[0001]
本高新技术涉及垃圾处理技术领域，具体涉及一种用于厨余垃圾处理的微生物燃料电池预处理系统。
背景技术：
[0002]
餐厨垃圾作为生活垃圾的重要组成部分，产生于居民的日常生活消费过程。随着人口增长、经济的快速发展、人民生活和消费水平的提高等新的全球形势下，餐厨垃圾的增长已成为环境保护的关键问题。全球每年约产生的20吨生活垃圾中，餐厨垃圾所占比例达到了34-53%。2018年中国生活垃圾清运量已达到22801.8万吨，比2010年增长了44.27%。餐厨垃圾的组成成分与地区的饮食文化、消费习惯等相关，其主要组成部分可包括米面、肉类、动植物油、蔬菜、果皮、蛋壳、骨头、塑料、纸巾等。餐厨垃圾具有含水率高；有机物含量丰富，高氨氮，高cod；油类、盐类含量高；易腐发臭的特点。若对其处理不当可能会造成严重的环境、社会和经济问题，如疾病传播、污染地下水和地表水、发臭产生异味等。但考虑到餐厨垃圾的化学组成，在一定程度上可以将其作为潜在资源被回收利用。长期以来，许多国家的都面临着如何妥善处理餐厨垃圾并将其转化为可用的资源和能源的问题。
[0003]
目前国内外对餐厨垃圾的处理技术主要包括了填埋、焚烧和好氧堆肥。填埋法是利用地下的微生物降解作用，达到对生活垃圾无害化处理的主要技术，具有操作简单、成本低、处理量大等优点。焚烧法则是采用高温氧化分解有机物的方式，使垃圾减量化，同时产生能量用于发电、供热等。然而随着研究和应用的深入，这两项传统垃圾处理方法的弊端愈发明显。垃圾填埋场地处理能力有限，且易产生渗滤液和臭气污染地下水和土壤。此外，由于餐厨垃圾含水率一般为80%-90%，无法达到焚烧发电要求，也会产生大量有害气体及粉尘等二次污染。好氧堆肥是通过好氧微生物在有氧条件下对有机物进行降解，并形成具有肥力的腐殖质的过程。但堆肥处理占地面积大，处理周期长。而且餐厨垃圾的油类、盐类含量高，会对堆肥过程中微生物的生长起到抑制作用，降低处理能力。
[0004]
微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是:在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂(一般为氧气)在阴极得到电子被还原与质子结合成水。微生物燃料电池作为一种采用微生物作为催化剂，氧化底物中的污染物，并产生电能的厌氧装置，可以被应用于处理餐厨垃圾的领域。由于餐厨垃圾中存在着大量的糖类、蛋白质等有机质，是一类较为理想的微生物燃料电池底物。双室微生物燃料电池由阳极室和阴极室组成。阳极室和阴极室内部通过质子交换膜分离，外部则由导线连接。微生物燃料电池的阳极应选择导电性良好，并适宜微生物附着生长的材料，阴极也应采用导电性能优异的材料。阳极室控制为厌氧环境，在阳极室内接种反应效果最佳的微生物，利用这些厌氧微生物进行氧化底物的反应，产生大量的电子、质子和相应的代谢产物。产生的电子通过外电路传输到阴极，而质子通过燃料电池内部的质子交换膜迁移至阴
极室。对阴极室内进行曝气处理，电子受体与到达阴极的电子和质子在阴极表面发生还原反应。微生物燃料电池技术具有反应条件温和、无污染、占地面积小、能实现同步去除有机污染物和直接产生电能等优点，是一项处理餐厨垃圾与能源开发的研究热点。基于双室微生物燃料电池的餐厨垃圾处理系统将有效提高处理效果，通过优化微生物燃料电池参数，调整反应条件，实现集污染物去除和电能产生于一体的新型技术。现有技术通常集中于采用微生物燃料电池对餐厨废水的处理，或采用单室微生物燃料电池对餐厨垃圾进行处理，很少采用双室微生物燃料电池直接处理固液态混合餐厨垃圾的研究。
[0005]
cn110492161a曾公开过一种厨余垃圾为底物构建双室微生物燃料电池系统，其结构包括箱体、质子交换膜、阳极电极棒、阴极电极棒和导线等构件。该厨余垃圾为底物构建双室微生物燃料电池系统。能够对厨余垃圾实现简单的微生物发电处理，产生经济效益和减少污染。但该专利技术仍然存在以下缺陷：1系统连续性和可控性差，导致垃圾处理效率较低。2直接采用电极棒作为阳极和阴极，发电效率较低，间接较低了处理效率。3缺少预处理系统，使得垃圾处理效果有限。
技术实现要素：
[0006]
针对上述现有技术的不足，本高新技术所要解决的技术问题是：如何提供一种能够对餐厨垃圾微生物燃料电池进行预处理，以提高电池对餐厨垃圾处理的效率和效果的微生物燃料电池预处理系统。
[0007]
为了解决上述技术问题，本高新技术采用了如下的技术方案：
[0008]
一种微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，包括垃圾预处理单元，垃圾预处理单元包括一个调节池，调节池具有一个垃圾物料接入口和垃圾物料接出口，调节池上还连接有一个进水管道，调节池同时和一个酸溶液添加容器以及一个碱溶液添加容器相衔接。
[0009]
这样，餐厨垃圾微生物燃料电池中，增设本预处理系统后，垃圾进入电池阳极室之前，先进入调节池内进行调节，调节时先加入一定比例水，稀释垃圾浓度使其利于后续微生物电池反应。然后再通过酸溶液添加容器以及碱溶液添加容器调节其ph值，ph值通常控制在6.6～7.5之间。这样调节后的垃圾物料进入到电池阳极室和阴极室后，能够更好地利于微生物反应，极大地提高了反应效率和效果。
[0010]
进一步地，调节池内还设置有搅拌装置，搅拌装置和控制中心相连。
[0011]
这样，可以将垃圾搅拌均匀，提高调节效果。
[0012]
进一步地，调节池内还设置有ph值传感器，ph值传感器和控制中心相连。
[0013]
这样，可以实时检测调节池内酸碱度，更好地保证调节效果。
[0014]
进一步地，进水管道和阴极室外接的排污池上部的上清液出水端相接。
[0015]
这样，可以将电池处理后外排的物料沉淀后的上清液回收重复利用，一是节约了水资源，二是该上清液中含有部分微生物菌种，有利于提高后续反应效果。
[0016]
进一步地，调节池内还设置有电热模块，以及温度传感器，电热模块和温度传感器和控制中心相连。
[0017]
这样，可以控制调节池内的温度，通常温度控制在20-30℃，餐厨垃圾在调节池内水力控制时间可以控制在8-24小时。这样在调节池内进行预发酵，提高后续垃圾物料在阳极室和阴极室内的微生物反应效果。
[0018]
进一步地，垃圾预处理单元还包括一个用于去除塑料制品和金属制品的垃圾分拣机，垃圾分拣机出口端和机械一级粉碎机入口衔接，机械一级粉碎机出口和机械二级粉碎机入口衔接，机械二级粉碎机出口和调节池的垃圾物料接入口相连。
[0019]
这样，垃圾经过分拣和两级粉碎，可以更好地去除不能参与反应的固体物品，同时很好地实现粉碎后，有利于提高后续微生物反应效果。其中垃圾分拣机、机械一级粉碎机和机械二级粉碎机均为成熟的现有产品，只需机械二级粉碎机的粉碎效果大于机械一级粉碎机。故具体结构不在此详细描述。同时，实施时，垃圾分拣机、机械一级粉碎机、机械二级粉碎机和调节池之间各自可以通过皮带输送装置相连，实现物料的输送以及设备之间的衔接。此为成熟现有技术，不在此展开描述。
[0020]
进一步地，预处理系统还包括厌氧微生物培育系统，所述厌氧微生物培育系统包括一个剩余活性污泥培育容器，剩余活性污泥培育容器上端封闭式设置，剩余活性污泥培育容器具有一个用于接入剩余活性污泥的污泥接入端，剩余活性污泥培育容器输出端和阳极室衔接。
[0021]
这样可以依靠剩余活性污泥培育容器接入污水厂处理厂的剩余活性污泥。然后在封闭的容器内将剩余活性污泥进行预处理和厌氧驯化培养。
[0022]
进一步地，剩余活性污泥培育容器还具有一个用于接入营养液的营养液接入端。
[0023]
这样，可以添加营养源提高厌氧微生物培育效果。厌氧培养期间添加的营养液，可以是由c6h
12
o6、nh4cl和nah2po4配制而成。这样，更加利于培育出富含产电微生物的污泥，再倒入阳极室内，极大地提高了阳极室内的微生物反应效率和效果。
[0024]
进一步地，剩余活性污泥培育容器的输出端和一个污泥离心脱水装置入口端相连，污泥离心脱水装置出泥端和阳极室衔接。
[0025]
这样将培育的污泥脱水处理后，获得富含产电微生物的污泥沉淀物，再用于阳极室接种，可以更好地控制接种效果，避免多余水分对阳极室内微生物反应的干扰。通常接种污泥与阳极室内底物质量比例可以控制为1：10。
[0026]
综上所述，本高新技术能够实现对餐厨垃圾的预处理，使得微生物燃料电池对餐厨垃圾的处理效率更高，处理效果更好。
附图说明
[0027]
图1为具体实施方式中，一种采用了本高新技术结构的双室微生物燃料电池的阳极室、阴极室和排污池部分的结构示意简图，图中采用带箭头的实线条表示管道，箭头显示管道内部物料流动方向。
[0028]
图2为具体实施方式中，一种采用了本高新技术结构的双室微生物燃料电池的垃圾预处理单元部分的结构示意简图。
[0029]
图3为具体实施方式中，所述双室微生物燃料电池中的电气控制部分各构件电路连接示意框图。
具体实施方式
[0030]
下面结合一种采用了本高新技术结构的双室微生物燃料电池及其附图作进一步的详细说明。
[0031]
如图1至图3所示，一种用于餐厨垃圾处理的双室微生物燃料电池，包括并列设置的阳极室1和阴极室2，阳极室1和阴极室2之间相隔设置有质子交换膜3，阳极室1内中部位置还安装设置有阳极，阴极室内中部位置安装设置有阴极，阳极和阴极的接出端之间连接有蓄电电路或者用电电路；其中，所述阴极室内还设置有曝气装置4。
[0032]
这样，上述装置使用时，将处理和稀释为可流动态的厨余垃圾导入到阳极室和阴极室，在阳极室内接种厌氧微生物，阴极室内接种硝化菌。使得餐厨垃圾作为底物，在阳极室中进行氧化反应。阳极室内反应产生的质子通过微生物燃料电池内部的质子交换膜迁移至阴极室。阳极上的电子由外电路（蓄电电路或者用电电路），再传到阴极从而产生电流。进而利用本装置进行供电或者蓄电。其中，由于阴极室内还设置有曝气装置可以实现对阴极室供氧，加速其内硝化菌的反应速率，进而提高了垃圾处理速率。实施时如图1所示，曝气装置通过输气管道和气源5相连。
[0033]
其中，曝气装置4设置于阴极室底部位置，阴极室内上端顶部还连通设置有排气管道6。
[0034]
这样能够更好地提高曝气效果，曝气反应后阴极室内产生的氮气可以通过排气管道外排。
[0035]
其中，所述阳极室1内下端位置设置有阳极物料接入口7，阳极室内上端位置设置有阳极物料接出口8，所述阴极室内下端位置设置有阴极物料接入口9，阴极室内上端位置设置有阴极物料接出口10；所述阳极物料接出口8通过管道和阴极物料接入口10相连，阳极物料接入口所连接的管道上或者阳极物料接出口和阴极物料接入口之间的管道上或者阴极物料接出口所连接的管道上还设置有输送泵11，输送泵11和一个控制中心12相连，控制中心12和曝气装置4相连。
[0036]
这样，可以依靠控制中心控制曝气装置间歇式曝气，对阴极室供氧。在好氧情况下，在硝化菌的作用下发生硝化反应，将氨氮氧化成硝态氮，进一步降低氨氮浓度，在好氧条件下可以通过曝气装置控制阴极室内的溶解氧在3 mg/l-6mg/l的适合比例，使其有利于硝化反应过程。曝气停止，厌氧微生物利用外电路传输至阴极的电子，将阴极室内的硝态氮作为电子受体，还原成氮气。当反应完毕后，可以通过控制中心控制输送泵启动，将反应完毕的物料排出，同时排入下一批物料进入，实现间歇式自动化反应处理。提高垃圾处理的连续性和自动性。
[0037]
其中，所述阴极室内还设置有氧浓度检测传感器13，氧浓度检测传感器13和控制中心12相连。这样，可以实时检测阴极室内氧含量浓度，反馈控制曝气装置的开启，更好地保证其内的硝化反应效果。
[0038]
其中，所述阴极室内还设置有氨氮传感器14，氨氮传感器14和控制中心12相连。这样，可以实时检测阴极室内氨氮浓度，监控反应效果，反应完毕后及时控制输送泵将物料排出并导入下一批物料，实现自动化间歇式连续处理。
[0039]
其中，所述阳极和阴极的电极结构，包括竖向设置在中心的一个导电的芯棒15，芯棒15外固定连接有若干层沿四周向外的碳纤维材料16。
[0040]
这样，可以更好地利于电子通过碳纤维材料向电极传导，提高反应效果和效率。
[0041]
其中，所述芯棒15由多股金属钛丝材料编织制得。具有更好地导电效果且方便将碳纤维材料织入固定在其上。
[0042]
其中，阴极物料接出口通过排污管道接出到排污池17，排污管道上设置有回流管道18连接到阴极物料接入口9。
[0043]
这样排污池方便将处理后垃圾物料外排，同时设置的回流管道可以回流一部分垃圾物料作为下一批进入阴极室的垃圾物料的硝化菌源。有利于阴极室内硝化菌的快速繁殖，提高处理效率。
[0044]
其中，还包括预处理系统，预处理系统包括垃圾预处理单元，垃圾预处理单元包括一个调节池19，调节池19具有一个垃圾物料接入口和垃圾物料接出口，调节池19上还连接有一个进水管道20，调节池同时和一个酸溶液添加容器21以及一个碱溶液添加容器22相衔接。
[0045]
这样，垃圾进入电池阳极室之前，先进入调节池内进行调节，调节时先加入一定比例水，稀释垃圾浓度使其利于后续微生物电池反应。然后再通过酸溶液添加容器以及碱溶液添加容器调节其ph值，ph值通常控制在6.6～7.5之间。这样调节后的垃圾物料进入到电池阳极室和阴极室后，能够更好地利于微生物反应，极大地提高了反应效率和效果。
[0046]
其中，调节池内还设置有搅拌装置23，搅拌装置23和控制中心12相连。
[0047]
这样，可以将垃圾搅拌均匀，提高调节效果。
[0048]
其中，调节池内还设置有ph值传感器24，ph值传感器24和控制中心相连。
[0049]
这样，可以实时检测调节池内酸碱度，更好地保证调节效果。
[0050]
其中，进水管道20和阴极室外接的排污池上部的上清液出水端相接（图中未示出）。
[0051]
这样，可以将电池处理后外排的物料沉淀后的上清液回收重复利用，一是节约了水资源，二是该上清液中含有部分微生物菌种，有利于提高后续反应效果。
[0052]
其中，调节池内还设置有电热模块26，以及温度传感器25，电热模块26和温度传感器25和控制中心12相连。
[0053]
这样，可以控制调节池内的温度，通常温度控制在20-30℃，餐厨垃圾在调节池内水力控制时间可以控制在8-24小时。这样在调节池内进行预发酵，提高后续垃圾物料在阳极室和阴极室内的微生物反应效果。
[0054]
其中，垃圾预处理单元还包括一个用于去除塑料制品和金属制品的垃圾分拣机27，垃圾分拣机27出口端和机械一级粉碎机28入口衔接，机械一级粉碎机28出口和机械二级粉碎机29入口衔接，机械二级粉碎机29出口和调节池19的垃圾物料接入口相连。
[0055]
这样，垃圾经过分拣和两级粉碎，可以更好地去除不能参与反应的固体物品，同时很好地实现粉碎后，有利于提高后续微生物反应效果。其中垃圾分拣机、机械一级粉碎机和机械二级粉碎机均为成熟的现有产品，只需机械二级粉碎机的粉碎效果大于机械一级粉碎机。故具体结构不在此详细描述。同时，实施时，垃圾分拣机、机械一级粉碎机、机械二级粉碎机和调节池之间各自可以通过皮带输送装置相连，实现物料的输送以及设备之间的衔接。此为成熟现有技术，不在此展开描述。
[0056]
其中，预处理系统还包括厌氧微生物培育系统，所述厌氧微生物培育系统包括一个剩余活性污泥培育容器30，剩余活性污泥培育容器30上端封闭式设置，剩余活性污泥培育容器30具有一个用于接入剩余活性污泥的污泥接入端，还具有一个用于接入营养液的营养液接入端，剩余活性污泥培育容器30输出端和阳极室衔接。
[0057]
这样可以依靠剩余活性污泥培育容器接入污水厂处理厂的剩余活性污泥。然后在封闭的容器内将剩余活性污泥进行预处理和厌氧驯化培养。厌氧培养期间添加的营养液，可以是由c6h
12
o6、nh4cl和nah2po4配制而成。这样，更加利于培育出富含产电微生物的污泥，再倒入阳极室内，极大地提高了阳极室内的微生物反应效率和效果。
[0058]
其中，剩余活性污泥培育容器30的输出端和一个污泥离心脱水装置31入口端相连，污泥离心脱水装置31出泥端和阳极室2衔接。
[0059]
这样将培育的污泥脱水处理后，获得富含产电微生物的污泥沉淀物，再用于阳极室接种，可以更好地控制接种效果，避免多余水分对阳极室内微生物反应的干扰。通常接种污泥与阳极室内底物质量比例可以控制为1：10。
技术特征：
1.一种微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，包括垃圾预处理单元，垃圾预处理单元包括一个调节池，调节池具有一个垃圾物料接入口和垃圾物料接出口，调节池上还连接有一个进水管道，调节池同时和一个酸溶液添加容器以及一个碱溶液添加容器相衔接。2.如权利要求1所述的微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，调节池内还设置有搅拌装置，搅拌装置和控制中心相连。3.如权利要求1所述的微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，调节池内还设置有ph值传感器，ph值传感器和控制中心相连。4.如权利要求1所述的微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，进水管道和阴极室外接的排污池上部的上清液出水端相接。5.如权利要求1所述的微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，调节池内还设置有电热模块，以及温度传感器，电热模块和温度传感器和控制中心相连。6.如权利要求1所述的微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，垃圾预处理单元还包括一个用于去除塑料制品和金属制品的垃圾分拣机，垃圾分拣机出口端和机械一级粉碎机入口衔接，机械一级粉碎机出口和机械二级粉碎机入口衔接，机械二级粉碎机出口和调节池的垃圾物料接入口相连。7.如权利要求6所述的微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，机械二级粉碎机的粉碎效果大于机械一级粉碎机粉碎效果。8.如权利要求1所述的微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，预处理系统还包括厌氧微生物培育系统，所述厌氧微生物培育系统包括一个剩余活性污泥培育容器，剩余活性污泥培育容器上端封闭式设置，剩余活性污泥培育容器具有一个用于接入剩余活性污泥的污泥接入端，剩余活性污泥培育容器输出端和阳极室衔接。9.如权利要求8所述的微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，剩余活性污泥培育容器还具有一个用于接入营养液的营养液接入端。10.如权利要求8所述的微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，剩余活性污泥培育容器的输出端和一个污泥离心脱水装置入口端相连，污泥离心脱水装置出泥端和阳极室衔接。
技术总结
本高新技术公开了一种微生物燃料电池预处理系统，其特征在于，包括垃圾预处理单元，垃圾预处理单元包括一个调节池，调节池具有一个垃圾物料接入口和垃圾物料接出口，调节池上还连接有一个进水管道，调节池同时和一个酸溶液添加容器以及一个碱溶液添加容器相衔接。本高新技术能够实现对餐厨垃圾的预处理，使得微生物燃料电池对餐厨垃圾的处理效率更高，处理效果更好。果更好。果更好。
技术开发人、权利持有人：杜海霞 吴艳霞 陆砚秋 吴慧芳
