一种微生物燃料电池堆转让专利
申请号 : CN200810029221.6
文献号 : CN101315985B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 周顺桂
申请人 : 广东省生态环境与土壤研究所
摘要 :
本发明公开了一种微生物燃料电池堆，包括若干个微生物燃料电池单体，所述微生物燃料电池单体包括镂空的骨架、膜阴极和阳极，膜阴极包裹镂空的骨架形成阳极室，阳极置于阳极室内；分别以导线从膜阴极、阳极导出；所述若干个微生物燃料电池单体通过管道首尾相接，各阳极室相互连通；所述电池堆设有一个进料口和一个出料口。本发明克服了现有的微生物燃料电池结构与运行方式不利于扩展和放大以及成本高的缺点，具有易扩展、统一进料和出料、结构紧凑、造价低廉、输出功率密度高、COD去除效果好等优点。
权利要求 :
1.一种微生物燃料电池堆，包括若干个微生物燃料电池单体，其特征在于所述微生物燃料电池单体包括镂空的骨架、膜阴极和阳极，膜阴极包裹镂空的骨架形成阳极室，阳极置于阳极室内；分别以导线从膜阴极、阳极导出；所述若干个微生物燃料电池单体通过管道首尾相接，各阳极室相互连通；所述电池堆设有一个进料口和一个出料口。
2.根据权利要求1所述微生物燃料电池堆，其特征在于所述管道还包括弯管，管道通过弯管依次连接形成盘管式结构；所述若干个微生物燃料电池单体通过盘管式结构管道连接在空间上纵向、横向或分层设置。
3.根据权利要求1所述微生物燃料电池堆，其特征在于所述骨架与管道一体，在管道上依次取段镂空作为骨架，单体微生物燃料电池骨架与骨架之间间隔2～20cm。
4.根据权利要求1或3所述微生物燃料电池，其特征在于所述管道为绝缘管材。
5.根据权利要求4所述微生物燃料电池堆，其特征在于所述管道为PVC管；所述PVC管直径为5～20cm，所述单体微生物燃料电池骨架长为10～30cm。
6.根据权利要求1或3所述微生物燃料电池堆，其特征在于所述镂空采用钻孔方法。
7.根据权利要求6所述微生物燃料电池堆，其特征在于所述孔直径为0.5～2cm，密度为每平方米骨架外表面积100～3000个孔。
8.根据权利要求1所述微生物燃料电池堆，其特征在于所述膜阴极由附载催化剂的碳布与离子交换膜热压而成。
9.根据权利要求8所述微生物燃料电池堆，其特征在于所述热压是在115～120℃下热压5～10分钟。
10.根据权利要求1所述微生物燃料电池堆，其特征在于所述阳极为石墨颗粒、碳毡、碳布或碳纤维刷。
说明书 :
技术领域
本发明属于环境与新能源技术领域，具体涉及一种微生物燃料电池堆。
背景技术
能源紧缺与有机废弃物处置是当今世界面临的两大挑战。
微生物燃料电池(MFC)是将有机物中的化学能直接转化为电能的发电装置，具有发电与废弃物处置双重功效。MFC的燃料种类广泛，生活污水、高浓度有机废水、人畜粪便等均可作为MFC的燃料，它在产电的同时可有效去除有机物，因此是一项发展潜力巨大的先进生物质能利用技术，有望成为未来有机废物处理的支柱性技术。
MFC的基本原理是：有机物作为燃料在厌氧阳极室中被微生物氧化，产生的电于被微生物捕获并传递给电池阳极，电子通过外电路到达阴极，从而形成回路产生电流，而质子通过交换膜到达阴极，与氧反应生成水。现有的微生物燃料电池一般结构为：阴、阳极两室，阴极室采用通气方式供氧，阳极保持厌氧状态，中间由隔膜分开。专利申请号为200710144804.9和200710144550.0的专利申请中分别公开了一种微生物燃料电池，并具体涉及电极和导线的设置、催化剂的选用；专利申请号为200610104081.5的专利申请中公开了一种微生物电池装置，具体涉及了片状阴极的一个表面与隔膜的一个表面贴合形成膜阴极；等等。但是，现有的MFC电池单体的输出电压或电流远远不能满足实际应用，因而必须通过串联或并联方式装配成电池堆来实现MFC的放大。
MFC的放大是MFC工程化应用的关键。如何将MFC电池单体放大到MFC电池堆是一项系统工程，面临着巨大的挑战。
专利CN101034754A公开了一种可堆叠的空气阴极单室MFC，为薄板式结构，两组膜电极共用阳极室，减小了电池厚度，其形状便于堆叠。但该设计采用价格昂贵的质子交换膜构造MFC，成本过高，尤为关键的问题是虽然各单体MFC可堆叠，但堆叠时各单体MFC分别进出料，其运行方式在实际应用中难以推广。
综上所述，传统MFC存在以下缺陷：1)设计理念源于质子交换膜燃料电池(PEMFC)，采用昂贵质子交换膜作为隔膜，由于MFC的输出功率比PEMFC约低2～3个数量级，使用质子交换膜的MFC显然不具备实用价值；2)阴极氧还原反应需要持续通气供氧，使得供氧耗能超过产出电能，MFC无法实现自我维持运行。2005年美国环境工程学家Logan首次提出空气阴极单室MFC构型，省去了阴极室，采用空气被动曝气供氧，使得净产能成为可能，但这种MFC目前只局限于电池单体，其堆叠与放大都存在难度；3)电池结构与运行方式不利于放大。MFC作为一种有潜力的有机废物处置技术，必须解决燃料的进/出问题，即有机废物的进入与处理后的流出方式。现有已报道的MFC电池堆的最高串联数为6个，但6个单体电池分别进料、分别出料，这种方式若用于废水处理，根本不具备操作可行性。
因此，实现MFC的放大和工程化应用必须首先解决以下技术瓶颈：1)大幅度降低MFC造价，改变设计理念，采用低成本膜材料代替昂贵的质子交换膜；2)设计共阳极液的多级串/并联的MFC电池堆，以解决燃料统一进料和出料问题，同时实现电压/电流的提升。但目前尚未见到相关的技术报道。
微生物燃料电池(MFC)是将有机物中的化学能直接转化为电能的发电装置，具有发电与废弃物处置双重功效。MFC的燃料种类广泛，生活污水、高浓度有机废水、人畜粪便等均可作为MFC的燃料，它在产电的同时可有效去除有机物，因此是一项发展潜力巨大的先进生物质能利用技术，有望成为未来有机废物处理的支柱性技术。
MFC的基本原理是：有机物作为燃料在厌氧阳极室中被微生物氧化，产生的电于被微生物捕获并传递给电池阳极，电子通过外电路到达阴极，从而形成回路产生电流，而质子通过交换膜到达阴极，与氧反应生成水。现有的微生物燃料电池一般结构为：阴、阳极两室，阴极室采用通气方式供氧，阳极保持厌氧状态，中间由隔膜分开。专利申请号为200710144804.9和200710144550.0的专利申请中分别公开了一种微生物燃料电池，并具体涉及电极和导线的设置、催化剂的选用；专利申请号为200610104081.5的专利申请中公开了一种微生物电池装置，具体涉及了片状阴极的一个表面与隔膜的一个表面贴合形成膜阴极；等等。但是，现有的MFC电池单体的输出电压或电流远远不能满足实际应用，因而必须通过串联或并联方式装配成电池堆来实现MFC的放大。
MFC的放大是MFC工程化应用的关键。如何将MFC电池单体放大到MFC电池堆是一项系统工程，面临着巨大的挑战。
专利CN101034754A公开了一种可堆叠的空气阴极单室MFC，为薄板式结构，两组膜电极共用阳极室，减小了电池厚度，其形状便于堆叠。但该设计采用价格昂贵的质子交换膜构造MFC，成本过高，尤为关键的问题是虽然各单体MFC可堆叠，但堆叠时各单体MFC分别进出料，其运行方式在实际应用中难以推广。
综上所述，传统MFC存在以下缺陷：1)设计理念源于质子交换膜燃料电池(PEMFC)，采用昂贵质子交换膜作为隔膜，由于MFC的输出功率比PEMFC约低2～3个数量级，使用质子交换膜的MFC显然不具备实用价值；2)阴极氧还原反应需要持续通气供氧，使得供氧耗能超过产出电能，MFC无法实现自我维持运行。2005年美国环境工程学家Logan首次提出空气阴极单室MFC构型，省去了阴极室，采用空气被动曝气供氧，使得净产能成为可能，但这种MFC目前只局限于电池单体，其堆叠与放大都存在难度；3)电池结构与运行方式不利于放大。MFC作为一种有潜力的有机废物处置技术，必须解决燃料的进/出问题，即有机废物的进入与处理后的流出方式。现有已报道的MFC电池堆的最高串联数为6个，但6个单体电池分别进料、分别出料，这种方式若用于废水处理，根本不具备操作可行性。
因此，实现MFC的放大和工程化应用必须首先解决以下技术瓶颈：1)大幅度降低MFC造价，改变设计理念，采用低成本膜材料代替昂贵的质子交换膜；2)设计共阳极液的多级串/并联的MFC电池堆，以解决燃料统一进料和出料问题，同时实现电压/电流的提升。但目前尚未见到相关的技术报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有的微生物燃料电池结构与运行方式不利于扩展和放大以及成本高的缺点，提供一种微生物燃料电池堆，所述电池堆具有易扩展、统一进料和出料、结构紧凑、造价低廉、输出功率密度高、COD(化学需氧量)去除效果好等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来予以实现：
提供一种微生物燃料电池堆，包括若干个微生物燃料电池单体，所述微生物燃料电池单体包括镂空的骨架、膜阴极和阳极，膜阴极包裹镂空的骨架形成阳极室，阳极置于阳极室内；分别以导线从膜阴极、阳极导出；所述若干个微生物燃料电池单体通过管道首尾相接，各阳极室相互连通；所述管道设有一个进料口和一个出料口。
所述若干个微生物燃料电池单体可以设置于一条直的管道上，管道一端为进料口，一端为出料口；作为优选，所述管道还包括弯管，若干条管道通过若干弯管依次连接形成盘管式结构；所述若干个微生物燃料电池单体设置于管道并通过盘管式结构的管道连接在空间上纵向、横向或分层设置，获得更好的放大效果。
所述骨架可与管道一体，即在管道上依次取一段镂空作为骨架，骨架与骨架之间可间隔2～20cm。管道采用廉价绝缘管材加工而成，优选PVC管。所述镂空可采用现有技术惯用的方式，例如开通槽、钻孔等，孔的形状无特殊要求。本发明优选钻孔，并且可选用直径为5～20cm的PVC管，在PVC管上间隔选取长为10～30cm的管段作为单体MFC骨架，在骨架管段上钻孔，孔直径0.5～2cm，密度约为每平方米100～3000孔。
所述膜阴极可采用附载催化剂的阴极材料(碳布或碳纸，优选碳布)与隔膜热压而成，为了降低成本，本发明采用低成本膜，如阴/阳离子交换膜、纳滤膜或高强度微孔径滤布等。催化剂按照现有常规技术选用，例如铂、热解酞菁亚铁(pyr-FePc)或四甲氧基苯基钴卟啉(CoTMPP)。膜阴极制作方法如下：称取适量碳载铂粉末、pyr-FePc或CoTMPP加水润湿，加入分散剂异丙醇和Nafion溶液搅成糊状，超声分散后均匀涂敷于干燥碳布，真空干燥即得载铂碳布；将此碳布与隔膜在115～120℃下热压5～10分钟即得膜阴极。
所述阳极选用大比表面积导电材料，可参照现有技术选用，例如石墨颗粒、碳毡、碳布、碳纤维刷等。
将阳极材料置于电池骨架内阳极室中，并以膜阴极包裹钻孔管材，膜阴极膜侧在内，紧贴PVC管，碳布在外，面向空气，分别以导线将阴阳极导出，即得单体MFC。通过管道连接方式的设置实现单体MFC于空间纵向、横向或分层布置，并通过管道将所述各个单体MFC首尾相接，从而使所有MFC阳极室连通，并可根据需要将各单体MFC串联或并联，即得电池堆。
废水由管道进料口泵入，充满管道后停止进料，接通电池堆回路，驯化微生物产电；待电池堆产电稳定后，恢复进料，使废水经过多节单体电池逐级处理后由出料口排出。
本发明的有益效果是：
(1)本发明以膜阴极包裹的管道为阳极室，阴极采用被动曝气供氧，可连续运行、统一进料和出料，废水从一端以推流的方式进入，经多节单体电池逐级处理至另一端达标排放；同时成功实现电压或电流的提升。
(2)本发明无需通气耗能、维护简便；
(3)本发明结构紧凑，占地面积少，盘管式可扩展。
(4)本发明造价较低，输出功率密度高、COD去除效果好适合工业推广应用；
综上所述，本发明解决了MFC的放大和工程化应用的技术瓶颈，用于废水或含水量高的有机废物的处理与能源回收，特别是在高浓度有机废水、人畜粪便等废弃生物质能利用方面具有广阔应用前景。
本发明的目的是通过以下技术方案来予以实现：
提供一种微生物燃料电池堆，包括若干个微生物燃料电池单体，所述微生物燃料电池单体包括镂空的骨架、膜阴极和阳极，膜阴极包裹镂空的骨架形成阳极室，阳极置于阳极室内；分别以导线从膜阴极、阳极导出；所述若干个微生物燃料电池单体通过管道首尾相接，各阳极室相互连通；所述管道设有一个进料口和一个出料口。
所述若干个微生物燃料电池单体可以设置于一条直的管道上，管道一端为进料口，一端为出料口；作为优选，所述管道还包括弯管，若干条管道通过若干弯管依次连接形成盘管式结构；所述若干个微生物燃料电池单体设置于管道并通过盘管式结构的管道连接在空间上纵向、横向或分层设置，获得更好的放大效果。
所述骨架可与管道一体，即在管道上依次取一段镂空作为骨架，骨架与骨架之间可间隔2～20cm。管道采用廉价绝缘管材加工而成，优选PVC管。所述镂空可采用现有技术惯用的方式，例如开通槽、钻孔等，孔的形状无特殊要求。本发明优选钻孔，并且可选用直径为5～20cm的PVC管，在PVC管上间隔选取长为10～30cm的管段作为单体MFC骨架，在骨架管段上钻孔，孔直径0.5～2cm，密度约为每平方米100～3000孔。
所述膜阴极可采用附载催化剂的阴极材料(碳布或碳纸，优选碳布)与隔膜热压而成，为了降低成本，本发明采用低成本膜，如阴/阳离子交换膜、纳滤膜或高强度微孔径滤布等。催化剂按照现有常规技术选用，例如铂、热解酞菁亚铁(pyr-FePc)或四甲氧基苯基钴卟啉(CoTMPP)。膜阴极制作方法如下：称取适量碳载铂粉末、pyr-FePc或CoTMPP加水润湿，加入分散剂异丙醇和Nafion溶液搅成糊状，超声分散后均匀涂敷于干燥碳布，真空干燥即得载铂碳布；将此碳布与隔膜在115～120℃下热压5～10分钟即得膜阴极。
所述阳极选用大比表面积导电材料，可参照现有技术选用，例如石墨颗粒、碳毡、碳布、碳纤维刷等。
将阳极材料置于电池骨架内阳极室中，并以膜阴极包裹钻孔管材，膜阴极膜侧在内，紧贴PVC管，碳布在外，面向空气，分别以导线将阴阳极导出，即得单体MFC。通过管道连接方式的设置实现单体MFC于空间纵向、横向或分层布置，并通过管道将所述各个单体MFC首尾相接，从而使所有MFC阳极室连通，并可根据需要将各单体MFC串联或并联，即得电池堆。
废水由管道进料口泵入，充满管道后停止进料，接通电池堆回路，驯化微生物产电；待电池堆产电稳定后，恢复进料，使废水经过多节单体电池逐级处理后由出料口排出。
本发明的有益效果是：
(1)本发明以膜阴极包裹的管道为阳极室，阴极采用被动曝气供氧，可连续运行、统一进料和出料，废水从一端以推流的方式进入，经多节单体电池逐级处理至另一端达标排放；同时成功实现电压或电流的提升。
(2)本发明无需通气耗能、维护简便；
(3)本发明结构紧凑，占地面积少，盘管式可扩展。
(4)本发明造价较低，输出功率密度高、COD去除效果好适合工业推广应用；
综上所述，本发明解决了MFC的放大和工程化应用的技术瓶颈，用于废水或含水量高的有机废物的处理与能源回收，特别是在高浓度有机废水、人畜粪便等废弃生物质能利用方面具有广阔应用前景。
附图说明
图1盘管式微生物燃料电池堆结构示意图
图2单体微生物燃料电池的骨架与膜阴极结构示意图
图3单体微生物燃料电池阳极室构造示意图
图4本发明用于处理啤酒废水的输出功率曲线图
图2单体微生物燃料电池的骨架与膜阴极结构示意图
图3单体微生物燃料电池阳极室构造示意图
图4本发明用于处理啤酒废水的输出功率曲线图
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。
实施例1
本发明提供一种微生物燃料电池堆，为盘管式结构，如附图1、附图2和附图3所示，所述的微生物燃料电池堆由若干个微生物燃料电池单体1组成，所述微生物燃料电池单体1包括镂空的骨架5、膜阴极8和阳极10，膜阴极8包裹镂空的骨架5形成阳极室11，阳极10置于阳极室11内；分别以导线将阴、阳极引出；所述若干个微生物燃料电池单体1通过管道2首尾相接，各阳极室相互连通；所述管道2设有一个进料口3和一个出料口4。
所述骨架5可与管道是一体，即在管道上依次取一段镂空作为骨架，骨架与骨架之间可间隔2～20cm。管道采用廉价绝缘管材加工而成，优选PVC管。所述镂空可采用现有技术惯用的方式，本发明优选钻孔，并且可选用直径为5～20cm的PVC管，在PVC管上间隔选取长为10～30cm的管段作为单体MFC骨架，在骨架管段上钻孔，孔9直径0.5～2cm，密度约为每平方米骨架外表面积100～3000孔。
所述膜阴极8由阴极6和隔膜7热压在一起构成。
所述阳极10选用大比表面积导电材料，如石墨颗粒、碳毡、碳布、碳纤维刷等。
废水由进料口3进入管道2，并充满单体微生物燃料电池2的阳极室11，经多节单体电池1逐级处理后至下部出料口4排出电池堆。各单体MFC阴阳极均有导线引出，并可根据需要进行单体电池的串联或并联。
盘管式微生物燃料电池堆为空气阴极构造，阴极材料为附载催化剂的碳布6，而与其热压的隔膜7可以采用质子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜、纳滤膜或高强度微孔径滤布。膜阴极包裹钻有小孔9的PVC管材上(膜在内，碳布在外)，阳极室11中的废水可通过小孔与隔膜7直接接触，阳极液中的质子在小孔处穿过隔膜7与阴极反应，从而输出电流。
实施例2
本实施例说明本发明提供的微生物燃料电池堆及采用该装置处理啤酒废水的方法。
(1)电池堆的构建
如附图1所示，以管径为5cm的PVC管间隔取段作为骨架5，骨架5长13cm。每条PVC管布置五个单体微生物燃料电池1，五个单体微生物燃料电池1阳极室相通并通过管道的连接依次首尾相接，两条所述的PVC管并列放置组成一层，附图1中所示采用六条所述PVC管设置成三层，通过弯管12依次连通所述的六条PVC管，并将第一条和第六条的一端分别设置为进料口3和出料口4。这样三十节单体微生物燃料电池共三层组成电池堆，各单体MFC间串联。本实施例给出的PVC管数目只是一个简单的例举，并不因此限定本发明，理论上PVC管数目可以是任意数字，可视具体需要确定。
骨架5管壁钻孔9，孔径1cm，密度约为每平方米2500孔。单体MFC阳极室11内填入石墨颗粒10作为阳极。如附图3所示，当填入的阳极材料是散状物时，可在阳极室11两端设置绝缘隔板13，隔板13可选用PVC板材、有机玻璃板或本领域常规选用的绝缘板材，隔板13的设置方法没有特殊要求，采用常规技术，隔板13应留出水流通道以供废水流过，可以在隔板上钻孔，孔的形状大小没有特殊要求，本发明优选隔板孔径与所述的PVC管的孔径比为1∶10。MFC镂空骨架5外周包裹膜阴极8(膜在内侧，紧贴PVC管)，该膜阴极8由阳离子交换膜(购于浙江千秋实业有限公司)与载铂碳布在120℃下热压5分钟获得。同现有技术相同，导线从单体MFC 1的阴、阳极分别引出，各单体MFC串联。
其中，载铂碳布制备步骤如下：
1、剪取碳布(长16cm、宽13cm)；
2、称取20％碳载铂粉末0.12g于称量瓶中，加水0.3mL润湿，再加12mL异丙醇分散剂，然后加入5％(质量分数)Nafion溶液0.46mL搅成糊状，超声分散30分钟；
3、用刷子将糊状混合物均匀地涂在干燥的碳布上，于100℃真空干燥3小时即制得载铂碳布。
导线从单体MFC 1的阴、阳极分别引出，各单体MFC串联。
(2)电池堆启动运行与啤酒废水连续产电及处理效果
本发明上述电池堆可在室温15～35℃环境中启动运行。启动电池堆时，关闭出料口4，将接种有产电微生物种子的啤酒废水(COD为3010mg/L)由进料口3泵入管内，啤酒废水在管中沿箭头方向往出料口4方向推流，充满电池堆后停止进水，接通电池回路，负载外阻为1000Ω。待输入电压升至5V以上时，表明电池堆启动成功。打开出料口4，由进料口3持续泵入啤酒废水，调整流量，保持废水的水力停留时间为24小时。为期一年的运行结果表明，所述电池堆在处理废水的同时，可连续稳定地产电。处理后啤酒废水的出水COD低于200mg/L，COD去除率最大输出功率见附图4所示。
同理，本发明所述为微生物燃料电池堆可适用于人畜粪便、生活污水等有机废物的处理中。
实施例1
本发明提供一种微生物燃料电池堆，为盘管式结构，如附图1、附图2和附图3所示，所述的微生物燃料电池堆由若干个微生物燃料电池单体1组成，所述微生物燃料电池单体1包括镂空的骨架5、膜阴极8和阳极10，膜阴极8包裹镂空的骨架5形成阳极室11，阳极10置于阳极室11内；分别以导线将阴、阳极引出；所述若干个微生物燃料电池单体1通过管道2首尾相接，各阳极室相互连通；所述管道2设有一个进料口3和一个出料口4。
所述骨架5可与管道是一体，即在管道上依次取一段镂空作为骨架，骨架与骨架之间可间隔2～20cm。管道采用廉价绝缘管材加工而成，优选PVC管。所述镂空可采用现有技术惯用的方式，本发明优选钻孔，并且可选用直径为5～20cm的PVC管，在PVC管上间隔选取长为10～30cm的管段作为单体MFC骨架，在骨架管段上钻孔，孔9直径0.5～2cm，密度约为每平方米骨架外表面积100～3000孔。
所述膜阴极8由阴极6和隔膜7热压在一起构成。
所述阳极10选用大比表面积导电材料，如石墨颗粒、碳毡、碳布、碳纤维刷等。
废水由进料口3进入管道2，并充满单体微生物燃料电池2的阳极室11，经多节单体电池1逐级处理后至下部出料口4排出电池堆。各单体MFC阴阳极均有导线引出，并可根据需要进行单体电池的串联或并联。
盘管式微生物燃料电池堆为空气阴极构造，阴极材料为附载催化剂的碳布6，而与其热压的隔膜7可以采用质子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜、纳滤膜或高强度微孔径滤布。膜阴极包裹钻有小孔9的PVC管材上(膜在内，碳布在外)，阳极室11中的废水可通过小孔与隔膜7直接接触，阳极液中的质子在小孔处穿过隔膜7与阴极反应，从而输出电流。
实施例2
本实施例说明本发明提供的微生物燃料电池堆及采用该装置处理啤酒废水的方法。
(1)电池堆的构建
如附图1所示，以管径为5cm的PVC管间隔取段作为骨架5，骨架5长13cm。每条PVC管布置五个单体微生物燃料电池1，五个单体微生物燃料电池1阳极室相通并通过管道的连接依次首尾相接，两条所述的PVC管并列放置组成一层，附图1中所示采用六条所述PVC管设置成三层，通过弯管12依次连通所述的六条PVC管，并将第一条和第六条的一端分别设置为进料口3和出料口4。这样三十节单体微生物燃料电池共三层组成电池堆，各单体MFC间串联。本实施例给出的PVC管数目只是一个简单的例举，并不因此限定本发明，理论上PVC管数目可以是任意数字，可视具体需要确定。
骨架5管壁钻孔9，孔径1cm，密度约为每平方米2500孔。单体MFC阳极室11内填入石墨颗粒10作为阳极。如附图3所示，当填入的阳极材料是散状物时，可在阳极室11两端设置绝缘隔板13，隔板13可选用PVC板材、有机玻璃板或本领域常规选用的绝缘板材，隔板13的设置方法没有特殊要求，采用常规技术，隔板13应留出水流通道以供废水流过，可以在隔板上钻孔，孔的形状大小没有特殊要求，本发明优选隔板孔径与所述的PVC管的孔径比为1∶10。MFC镂空骨架5外周包裹膜阴极8(膜在内侧，紧贴PVC管)，该膜阴极8由阳离子交换膜(购于浙江千秋实业有限公司)与载铂碳布在120℃下热压5分钟获得。同现有技术相同，导线从单体MFC 1的阴、阳极分别引出，各单体MFC串联。
其中，载铂碳布制备步骤如下：
1、剪取碳布(长16cm、宽13cm)；
2、称取20％碳载铂粉末0.12g于称量瓶中，加水0.3mL润湿，再加12mL异丙醇分散剂，然后加入5％(质量分数)Nafion溶液0.46mL搅成糊状，超声分散30分钟；
3、用刷子将糊状混合物均匀地涂在干燥的碳布上，于100℃真空干燥3小时即制得载铂碳布。
导线从单体MFC 1的阴、阳极分别引出，各单体MFC串联。
(2)电池堆启动运行与啤酒废水连续产电及处理效果
本发明上述电池堆可在室温15～35℃环境中启动运行。启动电池堆时，关闭出料口4，将接种有产电微生物种子的啤酒废水(COD为3010mg/L)由进料口3泵入管内，啤酒废水在管中沿箭头方向往出料口4方向推流，充满电池堆后停止进水，接通电池回路，负载外阻为1000Ω。待输入电压升至5V以上时，表明电池堆启动成功。打开出料口4，由进料口3持续泵入啤酒废水，调整流量，保持废水的水力停留时间为24小时。为期一年的运行结果表明，所述电池堆在处理废水的同时，可连续稳定地产电。处理后啤酒废水的出水COD低于200mg/L，COD去除率最大输出功率见附图4所示。
同理，本发明所述为微生物燃料电池堆可适用于人畜粪便、生活污水等有机废物的处理中。