一种用于废水处理的生物燃料电池

1.本发明涉及生物燃料电池领域，尤其涉及一种用于废水处理的生物燃料电池。


背景技术：

2.生物燃料电池是一种既能去除污染物，又能回收电能的技术，具有良好的发展前景。
3.申请号为20161b972.3的中国专利，通过自发电化学作用将硫化物氧化成硫单质覆盖于阳极表面，从而实现硫回收，并将硫化物氧化所产生的电子通过外电路传递到阴极以实现电能回收；阳极室出水进入阴极室后，在微生物的催化作用下以氧作为电子受体氧化外电路传递过来的电子，同时将废水中的氨氮氧化成硝态氮，为之后的反硝化脱氮做准备，该发明从含硫废水中回收了硫和能量，但其在具体实施过程中，将磁力搅拌器放置在阳极室底部，然后直接将废水通入阳极室，磁力搅拌器自身有一定的能耗，不符合生物燃料电池绿色节能的本质目的，同时搅拌效果有限，而且废水中的硫化物具有一定的腐蚀性，对于磁力搅拌器的伤害极大，大幅降低了使用寿命；其次，其在阴极室的曝气过程中，存在曝气不均匀的问题，而且由于需要用到活性污泥，废水表层容易出现死泥等，无法及时清理，而且如果死泥量大，极大程度上降低曝气效果，影响生物燃料电池的正常工作。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种绿色环保、反应充分、装置简单，不存在腐蚀问题，曝气效果好，死泥可以及时清理的生物燃料电池。
5.为达到上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于废水处理的生物燃料电池，包括有安装柱、反应器、质子交换膜、进水管、阳极材料、第一铜导线、电路架、阴极材料和第二铜导线；安装柱设置有四个；四个安装柱上侧安装有反应器；反应器中部连接有质子交换膜；质子交换膜将反应器分隔为阳极室和阴极室；反应器左方设置有进水管；反应器的阳极室内设置有阳极材料；反应器的阴极室内设置有阴极材料；阳极材料上连接有第一铜导线；阴极材料上连接有第二铜导线；第一铜导线与第二铜导线之间设置有电路架，并且电路架内设置有电阻；还包括有水驱机构、电磁搅拌机构和曝气溢流机构；进水管前侧安装有利用水流驱动，产生动力的水驱机构；水驱机构上安装有通过电磁产生涡电流，进而对含硫污水进行搅拌的电磁搅拌机构；电磁搅拌机构连接反应器；反应器的阴极室内安装有用于曝气和溢流除死泥的曝气溢流机构。
6.进一步地，水驱机构包括有流速提升管、连接仓、流通管、连接架、第一转轴和涡轮扇叶；进水管下侧前部连通有流速提升管；流速提升管前侧连通有空心结构的连接仓；连接仓前侧与反应器的阳极室下侧之间连通有流通管；连接仓右侧固接有连接架；连接架上转动连接有第一转轴；第一转轴的左侧贯穿连接仓，并且第一转轴的左侧固接有涡轮扇叶；涡轮扇叶位于连接仓的内部；第一转轴右侧连接电磁搅拌机构；连接架连接电磁搅拌机构。
7.进一步地，进水管设置为l形，形成水流落差。
8.进一步地，流速提升管设置为圆锥管，并且后方开口大，前方开口小。
9.进一步地，阳极材料和阴极材料采用石墨棒，并且阳极材料表面设置为凹凸不平的波浪状。
10.进一步地，电磁搅拌机构包括有第一锥齿轮、第二转轴、第二锥齿轮、第一强磁体、第二强磁体、第一线圈、第二线圈、第三转轴、防护管、第四转轴、第三锥齿轮、搅拌叶和第四锥齿轮；第一转轴外表面右侧固接有第一锥齿轮；连接架右侧转动连接有第二转轴；第二转轴上固接有第二锥齿轮；第二锥齿轮啮合第一锥齿轮；第二转轴下侧固接有若干个环形阵列设置的第一强磁体；第二转轴下侧固接有若干个环形阵列设置的第二强磁体；反应器左侧上部固接有三个环形阵列设置的防护管；反应器左侧上部转动连接有三个环形阵列设置的第三转轴；三个第三转轴上侧各固接有一个第二线圈；三个防护管内侧各转动连接有一个第四转轴；三个第四转轴上侧各固接有一个第一线圈；三个第四转轴上各固接有两个第三锥齿轮；三个防护管下侧各转动连接有两个搅拌叶；六个搅拌叶上各固接有一个第四锥齿轮；六个第四锥齿轮分别与相邻的第三锥齿轮啮合。
11.进一步地，若干个第一强磁体和若干个第二强磁体为使用同一圆心，但是位于不同直径的环形线上呈环形阵列设置，位于同一环形线上的第一强磁体的磁极呈错位设置，位于同一环形线上的第二强磁体磁极也呈错位设置。
12.进一步地，第三转轴上设置有若干旋转叶，第三转轴旋转叶对污水的搅拌为水平方向，搅拌叶对污水的搅拌为垂直方向。
13.进一步地，曝气溢流机构包括有溢流管、曝气主管、曝气头、气囊、气管、滤架、漂浮块、滤布和限位杆；反应器右侧上部连通有溢流管；反应器的阴极室下侧安装有曝气主管；曝气主管上安装有若干个曝气头；反应器的阴极室中部安装有气囊；气囊上连接有气管；气管贯穿反应器上侧；反应器的阴极室内部固接有三个环形阵列设置的限位杆；四个限位杆上各滑动连接有三个漂浮块上各固接有一个滤架；滤架由滤除部和收集部组成；滤架下侧安装有滤布；三个滤架靠近阴极室中心点的一面也均安装有一个漂浮块。
14.进一步地，曝气主管与曝气头之间垂直安装，并且若干个曝气头的安装高度均一致。
15.有益效果：本发明实现了将进水管设置为l形，形成水流落差，使得污水从进水管流出时，已经具有一定的能量，为了进一步增大该能量，当污水流经流速提升管，进入连接仓时，由于流速提升管设置为圆锥管，并且后方开口大，前方开口小，进而使得水流流速快速增大，使得水流在冲击涡轮扇叶时，对涡轮扇叶提供更大的能量，舍弃磁力搅拌器，简化了装置，避免了含硫污水腐蚀装置的问题，在不需要外部提供能量的情况下，利用污水流动提供能量，实现绿色环保；
16.通过第一线圈和第二线圈分别带动第三转轴旋转叶和第四转轴转动，进而通过第四转轴带动第三锥齿轮转动，然后第三锥齿轮带动第四锥齿轮转动，进一步通过第四锥齿轮带动搅拌叶转动，由于第三转轴旋转叶对污水的搅拌为水平方向，搅拌叶对污水的搅拌为垂直方向，进而对污水搅拌时，形成乱流，使得污水被充分搅拌，进而加快污水在阳极室的电化学反应；
17.阴极室底部内侧下部安装曝气主管，并且若干个曝气头与曝气主管之间垂直安装，而且若干个曝气头的安装高度均一致，进而确保曝气充氧的均匀性；
18.此时通过气管对气囊充气，使得气囊体积增大，进而使得污水水位上升，并且上升至溢流管的高度之后，污水表面的死泥则自动沿着溢流管排出，实现对死泥的溢流清理。
附图说明
19.从结合描绘本公开的各种实施方案的附图对本公开的各个方面详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：
20.图1为本发明的第一种立体结构示意图；
21.图2为本发明的俯视图；
22.图3为本发明的第二种立体结构示意图；
23.图4为本发明的电磁搅拌机构第一种立体结构示意图；
24.图5为本发明的电磁搅拌机构第二种立体结构示意图；
25.图6为本发明的部分俯视图；
26.图7为本发明的曝气溢流机构部分立体结构示意图。
27.附图标记说明：1-安装柱，2-反应器，201-阳极室，202-阴极室，3-质子交换膜，4-进水管，5-流速提升管，6-连接仓，7-流通管，8-溢流管，9-阳极材料，10-第一铜导线，11-电路架，12-阴极材料，13-第二铜导线，14-曝气主管，15-曝气头，16-气囊，17-气管，18-连接架，19-第一转轴，20-涡轮扇叶，21-第一锥齿轮，22-第二转轴，23-第二锥齿轮，24-第一强磁体，25-第二强磁体，26-第一线圈，27-第二线圈，28-第三转轴，29-防护管，30-第四转轴，31-第三锥齿轮，32-搅拌叶，33-第四锥齿轮，34-滤架，3401-滤除部，3402-收集部，35-漂浮块，36-滤布，37-限位杆。
具体实施方式
28.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
29.如图1-图7所示，一种用于废水处理的生物燃料电池，包括有安装柱1、反应器2、质子交换膜3、进水管4、阳极材料9、第一铜导线10、电路架11、阴极材料12和第二铜导线13；安装柱1设置有四个；四个安装柱1上侧安装有反应器2；反应器2中部连接有质子交换膜3；质子交换膜3将反应器2分隔为阳极室201和阴极室202；反应器2左方设置有进水管4；反应器2的阳极室201内设置有阳极材料9；反应器2的阴极室202内设置有阴极材料12；阳极材料9上连接有第一铜导线10；阴极材料12上连接有第二铜导线13；第一铜导线10与第二铜导线13之间设置有电路架11，并且电路架11内设置有电阻；
30.还包括有水驱机构、电磁搅拌机构和曝气溢流机构；进水管4前侧安装有水驱机构；水驱机构上安装有电磁搅拌机构；电磁搅拌机构连接反应器2；反应器2的阴极室202内安装有曝气溢流机构。
31.水驱机构包括有流速提升管5、连接仓6、流通管7、连接架18、第一转轴19和涡轮扇叶20；进水管4下侧前部连通有流速提升管5；流速提升管5前侧连通有空心结构的连接仓6；连接仓6前侧与反应器2的阳极室201下侧之间连通有流通管7；连接仓6右侧固接有连接架18；连接架18上转动连接有第一转轴19；第一转轴19的左侧贯穿连接仓6，并且第一转轴19的左侧固接有涡轮扇叶20；涡轮扇叶20位于连接仓6的内部；第一转轴19右侧连接电磁搅拌机构；连接架18连接电磁搅拌机构；污水流经连接仓6，利用水流驱动涡轮扇叶20，然后第一
转轴19与涡轮扇叶20同步转动，然后起到驱动电磁搅拌机构对污水进行搅拌。
32.进水管4设置为l形，形成水流落差。
33.流速提升管5设置为圆锥管，并且后方开口大，前方开口小。
34.阳极材料9和阴极材料12采用石墨棒，并且阳极材料9表面设置为波浪状，再通过电氧化处理，使其形成凹凸不平的结构，增大阳极的比表面积。
35.电氧化处理的具体步骤：把石墨棒至于含有20ml浓硫酸和20ml浓硝酸的混合液中，以20v的直流电压实施电氧化40分钟，氧化完之后用去离子水清洗至中性。
36.电磁搅拌机构包括有第一锥齿轮21、第二转轴22、第二锥齿轮23、第一强磁体24、第二强磁体25、第一线圈26、第二线圈27、第三转轴28、防护管29、第四转轴30、第三锥齿轮31、搅拌叶32和第四锥齿轮33；第一转轴19外表面右侧固接有第一锥齿轮21；连接架18右侧转动连接有第二转轴22；第二转轴22上固接有第二锥齿轮23；第二锥齿轮23啮合第一锥齿轮21；第二转轴22下侧固接有若干个环形阵列设置的第一强磁体24；第二转轴22下侧固接有若干个环形阵列设置的第二强磁体25；反应器2左侧上部固接有三个环形阵列设置的防护管29；反应器2左侧上部转动连接有三个环形阵列设置的第三转轴28；三个第三转轴28上侧各固接有一个第二线圈27；三个防护管29内侧各转动连接有一个第四转轴30；三个第四转轴30上侧各固接有一个第一线圈26；三个第四转轴30上各固接有两个第三锥齿轮31；三个防护管29下侧各转动连接有两个搅拌叶32；六个搅拌叶32上各固接有一个第四锥齿轮33；六个第四锥齿轮33分别与相邻的第三锥齿轮31啮合；通过第一强磁体24和第二强磁体25分别在第一线圈26和第二线圈27上转动，利用电磁原理，使得第一线圈26和第二线圈27转动，进而对污水进行搅拌。
37.若干个第一强磁体24和若干个第二强磁体25为使用同一圆心，但是位于不同直径的环形线上呈环形阵列设置，位于同一环形线上的第一强磁体24的磁极呈错位设置，位于同一环形线上的第二强磁体25磁极也呈错位设置。
38.第三转轴28上设置有若干旋转叶，第三转轴28旋转叶对污水的搅拌为水平方向，搅拌叶32对污水的搅拌为垂直方向。
39.曝气溢流机构包括有溢流管8、曝气主管14、曝气头15、气囊16、气管17、滤架34、漂浮块35、滤布36和限位杆37；反应器2右侧上部连通有溢流管8；反应器2的阴极室202下侧安装有曝气主管14；曝气主管14上安装有若干个曝气头15；反应器2的阴极室202中部安装有气囊16；气囊16上连接有气管17；气管17贯穿反应器2上侧；反应器2的阴极室202内部固接有三个环形阵列设置的限位杆37；四个限位杆37上各滑动连接有三个漂浮块35上各固接有一个滤架34；滤架34由滤除部3401和收集部3402组成；滤架34下侧安装有滤布36；三个滤架34靠近阴极室202中心点的一面也均安装有一个漂浮块35。
40.曝气主管14与曝气头15之间垂直安装，并且若干个曝气头15的安装高度均一致。
41.在对含硫污水，采用生物燃料电池的方式进行处理时，首先通过质子交换膜3将反应器2分隔为阳极室201和阴极室202，并且在阳极室201内设置多个阳极材料9，在阴极室202内设置阴极材料12，然后利用第一铜导线10、电路架11和第二铜导线13连接，使得在脱硫过程中产生电能，以下具体描述水驱过程、阳极室201电磁搅拌过程和阴极室202曝气及清理死泥的过程。
42.水驱过程，即舍弃磁力搅拌器，在不需要外部提供能量的情况下，利用污水流动提
供能量，实现绿色环保：污水的进水主管为进水管4，将进水管4设置为l形，形成水流落差，使得污水从进水管4流出时，已经具有一定的能量，为了进一步增大该能量，当污水流经流速提升管5，进入连接仓6时，由于流速提升管5设置为圆锥管，并且后方开口大，前方开口小，进而使得水流流速快速增大，使得水流在冲击涡轮扇叶20时，对涡轮扇叶20提供更大的能量，使得涡轮扇叶20受力之后的转速的最大值进一步提高，使得涡轮扇叶20有足够的转速驱动第二转轴22转动，最后污水从流通管7进入阳极室201，开始脱硫的电化学反应，该过程只需要在污水的流通过程中做出适当改变，即可产生具大的能量，以实现对第一锥齿轮21的驱动，并且通过第一锥齿轮21实现后续阳极室201内的电磁搅拌过程，以加快脱硫电化学反应的速率，更加绿色环保和节能，而且省去磁力搅拌器等不必要构件的安装，简化了装置，避免了含硫污水腐蚀装置的问题。
43.当污水进入阳极室201后，第一锥齿轮21带动第二锥齿轮23转动，然后通过第二锥齿轮23带动第二转轴22转动，然后第二转轴22带动若干个第一强磁体24和若干个第二强磁体25转动，由于若干个第一强磁体24和若干个第二强磁体25为使用同一圆心，但是位于不同直径的环形线上呈环形阵列设置，而且位于同一环形线上的第一强磁体24的磁极呈错位设置，位于同一环形线上的第二强磁体25磁极也呈错位设置，当第一强磁体24和若干个第二强磁体25持续转动，并且经过第一线圈26和第二线圈27时，在电磁驱动的作用下，使得第一线圈26和第二线圈27跟随转动，然后通过第一线圈26和第二线圈27分别带动第三转轴28旋转叶和第四转轴30转动，进而通过第四转轴30带动第三锥齿轮31转动，然后第三锥齿轮31带动第四锥齿轮33转动，进一步通过第四锥齿轮33带动搅拌叶32转动，由于第三转轴28旋转叶对污水的搅拌为水平方向，搅拌叶32对污水的搅拌为垂直方向，进而对污水搅拌时，形成乱流，使得污水被充分搅拌，进而加快污水在阳极室201的电化学反应，使得污水中的硫化物分解形成硫单质，并且吸附在阳极材料9表面，与此同时，为了进一步加快电化学反应，提高阳极材料9的吸附能力，防止阳极材料9表面吸附过多硫单质之后，其电化学反应速率下降，因此，将阳极材料9表面设置为波浪状并通过电氧化处理使表面凹凸不平，提高表面积和粗糙度，进而加快吸附能力和电化学反应的速率，提高处理能力。
44.阴极室202曝气及清理死泥的过程：在对阴极室202进行曝气时，为了使得曝气的均匀性，在阴极室202底部内侧下部安装曝气主管14，并且若干个曝气头15与曝气主管14之间垂直安装，而且若干个曝气头15的安装高度均一致，进而确保曝气充氧的均匀性，与此同时，由于在阴极室202内存在好氧污泥，通过微生物的催化作用下利用氧气氧化外电路传递来的电子并将废水中的氨氮氧化成硝氮，为后续反硝化脱氮做准备，但是好氧污泥自身的活性有限，在使用过程中，容易出现死泥，即污泥老化严重，飘到池体表面，形成死泥，如不及时清理，影响生物燃料电池的正常工作，为了实时打捞死泥，通过两个漂浮块35的浮力，对滤架34和滤布36提供浮力，使得滤架34和滤布36漂浮在污水上，但是此时滤架34下沉污水表面一定的深度，使得漂浮在污水表面的死泥在经过滤架34时，进入到滤除部3401和收集部3402内，然后通过滤除部3401对死泥进行过滤阻碍，然后收集部3402对死泥进行收集，此时死泥量少，可以进行过滤收集，如果死泥量过多，则无法通过过滤收集完全处理，需要采用溢流的方式，将污水表面的死泥溢流消除，此时通过气管17对气囊16充气，使得气囊16体积增大，进而使得污水水位上升，并且上升至溢流管8的高度之后，污水表面的死泥则自动沿着溢流管8排出，实现对死泥的溢流清理。
45.应当理解，以上的描述仅仅用于示例性目的，并不意味着限制本发明。本领域的技术人员将会理解，本发明的变型形式将包含在本文的权利要求的范围内。