城市糞便處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種城市糞便處理系統(tǒng)，包括能量供給系統(tǒng)，能量供給系統(tǒng)包括：控制器，光電傳感器，輸入電源、微生物電解池系統(tǒng)、燃料電池和儲能系統(tǒng)，微生物電解池系統(tǒng)包括微生物電解池，微生物電解池包括：陰極室和設置在陰極室外側(cè)的陽極室組，陽極室組具有入水口與出水口，出水口與陰極室連通，陰極室具有排液口和排氣口；陽極室組包括串聯(lián)設置的多個陽極室；陰極室內(nèi)設置有陰極電極和光源，各陽極室內(nèi)均設置有陽極電極；本實用新型提供城市糞便處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能化控制，根據(jù)外界傳感器的信號合理的協(xié)調(diào)不同電池系統(tǒng)之間的工作，優(yōu)先利用外界的太陽光發(fā)電；將微生物電解池、燃料電池和太陽能發(fā)電聯(lián)系起來，綜合利用資源，更加環(huán)保和高效。
【專利說明】
城市糞便處理系統(tǒng)
技術(shù)領域
[0001 ]本公開一般涉及污水處理領域，尤其涉及城市糞便處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市化的進程，城市人口越來越密集，隨著人口增長而出現(xiàn)的糞便增長的問題沒有得到較好的解決。目前我國糞便處理設施的數(shù)量嚴重不足，總體技術(shù)水平較低，而直接將高C0D(Chemical Oxygen Demand:化學需氧量)、BOD(B1chemical Oxygen Demand:生化需氧量)的糞便直接排入市政污水管網(wǎng)，將對現(xiàn)有的污水處理廠造成不小的沖擊，并且污水處理廠直接處理這些污水時，隨之而來的高能耗將增大處理成本。
[0003]目前一般采用微生物電解池(MEC)來為糞便處理系統(tǒng)提供能量。微生物電解池(MEC)是一種生物與電化學和的技術(shù)，通過在陽極表面附著的具有電化學活性的微生物(產(chǎn)電菌)的代謝，氧化降解水中的有機物，所產(chǎn)生的電子通過外電路傳遞到陰極，能夠?qū)崿F(xiàn)在較低的施加電壓下產(chǎn)氫。但是只通過微生物電解池進行污水和廢水的處理，產(chǎn)生的氫氣等還需要進行收集用在別的地方，相對較麻煩。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，期望提供一種城市糞便處理系統(tǒng)。
[0005]第一方面提供一種城市糞便處理系統(tǒng)，包括能量供給系統(tǒng)，所述能量供給系統(tǒng)包括:控制器，光電傳感器，輸入電源、微生物電解池系統(tǒng)、燃料電池和儲能系統(tǒng)，其中:
[0006]所述光電傳感器與所述控制器相連接，用于在光照強度不小于lOOlux時發(fā)送高電平至所述控制器，在光照強度小于lOOlux時發(fā)送低電平至所述控制器；
[0007]所述控制器與所述輸入電源、燃料電池和儲能系統(tǒng)分別相連，用于在接收到高電平時，選擇輸入電源為主電源，在接收到低電平時，選擇燃料電池和儲能系統(tǒng)為主電源；
[0008]所述微生物電解池系統(tǒng)包括微生物電解池，所述微生物電解池包括:陰極室和設置在所述陰極室外側(cè)的陽極室組，所述陽極室組具有入水口與出水口，所述出水口與所述陰極室連通，所述陰極室具有排液口和排氣口；
[0009]所述陽極室組包括串聯(lián)設置的多個陽極室；
[0010]所述陰極室內(nèi)設置有陰極電極和光源，各所述陽極室內(nèi)均設置有陽極電極；
[0011]各所述陽極室上設置有第一質(zhì)子交換口，至少所述陰極室的側(cè)壁上設置有與所述第一質(zhì)子交換口相連接的第二質(zhì)子交換口，所述第一質(zhì)子交換口與所述第二質(zhì)子交換口之間設置有質(zhì)子交換膜。
[0012]本實用新型提供一種城市糞便處理系統(tǒng)，首先實現(xiàn)了智能化控制，根據(jù)外界傳感器的信號合理的協(xié)調(diào)不同電池系統(tǒng)之間的工作，優(yōu)先利用外界的太陽光發(fā)電；其次將微生物電解池、燃料電池和太陽能發(fā)電聯(lián)系起來，在不同的天氣下采用不同的模式，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的同時，形成電-氫-電的循環(huán)，綜合利用資源，更加環(huán)保和高效;最后其具有較大的體積，能夠同時處理較大體積的廢水，產(chǎn)生更多的氫氣供燃料電池使用。
【附圖說明】
[0013]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0014]圖1為本實用新型的實施例中能量供給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2本實用新型的實施例中微生物電解池裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實用新型的實施例中微生物電解池裝置的陽極室組展開結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本申請作進一步的詳細說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋相關實用新型，而非對該實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與實用新型相關的部分。
[0018]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本申請。
[0019]本實用新型的實施例中提供一種城市糞便處理系統(tǒng)，包括能量供給系統(tǒng)，包括:控制器，光電傳感器，輸入電源15、微生物電解池系統(tǒng)17、燃料電池19和儲能系統(tǒng)16，其中:
[0020]光電傳感器與控制器相連接，用于在光照強度不小于lOOlux時發(fā)送高電平至控制器，在光照強度小于lOOlux時發(fā)送低電平至控制器；
[0021]控制器與輸入電源15、燃料電池19和儲能系統(tǒng)16分別相連，用于在接收到高電平時，選擇輸入電源為主電源，在接收到低電平時，選擇燃料電池和儲能系統(tǒng)為主電源；
[0022]微生物電解池系統(tǒng)包括微生物電解池，請參考圖2，微生物電解池包括:陰極室I和設置在陰極室I外側(cè)的陽極室組2，陽極室組2具有入水口 8與出水口 9，出水口9與陰極室I連通，陰極室I具有排液口 11和排氣口 14;
[0023]陽極室組2包括串聯(lián)設置的多個陽極室6;
[0024]陰極室I內(nèi)設置有陰極電極5和光源4，各陽極室6內(nèi)均設置有陽極電極7；
[0025]各陽極室6上設置有第一質(zhì)子交換口，至少陰極室I的側(cè)壁上設置有與第一質(zhì)子交換口相連接的第二質(zhì)子交換口，第一質(zhì)子交換口與第二質(zhì)子交換口之間設置有質(zhì)子交換膜3。
[0026]本實用新型實施例中的城市糞便處理裝置實現(xiàn)了智能化控制，根據(jù)外界傳感器的信號合理的協(xié)調(diào)不同電池系統(tǒng)之間的工作，優(yōu)先利用外界的太陽光發(fā)電；當光能充足的時候即光照強度不小于lOOlux，光電傳感器發(fā)送信號至控制器，控制器將輸入電源作為主電源進行光伏發(fā)電，供給微生物電解池和負載的同時還進行剩余電能的儲存，微生物電解池工作的時候會產(chǎn)生氫氣，將氫氣儲存起來供給燃料電池使用；當光能不充足或者沒有光能的時候及光照強度小于lOOlux，光電傳感器再發(fā)送信號至控制器，控制器將燃料電池和儲能系統(tǒng)中的電池設置成主電源，一方面供給微生物電解池持續(xù)工作，進行污水處理的同時產(chǎn)生氫能持續(xù)供給燃料電池，形成電-氫-電的循環(huán)，另一方面繼續(xù)供給負載使用;且使用的微生物電解池具有較大的體積，能夠同時處理較大體積的廢水，且分別經(jīng)過陽極室和陰極室I進行處理，能夠產(chǎn)生較多的氫氣以供其他方面使用。
[0027]進一步的，輸入電源15與微生物電解池系統(tǒng)17和儲能系統(tǒng)相連16，輸入電源15部分電能提供微生物電解池系統(tǒng)17，部分電能儲存在儲能系統(tǒng)16中；儲能系統(tǒng)16、燃料電池19分別與微生物電解池系統(tǒng)17相連，用于將儲存的電能提供給微生物電解池系統(tǒng)17。
[0028]請參考圖1，本實用新型的實施例中的能量供給系統(tǒng)在光能源充足的時候是通過輸入電源提供主要電能的，該輸入電源為光伏發(fā)電系統(tǒng)，通過太陽能發(fā)電，將產(chǎn)生的部分電能供給微生物電解池系統(tǒng)，微生物電解池系統(tǒng)進行工作需要0.9V的直流電即可，微生物電解池系統(tǒng)進行污水處理的同時產(chǎn)生氫氣，將產(chǎn)生的氫氣儲存在儲氫罐中，以便于在接下來的過程中供給燃料電池使用;光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生電能還供給負載使用，并且將剩余的電能儲存在儲能系統(tǒng)中，以便于在沒有光能的時候供微生物電解池和負載使用。
[0029]其中，光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生電能，控制器控制其產(chǎn)生220V/50HZ的交流電供應給處理站內(nèi)的光源和水栗等負載設備，同時也供應出0.9V的直流電給微生物電解池制備氫氣，并且將多余的電量儲存在儲能系統(tǒng)即鋁電池中。
[0030]進一步的，所述微生物電解池系統(tǒng)17還包括儲氫罐171，所述微生物電解池171產(chǎn)生的氫氣儲存在所述儲氫罐172中；
[0031]所述儲氫罐與所述燃料電池相連，向所述燃料電池提供電能。
[0032]本實用新型實施例中的微生物電解池系統(tǒng)安裝有儲氫罐，當光能充足的時候，微生物電解池工作產(chǎn)氫儲存在儲氫罐中，光能不足時，需要通過燃料電池工作進行供電，儲氫罐中的氫氣進入燃料電池的負極，空氣進入燃料電池的正極，燃料電池正常工作產(chǎn)生的電能供微生物電解池使用持續(xù)進行污水處理和產(chǎn)氫的工作，還能供給外部負載進行使用;這樣不僅外部負載能夠正常工作，還實現(xiàn)了電-氫-電的循環(huán)，而且燃料電池發(fā)電的副產(chǎn)物水可以再次回收利用。
[0033]進一步的，輸入電源15、所述燃料電池19和所述儲能系統(tǒng)16還連接負載18，向負載18提供電能。
[0034]進一步的，控制器為ATmegaie中央處理器，儲能系統(tǒng)16為鋁電池，輸入電源為光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0035]為了實現(xiàn)智能化控制，能量供給系統(tǒng)以中央處理器ATmegaie為核心，根據(jù)外界傳感器信號合理地協(xié)調(diào)光伏系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)等之間工作，并優(yōu)先利用光伏系統(tǒng)為負載和微生物電解池供電；其中能量供給系統(tǒng)中采用光伏發(fā)電供負載使用的同時，進行一部分電能的儲存和氫氣的制備，電能的儲存通過鋁電池實現(xiàn);光能不足時，使用產(chǎn)生的氫氣供給燃料電池發(fā)電，產(chǎn)生電能依舊能夠供給微生物電解池產(chǎn)氫和部分負載的使用，若產(chǎn)生的電能不夠負載使用，儲存在鋁電池中的電能也可以供負載等設備使用；當出現(xiàn)連續(xù)陰雨天用電不足時，整個裝置無法運轉(zhuǎn)，需要通過市政電作為補充電源。
[0036]進一步的，陰極室I內(nèi)密封設置有透明的光源安裝室，光源4設置于光源安裝室內(nèi)，光源為LED光源。
[0037]本實用新型的實施例中提供的微生物電解池通過使用兩種方式對污水進行處理，一是在陽極電極上接種產(chǎn)電菌，對污水進行初步的COD處理和脫氮，將污水中的有機物進行氧化分解，二是在陰極室I內(nèi)設有小球藻，小球藻作為生物陰極對氫離子和電子進行接收，進行污水處理，可以進一步降低污水中的COD并進行脫氮脫磷。與此同時，給陽極電極和陰極電極施加一個電壓，陰極室I中的氫離子接收電子產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣向上浮動，氣體上浮的過程可以充分攪動藻液，使得小球藻保持懸浮的狀態(tài)，對污水的處理效果更好。
[0038]小球藻對污水進行處理需要進行光合作用，通過設置LED光源向小球藻提供光能，小球藻對污水進行處理并且是在陰極室I內(nèi)進行生長和繁殖，當小球藻太多時可以移除部分小球藻，從而使產(chǎn)氫的速率達到較佳的狀態(tài)。
[0039]并且，本實用新型的實施例中對小球藻進行定期采收，采用是超聲-微波輔助萃取系統(tǒng)進行微藻油脂萃取。將開放式微波與超聲波有機地結(jié)合起來，充分利用超聲波的空化作用和微波的高能作用，將超聲波振動能和通過波導管引出的微波能直接作用或定向聚焦于樣品或物料，建立和發(fā)展在常壓條件下進行的開放式微波一超聲波協(xié)同萃取新技術(shù)和新方法。該方法具有快速、高效、安全等特點，可以作為微藻體內(nèi)油脂的提取。
[0040]進一步的，陽極電極7為碳刷；陰極電極5為碳布。生活污水通過微生物電解池的進水口流進，并且進水口與陽極室組2的入水口和出水口相連接，污水通過進水口流經(jīng)陽極室組2的入水口，在所述陽極室組2內(nèi)進行初步的COD處理和脫氮;本實用新型的實施例中使用碳刷為陽極電極，由Bacteroides和Arcobacter兩種混合菌群作為產(chǎn)電菌，并將其在MEC陽極接種至陽極電極，污水單向流過陽極室組2，附著在電極表面的產(chǎn)電微生物將污水內(nèi)的有機物進行氧化分解，產(chǎn)生氫離子和電子，其中，氫離子通過設置在陽極室組2和陰極室I之間的質(zhì)子交換膜進入陰極室I，電子通過外電路進入陰極。
[0041]如圖3所示為陽極室組22展開結(jié)構(gòu)示意圖，本實用新型的實施例中陰極室I為圓柱形結(jié)構(gòu)，包裹在陰極室I外部的陽極室組2也為圓柱形結(jié)構(gòu)，陽極室組2是由多個大小相等的陽極室連接而成，且污水需要通過所述陽極室組2進行初步的處理，為了保證污水處理的效果，提高污水處理的反應程度，將相連通的陽極室設置成之字形結(jié)構(gòu)，污水沿陽極室單向流動，增加了污水在陽極室中停留的時間，使得污水與陽極室中的陽極電極反應更加充分。
[0042]進一步的，微生物電解池還包括:進水口10，進水口 10連接至陽極室組2底端的入水口 8和出水口 9。
[0043]進一步的，所述陰極室I底端設有陰極室入水口 12，所述陰極室入水口 12通過水栗13連接至所述陽極組室底端出水口9。污水經(jīng)過進水口進入本實用新型提供的裝置中，首先沿陽極室組2的通道進入陽極室組2進行反應，當污水充滿陽極室組2時，進水口暫時停止進水，讓污水在陽極室組2內(nèi)進行一段時間的反應，隨后，打開水栗，將反應后的污水抽進陰極室I中進行下一步的反應。
[0044]進一步的，所述陰極電極與多個所述陽極電極連接至電源兩端，所述電源電壓為0.9Vo
[0045]本實用新型的實施例中的城市糞便處理系統(tǒng)能夠在不同的天氣環(huán)境下持續(xù)對城市糞便產(chǎn)生的污水進行處理，并且綜合使用太陽能發(fā)電對微生物電解池供電，污水處理產(chǎn)生的氫能供給燃料電池使用發(fā)電，綜合利用資源，高效且環(huán)保。
[0046]以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術(shù)原理的說明。本領域技術(shù)人員應當理解，本申請中所涉及的實用新型范圍，并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案，同時也應涵蓋在不脫離所述實用新型構(gòu)思的情況下，由上述技術(shù)特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術(shù)特征進行互相替換而形成的技術(shù)方案。
【主權(quán)項】
1.一種城市糞便處理系統(tǒng)，其特征在于，包括能量供給系統(tǒng)，所述能量供給系統(tǒng)包括:控制器，光電傳感器，輸入電源、微生物電解池系統(tǒng)、燃料電池和儲能系統(tǒng)，其中: 所述光電傳感器與所述控制器相連接，用于在光照強度不小于10lux時發(fā)送高電平至所述控制器，在光照強度小于lOOlux時發(fā)送低電平至所述控制器； 所述控制器與所述輸入電源、燃料電池和儲能系統(tǒng)分別相連，用于在接收到高電平時，選擇輸入電源為主電源，在接收到低電平時，選擇燃料電池和儲能系統(tǒng)為主電源； 所述微生物電解池系統(tǒng)包括微生物電解池，所述微生物電解池包括:陰極室和設置在所述陰極室外側(cè)的陽極室組，所述陽極室組具有入水口與出水口，所述出水口與所述陰極室連通，所述陰極室具有排液口和排氣口； 所述陽極室組包括串聯(lián)設置的多個陽極室； 所述陰極室內(nèi)設置有陰極電極和光源，各所述陽極室內(nèi)均設置有陽極電極； 各所述陽極室上設置有第一質(zhì)子交換口，至少所述陰極室的側(cè)壁上設置有與所述第一質(zhì)子交換口相連接的第二質(zhì)子交換口，所述第一質(zhì)子交換口與所述第二質(zhì)子交換口之間設置有質(zhì)子交換膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市糞便處理系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入電源與所述微生物電解池系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)相連，所述輸入電源部分電能提供所述微生物電解池系統(tǒng)，部分電能儲存在所述儲能系統(tǒng)中；所述儲能系統(tǒng)、所述燃料電池分別與所述微生物電解池系統(tǒng)相連，用于將儲存的電能提供給所述微生物電解池系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市糞便處理系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物電解池系統(tǒng)還包括儲氫罐，所述微生物電解池產(chǎn)生的氫氣儲存在所述儲氫罐中； 所述儲氫罐與所述燃料電池相連，向所述燃料電池提供電能。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市糞便處理系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入電源、所述燃料電池和所述儲能系統(tǒng)還連接負載，向所述負載提供電能。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市糞便處理系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器為ATmegaie中央處理器，所述儲能系統(tǒng)為鋁電池，所述輸入電源為光伏發(fā)電系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市糞便處理系統(tǒng)，其特征在于，所述陰極室內(nèi)密封設置有透明的光源安裝室，所述光源設置于所述光源安裝室內(nèi)，所述光源為LED光源。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市糞便處理系統(tǒng)，其特征在于，所述陽極電極為碳刷;所述陰極電極為碳布。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市糞便處理系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物電解池還包括:進水口，所述進水口連接至所述陽極室組底端的入水口和出水口。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市糞便處理系統(tǒng)，其特征在于，所述陰極室底端設有陰極室入水口，所述陰極室入水口通過水栗連接至所述陽極組室底端出水口。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市糞便處理系統(tǒng)，其特征在于，所述陰極電極與多個所述陽極電極連接至電源兩端，所述電源電壓為0.9V。
【文檔編號】C02F11/02GK205420114SQ201620242123
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】石健, 馮汛, 倪紅軍, 姚池, 陳青青, 汪興興, 呂帥帥, 李悅, 王星星, 顏佳露
【申請人】南通大學