电量的计算，根据换算，每千克谷壳能产生约0.024kW·h 的电能，即每千克园林废弃物约产生0.048kW·h的电能。

②太阳能单元3

设计为装置安装的太阳能面板34，按照现在光伏测试系统常用的条件，效率通常是在AM1.5G的光照下，及地表与太阳光入射方向为45度角时太阳的辐射强度下，测算功率密度为1000W/m²，现在商用的硅基太阳能面板34的效率可以稳定达到15％以上，意味着一平米的太阳能电池板功率大约等于150w，则本装置的太阳能面板34的功率为300W；北京年平均日照时数在2000～2800小时之间，取平均值2400小时；故一台装置的太阳能面板34年产电量为720kW·h。

(3)能量核算

结合以上计算可知，一台装置在一个发酵周期(10天)可处理1.6kg园林废弃物，则一年可处理58.4kg园林废弃物，年产电量为2.80kW·h，年耗电量为 1.28kW·h，太阳能板年产电量为720kW·h，净年产电量为721.52kW·h。可供一台功率为250W的路灯一年照明2886h，平均每天可照明8h；

本装置适合处理零散绿化区域的落叶，可在城市绿化带、学校、社区等区域配备使用，一台装置可处理一亩地的落叶，通过分类计算和园林部门统计获得的单位面积城市绿地的园林废弃物产量的平均值应为1～1.5kg/m²；落叶占园林绿化废弃物比例不到25％，则绿地平均年产落叶量为0.25～0.375kg/m²；目前市区主干道不低于30％，高等院校、地处三环路以内的不低于35％，新建居住区不低于30％；假设绿化用地比例为30％，则一台装置可以处理范围内的落叶，约为一亩地，综上，本装置在“节能”和“减排”两方面均有显著优势。

实施例四，在实施例一的基础上，对该装置应用前景及经济效益分析

(1)应用领域

园林废弃物如落叶的资源化利用，未来还可推广至稻谷壳、牧草、秸秆等纤维素含量较高的农林废弃物的资源化利用，既可应用于城市，又可应用于农村。

(2)应用的程度

目前对于园林废弃物的处理主要是针对园林废弃物本身，而我们的设备聚焦于园林废弃物如落叶之中所含有的可循环再利用的木制纤维素和有机成分，将园林废弃物直接耦合微生物电池产电，进一步通过蓄电池和灯完成电能和光能之间的转化。

(3)可带来的预期效益

一台装置在一个发酵周期(10天)可处理1.6kg园林废弃物，则每台装置的处理规模为160g/天，按一年365天计算，一台装置每年消纳可园林废弃物约 58.4kg,年产电量为2.80kW·h，年耗电量为1.28kW·h，太阳能板年产电量为 720kW·h，净年产电量为721.52kW·h，相比于焚烧的处理方式，可减少温室气体CO₂排放约69.0kg；

2020年，国家林业和草原局资料显示的绿化覆盖率达到41.11％，据统计全国产生的园林废弃物达4000万t左右；如果全部使用该方法处理，可净产生电能49419千万kW·h，相比于焚烧的处理方式可减少CO₂排放474.4亿㎏。

工作原理：

第一步：太阳能单元3：太阳能单元3对本装置的耗电单元进行供能，同时将多余的电能提供给储能照明单元1，从而显著改善装置的自供电和产电效果，多个太阳能面板34收集太阳能，并将其转化成电能储存到带有控制器31的蓄电池32中，装置中的耗电单元多具有低功率长时间的耗电特征，使用蓄电池32 可以较好的为这类单元供电，并从最大程度上避免阴天环境产生的电量不足问题，另外蓄电池32上装有的USB接口可为操作本装置的工作人员提供手机充电等功能，从而实现蓄电池32能量的充分利用；

第二步：预处理单元4：园林废弃物进入到破碎桶43中将封盖41盖起，抓住转把44使力带动旋转破碎刀42高速旋转，高速旋转的刀片会击碎细胞壁并释放其中所含有的细胞液等物质，将园林废弃物处理为符合发酵需求的固液混合物；

第三步：发酵单元5：将入料口511由单向阀控制打开，破碎后固液混合物沿单向阀管道进入发酵罐517(直径D＝32cm，高H＝45cm，容积约40L，溶液体积约30L)中，通过入料口511由单向阀控制，流体只能单向进入，具有良好的密闭性，保证厌氧发酵，储存罐中的纤维素降解菌在电磁阀的控制下，以一定比例从纤维素降解菌输送管513进入到发酵罐517中与预处理流体混合，电机 512通过蓄电池32供电控制搅拌器516运动，促进混合，有利于发酵，预处理流体通过厌氧发酵，控制发酵条件，生成小分子有机酸，发酵产生的气体通过将出气管514的单向阀打开排出，发酵液的COD值达到微生物燃料电池的要求(约 500mg/L)后，将连接管道上的电磁阀通电打开流向沉淀罐523中，积累一段时间后，将发酵罐517排渣口的单向阀打开，废渣从罐体底部排出，沉淀罐523 中通过pH测定仪522测定发酵液，电磁阀控制添加管521打开进行碱剂添加，以调节发酵液的pH，使之达到微生物燃料电池对pH值的要求(约7.2)，之后将输料管524的单向阀打开使发酵液流入燃料电池单元6；

第四步：燃料电池单元6：燃料电池单元6采用双室H型，主体为阳极室 61和阴极室63，阳极室61以碳刷616作为电极材料，阴极室63以碳粘633作为电极材料，阳极室61和阴极室63内部通过质子交换膜分离，阳极罐611中通过氮气罐614通入氮气以控制阳极罐611为厌氧环境，并通过稳压阀调节气体流量，发酵液通过进料口615流入到阳极室61，与内部接种污水处理厂产生的活性污泥接触混合的反应，通过蠕动连接管612与蠕动泵连接对阳极室61内液体进行内循环，达到充分混合的目的，发酵液与活性污泥混合进行氧化底物(底物浓度设定为30g/L)，产生大量的电子、质子和相应的代谢产物，电子通过碳刷 616导线和碳粘633导线与储能照明单元1连接，将电子传输到阴极罐631的碳粘633上，而质子通过质子交换膜机构62迁移至阴极罐631中，阴极室63通过空气连接管632与空气泵连接以进行曝气处理，电子受体(即氧气)与到达阴极的电子和质子在阴极表面发生还原反应，从而产生电流对储能照明单元1供电；

第五步：储能照明单元1：储能模块分为升压电路板13和储能电池12两部分，升压电路板13将燃料电池单元6产生的非稳定低电压转化为5V稳定通用电压便于后续装置对电能的处理，同时输出端作为USB接口，在USB接口后连接USB供电的可充电电池，该电池采用5V电压充电，通过USB接口输入，以正常的电池的形式输出9V电压，实现电能的储存并利用，储能模块后接照明灯 11模块，可用于公园、小区等场景的夜间照明。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，包括机体(2)，其特征在于：所述机体(2)的上端左侧固定安装有预处理单元(4)，且机体(2)的上端靠近预处理单元(4)的位置处固定安装有储能照明单元(1)，所述机体(2)的四个侧端面上固定安装有太阳能单元(3)，所述机体(2)的内下端分别固定安装有发酵单元(5)和燃料电池单元(6)，且发酵单元(5)分别与预处理单元(4)和燃料电池单元(6)管道连接。

2.根据权利要求1所述的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，其特征在于，所述太阳能单元(3)分别与发酵单元(5)和储能照明单元(1)电性连接，且储能照明单元(1)与燃料电池单元(6)电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，其特征在于，所述太阳能单元(3)包括控制器(31)、蓄电池(32)、支撑架(33)和太阳能面板(34)，所述太阳能面板(34)设置有多个，多个所述太阳能面板(34)通过连接的多个支撑架(33)固定安装在机体(2)上，且多个太阳能面板(34)相互串联并与安装有控制器(31)的蓄电池(32)的电性连接，所述蓄电池(32)将多个太阳能面板(34)转化电能储存，所述蓄电池(32)上设置有USB接口。

4.根据权利要求1所述的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，其特征在于，所述预处理单元(4)包括封盖(41)、旋转破碎刀(42)和破碎桶(43)，所述破碎桶(43)上端螺纹连接有封盖(41)，且封盖(41)上安装有转把(44)与破碎桶(43)内部的旋转破碎刀(42)活动连接。

5.根据权利要求1所述的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，其特征在于，所述发酵单元(5)包括发酵机构(51)和pH检测机构(52)，所述发酵机构(51)通过管道与pH检测机构(52)相连接，且连接管道上安装有电磁阀，所述发酵机构(51)包括入料口(511)、电机(512)、纤维素降解菌输送管(513)、出气管(514)、排渣管(515)、搅拌器(516)和发酵罐(517)，所述发酵罐(517)上端中部固定安装有电机(512)，且电机(512)与发酵罐(517)内部搅拌器(516)轴连接，所述电机(512)与太阳能单元(3)电性相连，所述发酵罐(517)上端左侧靠近电机(512)位置处设置有入料口(511)，且入料口(511)上安装有单项阀并通过管道与破碎桶(43)相连接，所述发酵罐(517)上端右侧靠近电机(512)位置处固定连接有出气管(514)，且出气管(514)上安装有单向阀，所述出气管(514)后方位于发酵罐(517)上端固定连接有纤维素降解菌输送管(513)，且纤维素降解菌输送管(513)上安装有电磁阀与外部装有维素降解菌的储存罐管道连接，所述发酵罐(517)下端固定连接有排渣管(515)，且排渣管(515)上安装有单向阀。

6.根据权利要求5所述的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，其特征在于，所述pH检测机构(52)包括添加管(521)、pH测定仪(522)、沉淀罐(523)和输料管(524)，所述沉淀罐(523)上端固定安装有pH测定仪(522)，且pH测定仪(522)贯穿到沉淀罐(523)内部，所述沉淀罐(523)上端靠近pH测定仪(522)位置处固定连接有添加管(521)，且添加管(521)上安装有电磁阀与外部装有碱剂的储存罐管道连接，所述沉淀罐(523)上固定连接有输料管(524)，且输料管(524)上固定安装有单向阀与燃料电池单元(6)管道连接。

7.根据权利要求1所述的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，其特征在于，所述燃料电池单元(6)包括阳极室(61)、质子交换膜机构(62)和阴极室(63)，所述阳极室(61)通过管道与阴极室(63)相连接，且两者连接管道上固定安装有质子交换膜机构(62)。

8.根据权利要求7所述的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，其特征在于，所述阳极室(61)包括阳极罐(611)、蠕动连接管(612)、出料口(613)、氮气罐(614)、进料口(615)和碳刷(616)，所述阳极罐(611)的外端面上固定连接有出料口(613)和进料口(615)，且进料口(615)通过管道与沉淀罐(523)的输料管(524)相连接，所述阳极罐(611)的内部设置有碳刷(616)，且碳刷(616)连接导线贯穿阳极罐(611)与储能照明单元(1)电性连接，所述阳极罐(611)内部接种有活性污泥，所述阳极罐(611)上端边缘处固定连接有蠕动连接管(612)，且蠕动连接管(612)与外部蠕动泵相连接，所述阳极罐(611)管道连接有氮气罐(614)，且两者连接的管道上安装有稳压阀。

9.根据权利要求7所述的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，其特征在于，所述阴极室(63)包括阴极罐(631)、空气连接管(632)和碳粘(633)，所述阴极罐(631)内部设置有碳粘(633)，且碳粘(633)连接导线贯穿阴极罐(631)与储能照明单元(1)电性连接，所述阴极罐(631) 上端边缘处固定连接有空气连接管(632)，且空气连接管(632)与外部空气泵相连接，所述阴极罐(631)外端面上设置有出料口(613)和进料口(615)。

10.根据权利要求1所述的一种园林废弃物厌氧发酵耦合微生物燃料电池产电照明装置，其特征在于，所述储能照明单元(1)包括照明灯(11)、储能电池(12)和升压电路板(13)，所述照明灯(11)与储能电池(12)组成储能模块，且升压电路板(13)与燃料电池单元(6)的电性连接将不稳定电压转化成5V稳定电压，所述升压电路板(13)上设置有USB接口，且通过USB接口与储能电池(12)电性连接充电，所述储能电池(12)采用5V电压充电，通过USB接口输入，以正常的电池的形式输出9V电压，所述照明灯(11)固定安装在机体(2)上，且照明灯(11)与储能电池(12)电性连接。

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