湿地型微生物燃料电池反应器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种湿地型微生物燃料电池反应器，其包括呈空心圆柱体形状且底端封闭的筒体，在筒体内通过填充不同的材料形成了阴极层和阳极层，阴极层位于阳极层的上方，且阴极层与阳极层之间以及阳极层与筒体底面之间设置有砾石层。筒体底端固定连接有延伸出其外圆柱面的连接凸台，筒体的顶端敞开，沿筒体顶端外围设置有防止筒体内液体溢出的排水槽。在筒体的侧壁上设置有水样管和微生物样管，微生物样管位于筒体内的一端设置有斜面朝上的斜切口。解决了现有技术中对湿地型微生物燃料电池反应器采样效果不佳且采样操作繁琐的问题。

【技术实现步骤摘要】
湿地型微生物燃料电池反应器
本技术涉及环境与新能源
，特别是涉及一种湿地型微生物燃料电池反应器。
技术介绍
随着经济的发展，社会的进步，能源节约已经成为必然和社会共识。微生物燃料电池作为新型的污水处理技术，对于可再生能源的替代找到了突破口。该技术既能产生清洁能源又可以处理具有复杂成分的污水。微生物燃料电池是在微生物的作用下将有机物中的化学能转化为电能的装置。现有的湿地型微生物燃料电池反应器由于其本身结构的限制，其采集水样时往往忽略了水流的抽吸作用，其采集到的水样仅仅是壁面处的水样，而中间的水样没有被采集到，从而导致分析结果出现错误。在微生物样本采集过程中，通常需要在反应器的整个运行周期结束后将反应器拆开进行采样，使其操作过于繁琐。
技术实现思路
针对现有技术中的上述问题，本技术提供了一种湿地型微生物燃料电池反应器，解决了现有技术中对湿地型微生物燃料电池反应器采样效果不佳且采样操作繁琐的问题。为了达到上述专利技术目的，本技术采用的技术方案如下：提供一种湿地型微生物燃料电池反应器，其包括呈空心圆柱体形状且底端封闭的筒体，在筒体内设置有阴极层和阳极层，阴极层和阳极层通过填充易于微生物生长附着和导电性良好的材质形成。阴极层位于阳极层的上方，且阴极层与阳极层之间以及阳极层与筒体底面之间设置有砾石层，阴极层与阳极层通过反应液导通。筒体底端固定连接有延伸出其外圆柱面的连接凸台，连接凸台上均布有沿筒体轴向方向贯穿的螺栓孔，筒体的顶端敞开，沿筒体顶端外围设置有收集筒体内溢出液体的排水槽，排水槽的底部设置有出水口，出水口内设置有遇水膨胀的塞子。在筒体的侧壁上设置有若干沿其轴向间隔分布的且用于引出筒体内水样本的水样管，水样管上安装有球阀，在阴极层和阳极层对应的筒体壁上设置有用于引出微生物样本的微生物样管，微生物样管位于筒体外的一端连接有堵头，微生物样管位于筒体内的一端设置有斜面朝上的斜切口，筒体底部设置有进水管。进一步地，斜切口的切面与水平面之间的夹角为15°～45°。此角度范围内所成的斜切口能够最大程度地接受填充材料中的微生物，保证采样的准确性。进一步地，水样管位于筒体外的一端连接有宝塔接头。在水样管需要延长才能顺利将水样送入容器内的情况下，宝塔接头可以很方便地连接和拆卸软管来满足要求。进一步地，水样管和微生物样管均延伸到其对应的取样面的中心位置，使采集到的样本更具有代表性，以避免水样管和微生物管过短所采集到仅仅为靠近筒壁的样本，从而使采样分析的结果更准确。进一步地，筒体、水样管和微生物样管均为有机玻璃管。有机玻璃管具有机械强度高、透明性高的特点，可以保证水样管和微生物样管在反应器里不会因为受到的压强过高而碎裂，高透明性可以方便操作人员观察内部的采样情况。进一步地，堵头为螺纹上设置有密封胶层的螺纹堵头。在不需要采样时，设置有密封胶层的螺纹堵头可以防止空气中的杂质进入微生物样管中，对采样造成干扰。与现有技术中的湿地型微生物燃料电池反应器相比，本技术的有益效果为：结构简单、设计合理，底部设置的连接凸台与其他装置上对应的连接部螺纹连接，实现了本装置的牢固固定，保证了本装置的稳定性，排出了由于装置不稳定给实验结果造成的影响。水样管和微生物样管的排布合理，管道长短安装均设计合适，根据不同取样管的不同使用情况选取不同的密封方式使取样过程简单、易操作，并且保证了所取样品的准确性。微生物样管通过斜切口的设置使微生物能够自动掉入微生物样管中，减少了现有技术中拆解反应器采集微生物样品的次数。排水槽的设置避免了筒体内的反应液体溢出本反应器外，将筒体内的反应液体收集到排水槽中，通过出水口统一且可控制地排出。出水口内设置有遇水膨胀的塞子，可以在接触水后使出水口的密封增强，避免了反应液体从出水口中漏出，增加了本反应器的使用可靠性。附图说明图1为湿地型微生物燃料电池反应器示意图。其中，1、筒体；11、阴极层；12、阳极层；13、砾石层；2、连接凸台；21、螺栓孔；3、排水槽；31、出水口；32、塞子；4、水样管；41、球阀；42、宝塔接头；5、微生物样管；51、斜切口；53、堵头；6、进水管；7、湿地型植物。具体实施方式下面对本技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本技术，但应该清楚，本技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本技术构思的专利技术创造均在保护之列。微生物燃料电池的主要原理为：微生物的呼吸作用是通过细胞内一系列的氧化还原反应获得能量的过程。微生物通过呼吸作用，催化分解可以生化降解的有机物或氧化有机物，还原电子受体，获得合成三磷酸腺苷(ATP)的能量。电子通过电子传递链从还原剂传递给氧化剂，质子被泵到细胞内壁的外侧，从而产生质子驱动力，ATP即由此产生。呼吸链中电子供体与电子受体之间的电位差越大，反应的吉布斯自由能变越大，更多的ATP就能被合成，细菌就可以获得更多的能量。因此，微生物会在其能力范围内尽最大可能选择电势最高且可用的电子受体来获得能量增益。在电极存在时，微生物就可以利用电极引导电子传递与收集电子，为微生物提供附着点，催化有机物的降解，从而产生的电子通过电极传递到阴极。如图1所示，本方案中为湿地型微生物燃料电池反应器，因为在反应器顶部有种植湿地型植物7而得名。种植的湿地型植物的根部位于阴极层和紧邻阴极层的砾石层中，可以产生更多的微生物，进一步提升该反应器的净水能力。该湿地型微生物燃料电池反应器包括呈空心圆柱体形状的筒体1，筒体1的材质为有机玻璃。筒体1底端封闭且设置有延伸出其外圆柱面的连接凸台2，连接凸台2上均布有四个沿筒体轴向方向贯穿的螺栓孔21。筒体1的顶端敞开，沿筒体顶端外围密封粘接有防止筒体内液体溢出的排水槽3，排水槽3为侧壁高于筒体侧壁的圆环形槽，其底部最低处开有出水口31。出水口31内紧配合安装有遇水膨胀的塞子32，该塞子采用遇水膨胀的橡胶制成，可以在遇水后体积轻微增大，来增加密封效果的作用。筒体1底部设置有进水管6。在筒体1内设置有阴极层11和阳极层12，阴极层11位于阳极层12的上方，且阴极层11与阳极层12之间以及阳极层12与筒体1底面之间设置有砾石层13，阴极层11与阳极层12之间通过钛丝导通。砾石层13的主要物质为石英砂，用来支撑上层填料和隔开阴极层11与阳极层12的作用。微生物燃料电池的阳极需要具有较好生物相容性的导电材料作为电极材料，阳极层12内填充厚度是阴极层11两倍的颗粒活性炭，阳极接种污水处理厂的厌氧浓缩污泥，该污泥中的菌种经过葡萄糖营养液驯化培养后作为接种污泥。反应器中供给的基质为葡萄糖溶液，整个体系在15℃～20℃条件下运行。阳极层12中间放置有直径1毫米的钛丝，用来连接外界电路。空气中的氧气被认为是最适合微生物燃料电池工程应用的电子受体。但由于氧气电化学催化还原的过电位较高且氧气还原时反应只能在气液固三相界面上发生，所以选择颗粒活性炭作为氧气还原反应的催化剂，活性炭表面的较大比表面积使得活性炭能够产生一定的催化电流，足以用于对电流密度要求不高的微生物燃料电池系统。阴极层11位于筒体顶部，与空气接触，填充物为颗粒活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿地型微生物燃料电池反应器，其特征在于，包括呈空心圆柱体形状且底端封闭的筒体(1)，在所述筒体(1)内设置有阴极层(11)和阳极层(12)，所述阴极层(11)位于所述阳极层(12)的上方，且阴极层(11)与阳极层(12)之间以及阳极层(12)与筒体(1)底面之间设置有砾石层(13)，所述阴极层(11)与所述阳极层(12)通过反应液导通；所述筒体(1)底端固定连接有延伸出其外圆柱面的连接凸台(2)，所述连接凸台(2)上均布有沿筒体轴向方向贯穿的螺栓孔(21)，所述筒体(1)的顶端敞开，沿筒体顶端外围设置有收集筒体内溢出液体的排水槽(3)，所述排水槽(3)的底部设置有出水口(31)，所述出水口(31)内设置有遇水膨胀的塞子(32)；在所述筒体(1)的侧壁上设置有若干沿其轴向间隔分布的且用于引出筒体内水样本的水样管(4)，所述水样管(4)上安装有球阀(41)，在所述阴极层(11)和阳极层(12)对应的筒体壁上设置有用于引出微生物样本的微生物样管(5)，所述微生物样管(5)位于筒体外的一端连接有堵头(53)，所述微生物样管(5)位于筒体内的一端设置有斜面朝上的斜切口(51)，所述筒体(1)底部设置有进水管(6)。...

【技术特征摘要】
1.一种湿地型微生物燃料电池反应器，其特征在于，包括呈空心圆柱体形状且底端封闭的筒体(1)，在所述筒体(1)内设置有阴极层(11)和阳极层(12)，所述阴极层(11)位于所述阳极层(12)的上方，且阴极层(11)与阳极层(12)之间以及阳极层(12)与筒体(1)底面之间设置有砾石层(13)，所述阴极层(11)与所述阳极层(12)通过反应液导通；所述筒体(1)底端固定连接有延伸出其外圆柱面的连接凸台(2)，所述连接凸台(2)上均布有沿筒体轴向方向贯穿的螺栓孔(21)，所述筒体(1)的顶端敞开，沿筒体顶端外围设置有收集筒体内溢出液体的排水槽(3)，所述排水槽(3)的底部设置有出水口(31)，所述出水口(31)内设置有遇水膨胀的塞子(32)；在所述筒体(1)的侧壁上设置有若干沿其轴向间隔分布的且用于引出筒体内水样本的水样管(4)，所述水样管(4)上安装有球阀(41)，在所述阴极层(11)和阳极层(12)对应的筒体壁上设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张可，陈剑，罗鸿兵，陈伟，陈佳，汪静婷，
申请(专利权)人：四川农业大学，
类型：新型
国别省市：四川,51