一種內(nèi)循環(huán)單室微生物燃料電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種生物燃料電池，尤其涉及一種微生物燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0002]能量和水資源的短缺，是全球面臨的兩個(gè)重要挑戰(zhàn)，對(duì)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。近幾年微生物燃料電池(MFC)是一種以微生物為催化劑，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。利用MFC技術(shù)來(lái)處理廢水，不僅可以治污，而且可以回收電能，它是廢水處理技術(shù)的重大創(chuàng)新。由于微生物燃料電池同時(shí)處理廢水并產(chǎn)生電能，這項(xiàng)技術(shù)越來(lái)越受人們青睞，成為廢水處理領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。然而，現(xiàn)有的MFC還存在不少缺陷，比如陽(yáng)極室的厭氧反應(yīng)速率較慢且出水水質(zhì)一般。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)循環(huán)單室微生物燃料電池。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明內(nèi)循環(huán)單室微生物燃料電池包括反應(yīng)容器，所述反應(yīng)容器包括外筒和中心筒，中心筒置于外筒內(nèi)，所述反應(yīng)容器內(nèi)為厭氧環(huán)境，所述反應(yīng)容器內(nèi)設(shè)有內(nèi)循環(huán)裝置，所述中心筒上設(shè)有第一循環(huán)口和第二循環(huán)口 ；所述內(nèi)循環(huán)裝置能夠用于推動(dòng)所述中心筒內(nèi)的污水經(jīng)第二循環(huán)口流出中心筒、并使中心筒外的污水經(jīng)第一循環(huán)口流入到中心筒內(nèi)而實(shí)現(xiàn)污水在反應(yīng)容器內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)，或者，所述內(nèi)循環(huán)裝置能夠用于推動(dòng)中心筒內(nèi)的污水經(jīng)第一循環(huán)口流出中心筒、并使中心筒外的污水經(jīng)第二循環(huán)口流入到中心筒內(nèi)而實(shí)現(xiàn)污水在反應(yīng)容器內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)；所述反應(yīng)容器設(shè)有進(jìn)水口和出水口 ；所述反應(yīng)容器內(nèi)設(shè)有能夠生長(zhǎng)產(chǎn)電微生物的陽(yáng)極和能夠利用電子和質(zhì)子將氧氣還原的陰極，所述陽(yáng)極和所述陰極之間串聯(lián)有電阻，產(chǎn)電微生物產(chǎn)生的質(zhì)子能夠隨反應(yīng)容器內(nèi)的污水傳遞到所述陰極。
[0005]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述內(nèi)循環(huán)裝置設(shè)于中心筒內(nèi)或中心筒外。
[0006]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述第一循環(huán)口設(shè)于所述中心筒的筒壁上，所述第二循環(huán)口設(shè)于所述中心筒的底部。
[0007]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述反應(yīng)容器內(nèi)安裝有用于促進(jìn)污水循環(huán)流動(dòng)的導(dǎo)流板。
[0008]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述導(dǎo)流板呈圓錐體狀，且所述圓錐體的頂部對(duì)準(zhǔn)所述第一循環(huán)口和/或第二循環(huán)口。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述內(nèi)循環(huán)裝置包括螺旋槳，所述螺旋槳與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸電連接。
[0010]進(jìn)一步地，本發(fā)明還包括變頻器，所述變頻器與發(fā)動(dòng)機(jī)電連接。
[0011]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述陰極置于空氣與反應(yīng)容器內(nèi)的污水的臨界位置。
[0012]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述外筒的側(cè)壁上設(shè)有通孔，所述陰極密封安裝于該通孔內(nèi)。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述陰極為空氣式陰極，陰極的催化層與反應(yīng)容器內(nèi)的污水接觸，陰極的擴(kuò)散層與外界的空氣接觸。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是:(1)能以廢水為燃料生產(chǎn)電能，實(shí)現(xiàn)廢水處理和生物產(chǎn)電的同步進(jìn)行，有效回收廢水中所蘊(yùn)含的能量，降低廢水處理的成本。
(2)由內(nèi)循環(huán)裝置產(chǎn)生的推流水量，經(jīng)由中心筒的第一循環(huán)口和第二循環(huán)口在中心筒和外筒之間循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)污水在反應(yīng)容器內(nèi)的循環(huán)，使污水與反應(yīng)容器中的微生物充分接觸，加速傳質(zhì)過(guò)程，提高了污水的去除效率。(3)由于內(nèi)循環(huán)的存在，使進(jìn)入反應(yīng)容器內(nèi)的污水得到迅速擴(kuò)散，提高反應(yīng)容器的有機(jī)負(fù)荷的抗沖擊能力。(4)本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，采用雙筒結(jié)構(gòu)的反應(yīng)容器實(shí)現(xiàn)污水的循環(huán)流動(dòng)；同時(shí)將能夠生長(zhǎng)產(chǎn)電微生物的陽(yáng)極置于反應(yīng)容器內(nèi)，將用于還原氧氣的陰極置于空氣和反應(yīng)容器內(nèi)的污水的臨界位置，在陽(yáng)極和陰極之間串聯(lián)一電阻，得以充分利用反應(yīng)容器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的污水加速產(chǎn)電微生物產(chǎn)生的電子經(jīng)由電阻傳遞到陰極，并使產(chǎn)電微生物產(chǎn)生的質(zhì)子直接由循環(huán)流動(dòng)的污水快速傳遞到陰極，從而促進(jìn)電子和質(zhì)子與陰極上吸附的氧氣反應(yīng)而產(chǎn)生電能。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明內(nèi)循環(huán)單室微生物燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是圖1的反應(yīng)容器的A-A截面圖。
[0017]圖3是圖1的反應(yīng)容器的B-B截面圖。
[0018]圖中:1-進(jìn)水管，2-中心筒，3-第二循環(huán)口，4-第一循環(huán)口，5-導(dǎo)流板，6_螺旋槳，7-軸，8-發(fā)動(dòng)機(jī)，9-變頻器，10-外筒，11-出水管，12-陽(yáng)極，13-陰極，14-電阻。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1至圖3所示，本發(fā)明內(nèi)循環(huán)單室微生物燃料電池主要包括反應(yīng)容器。其中，反應(yīng)容器呈雙筒結(jié)構(gòu)，包括外筒10和中心筒2，中心筒2置于外筒10內(nèi)。反應(yīng)容器設(shè)有進(jìn)水口和出水口。作為本發(fā)明的一種簡(jiǎn)單易行的實(shí)施方式，反應(yīng)容器的進(jìn)水口和出水口可直接開設(shè)于外筒10的筒壁上，進(jìn)水口在出水口的下方。其中，進(jìn)水口處連接有進(jìn)水管1，出水口除連接有出水管11。在中心筒2上設(shè)有第一循環(huán)口 4和第二循環(huán)口 3。作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，第二循環(huán)口 3位于第一循環(huán)口 4的下方。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，在中心筒2的筒壁上沿周向設(shè)有一個(gè)以上的第一循環(huán)口 4，各第一循環(huán)口 4在中心筒2的筒壁上可沿著筒壁的周向等間隔分布。優(yōu)選地，中心筒2的底部可呈敞口狀，并以該敞口作為第二循環(huán)口 3。作為另一種實(shí)施方式，第二循環(huán)口 3還可以是在中心筒2的筒壁上開設(shè)的位于第一循環(huán)口 4的下方的若干個(gè)進(jìn)出水孔，也可以是在中心筒2的底部上開設(shè)的若干個(gè)進(jìn)出水孔。反應(yīng)容器內(nèi)還設(shè)有能夠生長(zhǎng)產(chǎn)電微生物的陽(yáng)極12和能夠利用電子和質(zhì)子將氧氣還原的陰極13，陽(yáng)極12和陰極13之間串聯(lián)有電阻14。
[0020]在反應(yīng)容器內(nèi)安裝有內(nèi)循環(huán)裝置。內(nèi)循環(huán)裝置可以安裝在中心筒2內(nèi)，也可以安裝在中心筒2外；內(nèi)循環(huán)裝置可以安裝于第一循環(huán)口 4和第二循環(huán)口 3之間的區(qū)域，也可以正對(duì)第一循環(huán)口 4或第二循環(huán)口 3安裝，或者是其他任何合適的位置。事實(shí)上，本發(fā)明并不限制內(nèi)循環(huán)裝置的類型和具體的安裝位置，只要它能夠推動(dòng)水流經(jīng)由第一循環(huán)口和第二循環(huán)口進(jìn)出中心筒2，從而在反應(yīng)容器內(nèi)形成循環(huán)水流即可。例如，如圖1至圖3所示，內(nèi)循環(huán)裝置可以是一個(gè)螺旋槳6，該螺旋槳6位于中心筒2內(nèi)且處于第一循環(huán)口 4和第二循環(huán)口 3之間的區(qū)域。當(dāng)然，螺旋槳6也可以位于第一循環(huán)口 4的上方、第二循環(huán)口 3的下方、與第一循環(huán)口 4在同一高度、或者與第二循環(huán)口 3在同一高度(圖中未示出)。通過(guò)設(shè)置螺旋槳6的朝向，可以使螺旋槳6推動(dòng)中心筒2內(nèi)的污水經(jīng)第二循環(huán)口 3流出中心筒2而進(jìn)入到外筒10、并進(jìn)而推動(dòng)中心筒2外的污水經(jīng)第一循環(huán)口 4流入到中心筒2內(nèi)而實(shí)現(xiàn)污水在反應(yīng)容器內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)。如果將螺旋槳6的朝向旋轉(zhuǎn)180°，則螺旋槳6可以推動(dòng)中心筒2內(nèi)的污水經(jīng)第一循環(huán)口 4流出中心筒2而進(jìn)入外筒10、并進(jìn)而使中心筒2外的污水經(jīng)第二循環(huán)口 3流入到中心筒2內(nèi)而實(shí)現(xiàn)污水在反應(yīng)容器內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)。如果將螺旋槳6置于中心筒2的外壁和外筒10的內(nèi)壁之間的區(qū)域，作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，可以將螺旋槳6置于圖1中的第二循環(huán)口 3與導(dǎo)流板5之間的空間(圖中未示出)。
[0021]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，中心筒2可由上至下劃分為第一區(qū)和第二區(qū)。第一循環(huán)口 4設(shè)于第一區(qū)，第二循環(huán)口 3設(shè)于第二區(qū)的底部，并且，內(nèi)循環(huán)裝置固定安裝于第一區(qū)內(nèi)，第二區(qū)的內(nèi)徑由上向下逐漸變大，由此可以促進(jìn)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)區(qū)域內(nèi)的污泥的懸浮。作為其中的一種實(shí)施方式，如圖1所示，中心筒2的第一區(qū)呈圓柱形，第二區(qū)呈喇叭狀或圓臺(tái)形。
[0022]參見圖1至圖3，中心筒2置于外筒10內(nèi)。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，可將中心筒2固定安裝在外筒10內(nèi)部的中心位置，使中心筒2的外壁與外筒10的內(nèi)壁之間、以及中心筒2的底部與外筒10的底部之間均留有足夠的空間，從而使水流經(jīng)由第一循環(huán)口 4和第二循環(huán)口 3而在中心筒2的內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)時(shí)有足夠的空間。
[0023]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，可在反應(yīng)容器內(nèi)安裝有呈圓錐體狀的導(dǎo)流板5，圓錐體的頂部對(duì)準(zhǔn)第一循環(huán)口 4和/或第二循環(huán)口 3。例如，當(dāng)?shù)诙h(huán)口 3設(shè)于中心筒2的底部時(shí)，可將導(dǎo)流板5固定安裝在外筒10的底部，并使圓錐體的頂部對(duì)準(zhǔn)第二循環(huán)口 3，從而可以更好地平穩(wěn)過(guò)渡經(jīng)由第二循環(huán)口 3的水流。
[0024]用于生長(zhǎng)產(chǎn)電微生物的陽(yáng)極12置于反應(yīng)容器內(nèi)。作為本發(fā)明的兩種實(shí)施方式，陽(yáng)極12可在中心筒2內(nèi)(圖中未示出)，或者在外筒10的內(nèi)壁與中心筒2的外壁之間的區(qū)域(如圖1至圖3所示)?？稍谕馔?0和/或中心筒2內(nèi)接種有產(chǎn)電微生物的厭氧污泥，從而使得反應(yīng)容器內(nèi)為厭氧環(huán)境。
[0025]陽(yáng)極12可選用的導(dǎo)電材料為碳紙、碳布、碳租、石墨租、石墨板