CN113248008A - 实现微生物能量转化为电能的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了生物能源技术领域的实现微生物能量转化为电能的装置，包括污水池、送料装置和光合作用装置，污水池包括左侧的厌氧池和右侧的有氧池，厌氧池和有氧池之间安装有阳离子半透膜，厌氧池和有氧池上分别安装有阳极电极和阴极电极，阳极电极上设置有产电菌，光合作用装置两侧通过循环管分别与厌氧池和有氧池连接，光合作用装置还通过回气管与有氧池连接，厌氧池后侧安装有PH调节装置，通过送料装置配合电子显微镜头完成污水池的更换和螺旋输送结构在监控条件下及时送料，不断产生电流，PH调节装置时刻监控PH变化，同时可以方便注入PH调节剂，第一电机带动螺旋弹性钢丝在污水池内搅动，加快分解效率，提高整体发电速率。

Description

实现微生物能量转化为电能的装置

技术领域

本发明涉及生物能源技术领域，具体为实现微生物能量转化为电能的装置。

背景技术

微生物发电，即利用细菌的能量发电，细菌发电的主要原料包括葡萄糖以及果糖、蔗糖，甚至从木头和稻草中提取出来的含糖副产品的木糖等，都可以充当细菌发电的原料。细菌发电所用的糖完全可以用诸如锯末、桔秆、落叶等废有机物的水解物来替代，也可以利用分解化学工业废物如无用聚合物来发电，产生二氧化碳（导致温室效应的气体）等对空气造成污染的物质，但与使用矿物燃料所排出的废气相比，它对全球变暖的危害要低得多，故利用微生物发电是解决现有化石燃料发电造成污染问题的很好办法。

实际生产生活中例如CN204045676U公开了一种污水再利用微生物发电 装置，包括污水池，污水池包括厌氧池和有氧池，厌氧池和有氧池之间设置有阳离子半透膜；厌氧池中设置有阳极电极；有氧池中设置有阴极电极；阳极电极上设置有产电菌，阴极电极为氧化银固体；阳极电极与阴极电极通过外接电线与用电器相连接，阳极电极上的产电菌从污水中摄取有机物，将其氧化分解生成电子，电子被阳极电极接收后通过外接电线传递到阴极电极，产电菌在氧化有机物的过程中产生的质子通过阳离子半透膜从厌氧池渗透进好氧池，通过源源不断的电子流动产生电流，完成了污水的回收再利用；本装置具有结构简单、成本低廉、使用便捷，能量转化率高等优点，但是无法控制阳极的酸碱平衡，物料输入麻烦，不宜大规模使用，基于此，本发明设计了实现微生物能量转化为电能的装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供实现微生物能量转化为电能的装置，以解决上述背景技术中提出的现有装置无法控制阳极的酸碱平衡，物料输入麻烦的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：实现微生物能量转化为电能的装置，包括污水池、送料装置和光合作用装置，所述污水池包括左侧的厌氧池和右侧的有氧池，所述厌氧池和有氧池外壁底部均安装有带手动阀门的排放管，所述厌氧池和有氧池之间安装有阳离子半透膜，所述厌氧池与送料装置之间通过管道安装有电动闸阀，所述厌氧池和有氧池上分别安装有阳极电极和阴极电极，所述阳极电极和阴极电极外端之间通过导线连接有用电器，所述阳极电极上设置有产电菌，所述厌氧池和有氧池上还安装有补水管，所述补水管上安装有电磁阀，所述光合作用装置两侧通过循环管分别与厌氧池和有氧池连接，所述光合作用装置还通过回气管与有氧池连接，所述厌氧池后侧安装有PH调节装置；

所述送料装置包括顶部设置密封盖的锥形罐体，所述锥形罐体的顶部安装有抽真空装置，所述锥形罐体的底部通过防漏轴承安装有第二电机，所述第二电机的电机轴延伸到锥形罐体内腔且安装有动力衔接装置，所述动力衔接装置顶部安装有搅拌器，所述动力衔接装置的右侧与锥形罐体之间安装有螺旋输送结构；

所述PH调节装置包括内部倾斜设置的第一密封箱，所述第一密封箱的内侧最低处相通密封安装有连接弯管，所述连接弯管上安装有PH计，所述第一密封箱的内侧最高处安装有第一电机，所述第一电机的电机轴设置有贯穿于连接弯管的螺旋弹性钢丝，所述螺旋弹性钢丝外壁设置有绝缘层，所述PH计信号连接有PLC控制器，所述PLC控制器信号连接有液位传感器、真空度传感器、报警器、抽真空装置、电磁阀、电动闸阀、第一电机和第二电机，所述液位传感器和真空度传感器分别安装在污水池和锥形罐体内腔顶部。

优选的，所述有氧池上的透气管顶部安装有遮雨帽，减少雨水进入。

优选的，所述动力衔接装置包括密封盒，所述搅拌器低端和螺旋输送结构的螺杆外端均安装有摩擦凹块，所述密封盒的内壁上下相反交错固定有一对L型板，所述L型板的内壁滑动安装有移动板，所述移动板与L型板内壁之间安装有电插锁，所述电插锁与PLC控制器信号连接，左侧所述L型板和右侧所述L型板上分别竖直和水平转动安装有第一转轴和第二转轴，所述第一转轴和第二转轴外端均轴向滑动安装有与摩擦凹块匹配的摩擦凸块，所述摩擦凸块通过轴承与移动板连接，所述第一转轴和第二转轴外壁之间通过锥齿轮副连接，第一转轴通过联轴器与第二电机电机轴连接。

优选的，所述光合作用装置包括用于盛放光合作用植物的第二密封箱，所述第二密封箱的外壁底部也安装有带手动阀门的排放管，所述第二密封箱的箱盖上安装有透光玻璃，所述第二密封箱的内壁后侧上部通过焊接托板从左到右设置有第一涡轮涡壳组件、双头电机和第二涡轮涡壳组件，所述双头电机与PLC控制器信号连接，所述第一涡轮涡壳组件和第二涡轮涡壳组件的进口与循环管连接，左侧的循环管选择一体设置的直角管且左端位于厌氧池顶部，右侧的循环管设置成上下收缩螺旋密封式，可以调整二氧化碳和水的进入量。

优选的，所述第二密封箱和污水池的顶部分别安装有红外摄像头和电子显微镜头，所述红外摄像头和电子显微镜头均与PLC控制器连接，所述PLC控制器信号连接有通讯模块，所述通讯模块信号连接有移动终端，红外摄像头用于监控光合作用植物的生长情况，便于更换，电子显微镜头用于监控产电菌的活性，可以及时通过排放管排出杂物，就行换新。

优选的，所述PLC控制器还信号连接有第一定时模块和第二定时模块，第一定时模块配合PLC控制器控制第一电机间歇性工作，利用螺旋弹性钢丝搅拌厌氧池，使混合充分，加快反应，第二定时模块配合PLC控制器控制双头电机，使其间歇性利用二氧化碳和水为光合作用装置提供原料，光合作用植物呼吸作用产生糖类，可以作为产电原材料。

优选的，所述连接弯管左侧水平且右侧倾斜向上一体设置，所述PH计安装在水平位置处，水平部与厌氧池连接，可以使PH计进行检测，而倾斜部便于PH调节剂的输入。

优选的，所述螺旋弹性钢丝的外壁左侧间隔固定有搅拌叶片，提高搅拌混合效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：阳极电极上的产电菌从污水池中的稻草等物质上摄取有机物，将其氧化分解后产生电子，电子被阳极电极接收后通过外接导线传递到阴极电极，产电菌在氧化有机物的过程中产生的质子通过阳离子半透膜从厌氧池进入到好氧池，在阴极电极上好氧池溶解的氧气与质子和电子发生作用产生水，通过源源不断的电子流动产生电流，通过送料装置配合电子显微镜头完成污水池的更换和螺旋输送结构自动送料，不断产生电流，光合作用装置吸收产生的二氧化碳，同时产生糖类，可以用于产电，使整体节能环保；

PH调节装置可以时刻监控PH变化，同时可以方便注入PH调节剂，第一电机带动螺旋弹性钢丝在污水池内搅动，加快分解效率，提高整体发电速率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中送料装置结构示意图；

图3为图1中PH调节装置结构示意图；

图4为本发明控制模块图；

图5为图2中动力衔接装置结构示意图；

图6为图1中光合作用装置结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-污水池、2-送料装置，3-光合作用装置，4-电动闸阀，5-阳极电极，6-阴极电极，7-阳离子半透膜，8-补水管，9-电磁阀，10-循环管，11-回气管，12-遮雨帽，13-PH调节装置，200-锥形罐体，201-抽真空装置、202-第二电机，203-动力衔接装置，204-螺旋输送结构，205-搅拌器，130-第一密封箱，131-连接弯管，132-PH计，133-第一电机，134-螺旋弹性钢丝，2030-密封盒，2031-摩擦凹块，2032-L型板，2033-移动板，2034-电插锁，2035-第一转轴，2036-第二转轴，2037-锥齿轮副，2038-摩擦凸块，300-第二密封箱，301-透光玻璃，302-第一涡轮涡壳组件，303-双头电机，304-第二涡轮涡壳组件。

具体实施方式

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部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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和简化描述，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。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：实现微生物能量转化为电能的装置，包括污水池1、送料装置2和光合作用装置3，污水池1包括左侧的厌氧池和右侧的有氧池，厌氧池和有氧池外壁底部均安装有带手动阀门的排放管，厌氧池和有氧池之间安装有阳离子半透膜7，厌氧池与送料装置2之间通过管道安装有电动闸阀4，厌氧池和有氧池上分别安装有阳极电极5和阴极电极6，阳极电极5和阴极电极6外端之间通过导线连接有用电器，阳极电极5上设置有产电菌，厌氧池和有氧池上还安装有补水管8，补水管8上安装有电磁阀9，光合作用装置3两侧通过循环管10分别与厌氧池和有氧池连接，光合作用装置3还通过回气管11与有氧池连接，厌氧池后侧安装有PH调节装置13；

送料装置2包括顶部设置密封盖的锥形罐体200，锥形罐体200的顶部安装有抽真空装置201，锥形罐体200的底部通过防漏轴承安装有第二电机202，第二电机202的电机轴延伸到锥形罐体200内腔且安装有动力衔接装置203，动力衔接装置203顶部安装有搅拌器205，动力衔接装置203的右侧与锥形罐体200之间安装有螺旋输送结构204；

PH调节装置13包括内部倾斜设置的第一密封箱130，第一密封箱130的内侧最低处相通密封安装有连接弯管131，连接弯管131上安装有PH计132，第一密封箱130的内侧最高处安装有第一电机133，第一电机133的电机轴设置有贯穿于连接弯管131的螺旋弹性钢丝134，螺旋弹性钢丝134外壁设置有绝缘层，PH计132信号连接有PLC控制器，PLC控制器信号连接有液位传感器、真空度传感器、报警器、抽真空装置201、电磁阀9、电动闸阀4、第一电机133和第二电机202，液位传感器和真空度传感器分别安装在污水池1和锥形罐体200内腔顶部。

请参看说明书附图中图1，有氧池上的透气管顶部安装有遮雨帽12，在进行空气正常流通的同时减少雨水进入，防止内部液体溢出；

请参看说明书附图中图1和5，动力衔接装置203包括密封盒2030，搅拌器205低端和螺旋输送结构204的螺杆外端均安装有摩擦凹块2031，密封盒2030的内壁上下相反交错固定有一对L型板2032，L型板2032的内壁滑动安装有移动板2033，移动板2033与L型板2032内壁之间安装有电插锁2034，电插锁2034与PLC控制器信号连接，左侧L型板2032和右侧L型板2032上分别竖直和水平转动安装有第一转轴2035和第二转轴2036，第一转轴2035和第二转轴2036外端均轴向滑动安装有与摩擦凹块2031匹配的摩擦凸块2038，摩擦凸块2038通过轴承与移动板2033连接，第一转轴2035和第二转轴2036外壁之间通过锥齿轮副2037连接，第一转轴2035通过联轴器与第二电机202连接，当进行输料时，电插锁2034得电，插销伸长，同时第二电机202工作，锥齿轮副2037使第一转轴2035和第二转轴2036同时转动，摩擦凸块2038与两个转轴端部通过设置成花键轴花键套结构连接，进而两个摩擦凸块2038转动，摩擦凸块2038与摩擦凹块2031的连接面呈圆台曲面，减小冲击，进而搅拌器205和螺旋输送结构204转动，并且电动闸阀4打开，进行输料；

请参看说明书附图中图1和6，光合作用装置3包括用于盛放光合作用植物的第二密封箱300，第二密封箱300的外壁底部也安装有带手动阀门的排放管，第二密封箱300的箱盖上安装有透光玻璃301，第二密封箱300的内壁后侧上部通过焊接托板从左到右设置有第一涡轮涡壳组件302、双头电机303和第二涡轮涡壳组件304，双头电机303与PLC控制器信号连接，第一涡轮涡壳组件302和第二涡轮涡壳组件304的进口与循环管10连接，左侧的循环管10上安装单向阀，用于抽取二氧化碳，右侧的循环管10可以上下伸缩，抽取水分，太阳光通过透光玻璃301给第二密封箱300内的植物吸收，植物产生糖类，呼出氧气通过回气管11供有氧池产生水；第二密封箱300和污水池1的顶部分别安装有红外摄像头和电子显微镜头，红外摄像头和电子显微镜头均与PLC控制器连接，PLC控制器信号连接有通讯模块，通讯模块信号连接有移动终端，方便及时提醒需要手动控制阀门利用排放管进行换液。

请参看说明书附图中图1和4，PLC控制器还信号连接有第一定时模块和第二定时模块，第一定时模块配合PLC控制器控制第一电机133间歇性工作，利用螺旋弹性钢丝134搅拌厌氧池，第二定时模块配合PLC控制器控制双头电机303，使其间歇性利用二氧化碳和水为光合作用装置3提供原料，光合作用植物呼吸作用产生糖类，可以作为产电原材料，同时产生的氧气可以用于产电过程；

请参看说明书附图中图1和3，连接弯管131左侧水平且右侧倾斜向上一体设置，PH计132安装在水平位置处，方便监控PH值；螺旋弹性钢丝134的外壁左侧间隔固定有搅拌叶片，提高产电效率。

工作原理：厌氧池为封闭无氧环境，有氧池为通氧环境，阳极电极5上的产电菌从污水中的稻草等物质上摄取有机物，将其氧化分解产生电子，电子被阳极电极5接收后通过导线和用电设备传递到阴极电极6，产电菌在氧化有机物的过程中产生的质子通过阳离子半透膜7从厌氧池进入有氧池，阳离子半透膜7可以使氢离子通过，而有氧池溶解的氧气不能通过，在阴极电极6上溶解的氧气与进入的质子和电子发生作用产生水，进而源源不断的电子流动产生电流；

在向锥形罐体200注入有机物时，电动闸阀4闭合，通过电子显微镜头配合PLC控制器获取污水池1内产电菌的图像，判断其活性和数量，进而可以及时提醒手动打开排放管上的阀门，进行换液，并且抽真空装置201配合真空度传感器进行锥形罐体200内部空气排放，电动闸阀4打开，第二电机202通过动力衔接装置203使搅拌器205和螺旋输送结构204工作，进行污水池1换液，电磁阀9打开，利用补水管8补水，省时省力，进而可以方便连续发电；

发电过程中产生的二氧化碳通过循环管10进入光合作用装置3内，同时双头电机303配合涡轮涡壳完成抽水，进行光合作用，植物产生糖类用于发电，同时产生的要求用于产水，实现能量循环；

PH计132监测污水池的PH值，通过打开第一密封箱130的箱盖可以加入PH调节剂，维持PH稳定，有益于产电菌的生长，同时第一电机133配合定时模块带动螺旋弹性钢丝134搅拌厌氧池，使混合均匀，原料充分利用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.实现微生物能量转化为电能的装置，包括污水池（1）、送料装置（2）和光合作用装置（3），其特征在于：所述污水池（1）包括左侧的厌氧池和右侧的有氧池，所述厌氧池和有氧池外壁底部均安装有带手动阀门的排放管，所述厌氧池和有氧池之间安装有阳离子半透膜（7），所述厌氧池与送料装置（2）之间通过管道安装有电动闸阀（4），所述厌氧池和有氧池上分别安装有阳极电极（5）和阴极电极（6），所述阳极电极（5）和阴极电极（6）外端之间通过导线连接有用电器，所述阳极电极（5）上设置有产电菌，所述厌氧池和有氧池上还安装有补水管（8），所述补水管（8）上安装有电磁阀（9），所述光合作用装置（3）两侧通过循环管（10）分别与厌氧池和有氧池连接，所述光合作用装置（3）还通过回气管（11）与有氧池连接，所述厌氧池后侧安装有PH调节装置（13）；

所述送料装置（2）包括顶部设置密封盖的锥形罐体（200），所述锥形罐体（200）的顶部安装有抽真空装置（201），所述锥形罐体（200）的底部通过防漏轴承安装有第二电机（202），所述第二电机（202）的电机轴延伸到锥形罐体（200）内腔且安装有动力衔接装置（203），所述动力衔接装置（203）顶部安装有搅拌器（205），所述动力衔接装置（203）的右侧与锥形罐体（200）之间安装有螺旋输送结构（204）；

所述PH调节装置（13）包括内部倾斜设置的第一密封箱（130），所述第一密封箱（130）的内侧最低处相通密封安装有连接弯管（131），所述连接弯管（131）上安装有PH计（132），所述第一密封箱（130）的内侧最高处安装有第一电机（133），所述第一电机（133）的电机轴设置有贯穿于连接弯管（131）的螺旋弹性钢丝（134），所述螺旋弹性钢丝（134）外壁设置有绝缘层，所述PH计（132）信号连接有PLC控制器，所述PLC控制器信号连接有液位传感器、真空度传感器、报警器、抽真空装置（201）、电磁阀（9）、电动闸阀（4）、第一电机（133）和第二电机（202），所述液位传感器和真空度传感器分别安装在污水池（1）和锥形罐体（200）内腔顶部。

2.根据权利要求1所述的实现微生物能量转化为电能的装置，其特征在于：所述有氧池上的透气管顶部安装有遮雨帽（12）。

3.根据权利要求1所述的实现微生物能量转化为电能的装置，其特征在于：所述动力衔接装置（203）包括密封盒（2030），所述搅拌器（205）低端和螺旋输送结构（204）的螺杆外端均安装有摩擦凹块（2031），所述密封盒（2030）的内壁上下相反交错固定有一对L型板（2032），所述L型板（2032）的内壁滑动安装有移动板（2033），所述移动板（2033）与L型板（2032）内壁之间安装有电插锁（2034），所述电插锁（2034）与PLC控制器信号连接，左侧所述L型板（2032）和右侧所述L型板（2032）上分别竖直和水平转动安装有第一转轴（2035）和第二转轴（2036），所述第一转轴（2035）和第二转轴（2036）外端均轴向滑动安装有与摩擦凹块（2031）匹配的摩擦凸块（2038），所述摩擦凸块（2038）通过轴承与移动板（2033）连接，所述第一转轴（2035）和第二转轴（2036）外壁之间通过锥齿轮副（2037）连接。

4.根据权利要求1所述的实现微生物能量转化为电能的装置，其特征在于：所述光合作用装置（3）包括用于盛放光合作用植物的第二密封箱（300），所述第二密封箱（300）的外壁底部也安装有带手动阀门的排放管，所述第二密封箱（300）的箱盖上安装有透光玻璃（301），所述第二密封箱（300）的内壁后侧上部通过焊接托板从左到右设置有第一涡轮涡壳组件（302）、双头电机（303）和第二涡轮涡壳组件（304），所述双头电机（303）与PLC控制器信号连接，所述第一涡轮涡壳组件（302）和第二涡轮涡壳组件（304）的进口与循环管（10）连接。

5.根据权利要求4所述的实现微生物能量转化为电能的装置，其特征在于：所述第二密封箱（300）和污水池（1）的顶部分别安装有红外摄像头和电子显微镜头，所述红外摄像头和电子显微镜头均与PLC控制器连接，所述PLC控制器信号连接有通讯模块，所述通讯模块信号连接有移动终端。

6.根据权利要求5所述的实现微生物能量转化为电能的装置，其特征在于：所述PLC控制器还信号连接有第一定时模块和第二定时模块。

7.根据权利要求1所述的实现微生物能量转化为电能的装置，其特征在于：所述连接弯管（131）左侧水平且右侧倾斜向上一体设置，所述PH计（132）安装在水平位置处。

8.根据权利要求1所述的实现微生物能量转化为电能的装置，其特征在于：所述螺旋弹性钢丝（134）的外壁左侧间隔固定有搅拌叶片。

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