蚯蚓微生物燃料电池反应器

1.本发明涉及污泥处理技术领域，特别是涉及蚯蚓微生物燃料电池反应器。


背景技术：

2.污泥主要是污水处理厂在进行污水处理时产生的，组成复杂，来源于初沉池、二沉池等污水处理厂建筑物，它含有固体絮状物，有机残留物，重金属元素，有毒有害物质如病原菌、寄生虫等。但是，污泥中还含有植物生长所需的元素，污泥的合理处置可以带来良好的农业价值，提高土壤的肥力等，因此污泥的资源化再利用是目前污泥处理处置的发展主要趋势。
3.在污泥的资源化再利用中，蚯蚓生物滤池是主流的处理方式之一，即在生物滤池的基础上，添加了蚯蚓分解层，蚯蚓的生存活动可以使土壤蓬松，分泌的粘液可以使土壤湿润，提高土壤的透水性能和透气性能，还吞噬消化有机物并排出粪便以促进微生物的生长繁殖，通过二者的结合提高污泥的处理效果及处理效率。但是由于蚯蚓生物滤池无法对ph值等一些条件进行调节，因此现有的蚯蚓生物滤池会存在蚯蚓的生长率下降，活性降低，进而导致滤池内微生物生长繁殖速率降低，微生物种类降低等一系列问题，也就导致了对污泥中有机物祛除率降低，对污泥的处理效率降低。
4.因此，亟需设计蚯蚓微生物燃料电池反应器，用以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供蚯蚓微生物燃料电池反应器，包括：
6.外桶体，所述外桶体底端固接有蠕动泵；
7.反应机构，所述反应机构包括柱状反应部和多数据采集器，所述柱状反应部可拆卸连接在所述外桶体内，所述蠕动泵的出料端位于所述柱状反应部的正上方，所述柱状反应部与所述多数据采集器电性连接；
8.电动搅拌机构，所述电动搅拌机构包括动力传输部和搅拌部，所述动力传输部位于所述外桶体的上方，所述动力传输部与所述外桶体外壁可拆卸连接，所述搅拌部设置有若干个，若干所述搅拌部均位于所述外桶体和所述柱状反应部之间，若干所述搅拌部均与所述动力传输部固接。
9.优选的，所述柱状反应部包括内桶体，所述内桶体内固接有第一隔板，所述第一隔板将所述内桶体分成阴极室和阳极室，所述阴极室位于所述阳极室的上方，且所述阴极室的容积小于所述阳极室的容积，所述阴极室与所述阳极室连通，所述阳极室底端开设有若干第三通孔，所述阴极室和所述阳极室内均填充有粘土陶粒，并在所述阴极室内投放若干蚯蚓，所述阴极室外壁贯穿开设有若干透气孔，所述阴极室内放置有阴极，所述阳极室内放置有阳极，所述阴极和所述阳极均与所述多数据采集器电性连接。
10.优选的，所述阴极室内壁固接有两第二隔板，将所述阴极室由上至下等间隔分为三层，所述阴极室的三层内均填充有所述粘土陶粒，所述蚯蚓投放在所述阴极室的第一层，
所述阴极室相邻的两层连通，所述阴极室的每层外壁均开设有若干所述透气孔，所述阴极放置在所述阴极室的第三层内，所述阳极放置在所述阳极室的中部。
11.优选的，所述阴极为石墨纤维刷，所述阳极为钛丝。
12.优选的，所述搅拌部包括第一转轴，所述第一转轴与所述动力传输部固接，所述第一转轴上固接有第二搅拌组件，所述第二搅拌组件的上方设置有若干第一搅拌组件，若干所述第一搅拌组件沿竖直方向等间隔设置，所述第二搅拌组件的下方设置有若干第三搅拌组件，若干所述第三搅拌组件沿竖直方向等间隔设置。
13.优选的，所述第二搅拌组件包括若干第二搅拌桨，若干所述第二搅拌桨沿周向等间隔分布，若干所述搅拌桨均与所述第一转轴固接，所述第二搅拌桨呈螺旋状，且第二搅拌桨由上至下逐渐变宽。
14.优选的，所述第一搅拌组件包括若干第一搅拌桨，所述第一搅拌桨位于所述第二搅拌桨的上方，若干所述第一搅拌桨沿周向等间隔分布，若干所述第一搅拌桨均与所述第一转轴固接，且若干所述第一搅拌桨倾斜设置。
15.优选的，所述第三搅拌组件包括若干第三搅拌桨，所述第三搅拌桨位于所述第二搅拌桨的下方，若干所述第三搅拌桨沿周向等间隔分布，若干所述第三搅拌桨均与所述第一转轴固接，若干所述第三搅拌桨倾斜设置，且所述第三搅拌浆与所述第一搅拌桨的倾斜方向相反。
16.优选的，所述动力传输部包括连接块，所述连接块与所述外桶体外壁可拆卸连接，所述连接块底端开设有凹槽，所述凹槽侧壁固接有内齿轮，所述凹槽深处内壁转动连接有第二外齿轮，所述凹槽深处内壁开设有环形槽，所述环形槽内滑接有若干滑块，若干所述滑块底端均固接有第一外齿轮，所述第一外齿轮底端固接有第一转轴，所述第一外齿轮位于所述内齿轮和所述第二外齿轮之间，且所述内齿轮和所述第二外齿轮均与所述第一外齿轮相啮合，所述连接块顶端固接有电机，所述第二外齿轮与所述电机传动连接。
17.优选的，所述内桶体外壁绕设有若干电加热丝，所述阴极室内放置有温度传感器，所述温度传感器与所述多数据采集器电性连接。
18.本发明公开了以下技术效果：
19.本发明的柱状反应部将微生物电化学与蚯蚓生物滤池相结合，以污泥中的有机物作为微生物燃料电池的底物，提高其降解效率，电化学的环境提高了蚯蚓的生长率以及呼吸代谢强度，因此能够更好的提高对污泥处理的效果。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明蚯蚓微生物燃料电池反应器的结构示意图；
22.图2为图1中a的放大图；
23.图3为图1中b的放大图；
24.图4为图1中c的放大图；
25.图5为图1中d的放大图；
26.图6为图1中e的放大图；
27.图7为第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨的结构示意图；
28.图8为透气孔的结构示意图；
29.图9为连接板与外筒体的连接结构示意图；
30.图10为动力传输部的仰视图；
31.其中，1、电机；2、连接块；3、滑块；4、第一外齿轮；5、第一转轴；6、连接杆；7、外桶体；8、第一搅拌桨；9、第二搅拌桨；10、第三搅拌桨；11、阴极；12、阳极；13、内桶体；14、蠕动泵；15、多数据采集器；16、内齿轮；17、环形槽；18、第二外齿轮；19、穿线孔；20、温度传感器；21、第三外齿轮；22、第四外齿轮；23、第二转轴；24、透气孔；25、电加热丝；26、第一隔板；27、第一通孔；28、第二隔板；29、第二通孔；30、第三通孔；31、支撑脚；32、连接板。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一机构分实施例，而不是全机构的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
34.参照图1-10，本发明提供蚯蚓微生物燃料电池反应器，包括：
35.外桶体7，外桶体7底端固接有蠕动泵14；
36.反应机构，反应机构包括柱状反应部和多数据采集器15，柱状反应部可拆卸连接在外桶体7内，蠕动泵14的出料端位于柱状反应部的正上方，柱状反应部与多数据采集器15电性连接；
37.电动搅拌机构，电动搅拌机构包括动力传输部和搅拌部，动力传输部位于外桶体7的上方，动力传输部与外桶体7外壁可拆卸连接，搅拌部设置有若干个，若干搅拌部均位于外桶体7和柱状反应部之间，若干搅拌部均与动力传输部固接。
38.进一步的，柱状反应部包括内桶体13，内桶体13内固接有第一隔板26，第一隔板26将内桶体13分成阴极室和阳极室，阴极室位于阳极室的上方，且阴极室的容积小于阳极室的容积，阴极室与阳极室连通，阳极室底端开设有若干第三通孔30，阴极室和阳极室内均填充有粘土陶粒，并在阴极室内投放若干蚯蚓，阴极室外壁贯穿开设有若干透气孔24，阴极室内放置有阴极11，阳极室内放置有阳极12，阴极11和阳极12均与多数据采集器15电性连接。
39.选用粘土陶粒作为填料，因为粘土陶粒具有稳定的化学性质、均匀的粒径，适合微生物生长的优点，在阴极室内投放蚯蚓，蚯蚓通过自身的蠕动改变污泥的孔隙率，破碎污泥增大污泥接触空气的表面积，提高了空气的流动性，同时通过配合阴极室外壁开设的若干透气孔24，增加了好氧微生物生存所需的氧气浓度，为好氧细菌分解污泥内的物质提供了良好的条件，改变孔隙率还能够提高污泥在柱状反应部内的流动性，蚯蚓还能吞噬消化有机物，促进有机物的降解，蚯蚓排出的粪便被微生物进行分解，同时微生物也分解污泥中的有机物进行生长繁殖，从而覆盖在粘土陶粒的表面繁殖形成生物膜，通过蚯蚓及吞噬生物
膜的作用下，微生物的更新换代得以加快，在两者的协同作用下，实现污泥的减量处理，而且由于蚯蚓肠道中含有多种菌群，因此排出的粪便也会含有多种细菌，能够提高柱状反应部内的微生物的种类。
40.通过设置阴极11和阳极12，能够形成燃料电池，以达到改变柱状反应部内ph值等的目的，实现对柱状反应部内生存条件调节的目的，提高蚯蚓的生长率及新陈代谢，进而更好的使微生物进行生长繁殖，以实现更好的污泥处理的效果，同时还能够产生电压，有更高的能量回收利用率。
41.进一步的，内桶体13由玻璃制成。
42.进一步的，第一隔板26由塑料制成，第一隔板26为上贯穿开设有若干第一通孔27，且为了防止蚯蚓通过第一通孔27进入阳极室，若干第一通孔27无法使蚯蚓通过。
43.进一步的，内桶体13底端固接有若干支撑脚31，支撑脚31通过螺栓与外桶体7底端内壁可拆卸连接。
44.进一步的，阴极室内壁固接有两第二隔板28，将阴极室由上至下等间隔分为三层，阴极室的三层内均填充有粘土陶粒，蚯蚓投放在阴极室的第一层，阴极室相邻的两层连通，阴极室的每层外壁均开设有若干透气孔24，阴极11放置在阴极室的第三层内，阳极12放置在阳极室的中部。
45.进一步的，第二隔板28上贯穿开设有若干第二通孔29，第二通孔29能够使蚯蚓通过，第二通孔29能够使蚯蚓通过，因此即使是将蚯蚓投放在阴极室的第一层，蚯蚓也能通过第二通孔29进入阴极室的第二层和第三层。
46.进一步的，阴极室每一层外壁上开设的透气孔24孔径和孔距均相同，且相邻两排的透气孔24交错设置。
47.进一步的，阴极11为石墨纤维刷，阳极12为钛丝。
48.进一步的，搅拌部包括第一转轴5，第一转轴5与动力传输部固接，第一转轴5上固接有第二搅拌组件，第二搅拌组件的上方设置有若干第一搅拌组件，若干第一搅拌组件沿竖直方向等间隔设置，第二搅拌组件的下方设置有若干第三搅拌组件，若干第三搅拌组件沿竖直方向等间隔设置。
49.进一步的，第二搅拌组件包括若干第二搅拌桨9，若干第二搅拌桨9沿周向等间隔分布，若干搅拌桨均与第一转轴5固接，第二搅拌桨9呈螺旋状，且第二搅拌桨9由上至下逐渐变宽。
50.进一步的，第一搅拌组件包括若干第一搅拌桨8，第一搅拌桨8位于第二搅拌桨9的上方，若干第一搅拌桨8沿周向等间隔分布，若干第一搅拌桨8均与第一转轴5固接，且若干第一搅拌桨8倾斜设置。
51.进一步的，第三搅拌组件包括若干第三搅拌桨10，第三搅拌桨10位于第二搅拌桨9的下方，若干第三搅拌桨10沿周向等间隔分布，若干第三搅拌桨10均与第一转轴5固接，若干第三搅拌桨10倾斜设置，且第三搅拌桨10与第一搅拌桨8的倾斜方向相反。
52.进一步的，第一搅拌浆和第三搅拌桨10朝向转动方向的一侧均开设有刀刃。
53.动力传输部带动第一转轴5转动时，由于第一搅拌桨8和第三搅拌桨10均倾斜设置，能够减少在转动时受到的阻力，同时还能起到较好的搅拌的效果，第一搅拌桨8和第二搅拌桨9上均开设有刀刃，能够对结块的污泥记性破碎，以达到更好的搅拌效果，防止污泥
沉降，保证污泥的流动性，第二搅拌桨9设置成螺旋状能够在转动时带动底层的污泥向上层移动，将底层的污泥与上层的污泥进行混合，避免由于蠕动泵14设置在底部而导致送入内桶体13的污泥均为底层的污泥，保证对污泥处理的效果，同时第二搅拌桨9由上至下逐渐变宽，是由于位于下方的第二搅拌桨9需要将使更多的污泥能够往上层运输，而上层的污泥无需再过多的向上层运输，保障上下层污泥搅拌混合的效果。
54.进一步的，动力传输部包括连接块2，连接块2与外桶体7外壁可拆卸连接，连接块2底端开设有凹槽，凹槽侧壁固接有内齿轮16，凹槽深处内壁转动连接有第二外齿轮18，凹槽深处内壁开设有环形槽17，环形槽17内滑接有若干滑块3，若干滑块3底端均固接有第一外齿轮4，第一外齿轮4底端固接有第一转轴5，第一外齿轮4位于内齿轮16和第二外齿轮18之间，且内齿轮16和第二外齿轮18均与第一外齿轮4相啮合，连接块2顶端固接有电机1，第二外齿轮18与电机1传动连接。
55.进一步的，连接块2顶端转动连接有第二转轴23，第二转轴23底端贯穿连接块2与第二外齿轮18同轴固接，第二转轴23顶端固接有第四外齿轮22，第四外齿轮22一侧设置有第三外齿轮21，第三外齿轮21与连接块2转动连接，第三外齿轮21与第四外齿轮22相啮合，电机1位于第三外齿轮21的上方，电机1的输出轴与第三外齿轮21同轴固接。
56.电机1转动带动与之同轴固接的第三外齿轮21转动，第三外齿轮21转动带动与之啮合的第四外齿轮22转动，第四外齿轮22通过第二转轴23带动第二外齿轮18转动，第二外齿轮18转动时由于内齿轮16和环形槽17的限制作用，第一外齿轮4绕环形槽17公转的同时第一外齿轮4也进行自转，因此能够更好的对外桶体7与内桶体13之间的污泥进行搅动，防止污泥沉淀，保持污泥的流动性。
57.进一步的，为了方便进行布线，第二转轴23、第二外齿轮18、第四外齿轮22上均贯穿开设有穿线孔19，且三个穿线孔19同轴设置。
58.进一步的，若干滑块3沿周向等间隔分布
59.进一步的，连接块2外壁固接有若干连接杆6，若干连接杆6沿周向等间隔设置，连接杆6的末端固接有连接板32，链接板通过螺栓与外桶体7外壁可拆卸连接。
60.进一步的，内桶体13外壁绕设有若干电加热丝25，阴极室内放置有温度传感器20，温度传感器20与多数据采集器15电性连接。
61.通过设置温度传感器20能够监测内桶体13内的温度，通过设置电加热丝25在内桶体13的内部温度过低时进行加热，使内桶体13的温度保持在适合微生物和蚯蚓生存的温度。
62.使用方式：先将透气孔24用纱布堵住，防止蚯蚓因为不适应环境而逃跑，向阴极室内投放蚯蚓，启动动力传输部，使搅拌部二十四小时对污泥进行搅拌，保证污泥的流动性，并在外桶体7内投入一定量的原污泥，蠕动泵14将外桶体7底部的污泥运输至柱状反应部的上方并投入柱状反应部内，污泥经过阴极室内的蚯蚓及好氧微生物的处理，然后到达阳极室，经阳极室内厌氧微生物的处理，并最终由第三通孔30排入外桶体7，往复如此实现污泥的内循环，之后每天投放定量的经过稀释后的污泥，培养一定天数待蚯蚓种群稳定后且在柱状反应部内形成足量的微生物膜时，将纱布取出，然后定期定量的向外桶体7内投放污泥，通过反应器对污泥进行处理，设置阴极11和阳极12，能够形成燃料电池，进而产生电压，有更高的能量回收利用率。
63.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
64.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。