|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Бактериальный топливный элемент, включающий в себя по меньшей мере один анод и по меньшей мере два катода в жидкостном сообщении с подлежащей обработке жидкостью, причем упомянутый по меньшей мере один анод отделен от упомянутых по меньшей мере двух катодов, по меньшей мере, первой и второй электроизолирующими прокладками, и упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода электрически соединены через внешнюю нагрузку, и упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода совместно навиты в общем в конфигурации спирали вместе, по меньшей мере, с третьей электроизолирующей прокладкой. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Бактериальный топливный элемент, включающий в себя по меньшей мере один анод и по меньшей мере два катода в жидкостном сообщении с подлежащей обработке жидкостью, причем упомянутый по меньшей мере один анод отделен от упомянутых по меньшей мере двух катодов, по меньшей мере, первой и второй электроизолирующими прокладками, и упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода электрически соединены через внешнюю нагрузку, и упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода совместно навиты в общем в конфигурации спирали вместе, по меньшей мере, с третьей электроизолирующей прокладкой.
Евразийское (21) 201390854 (13) Al
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. H01M8/16 (2006.01)
2014.07.30
(22) Дата подачи заявки
2010.12.14
(54) СПИРАЛЬНО-НАВИВНОЙ МИКРОБНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
(86) PCT/IL2010/001051
(87) WO 2012/081001 2012.06.21
(71) Заявитель:
ЭМЕФСИ ЛИМИТЕД (IL)
(72) Изобретатель:
Шехтер Ронен Ицхак, Леви Эйтан Барух (IL)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU) (57) Бактериальный топливный элемент, включающий в себя по меньшей мере один анод и по меньшей мере два катода в жидкостном сообщении с подлежащей обработке жидкостью, причем упомянутый по меньшей мере один анод отделен от упомянутых по меньшей мере двух катодов, по меньшей мере, первой и второй электроизолирующими прокладками, и упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода электрически соединены через внешнюю нагрузку, и упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода совместно навиты в общем в конфигурации спирали вместе, по меньшей мере, с третьей электроизолирующей прокладкой.
<1
2420-197521ЕА/011 СПИРАЛЬНО-НАВИВНОЙ МИКРОБНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
В данной заявке делается ссылка на опубликованную РСТ заявку на патент № W0 2010/049936, озаглавленную "ELECTRODES FOR USE IN BACTERIAL FUEL CELLS AND BACTERIAL ELECTROLYSIS CELLS AND BACTERIAL FUEL CELLS AND BACTERIAL ELECTROLYSIS CELLS EMPLOYING SUCH ELECTRODES", поданную 1 ноября 2009 г., раскрытие которой включено в данную заявку путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится в общем к биоэлектрическим химическим устройствам и, конкретнее, к бактериальным топливным элементам.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предполагается, что нижеследующие публикации представляют текущее состояние уровня техники:
Microbial Fuel Cells: Methodology and Technology, Bruce E. Logan et al, Environ. Sci. Technol., 40 (17), 5181 - 5192, 2 0 0 6;
Microbial Fuel Cells - Challenges and Applications, Bruce E. Logan & John M. Regan, Environ. Sci. Tech., 40 (17), 5172 -5180, 2006;
Stefano Freguia, Korneel Rabaey, Zhiguo Yuan, Jurg Keller, Non-catalyzed cathodic oxygen reduction at graphite granules in microbial fuel cells, Electrochimica Acta, 53, 598 - 603, 2007;
Hong Liu et al., Quantification of the internal resistance distribution of microbial fuel cells, Environ. Sci. Technol., 42 (21), 8101 - 8107, 2008;
Опубликованная заявка на патент США № 20070259217; и
Опубликованная РСТ заявка на патент № WO 2010/049936.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить усовершенствованный бактериальный топливный элемент для применения при обработке сточных вод.
Таким образом, в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения предоставлен бактериальный
топливный элемент, включающий в себя по меньшей мере один анод и по меньшей мере два катода в жидкостном сообщении с подлежащей обработке жидкостью, причем упомянутый по меньшей мере один анод отделен от упомянутых по меньшей мере двух катодов по меньшей мере первой и второй электроизолирующими прокладками, и упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода электрически соединены через внешнюю нагрузку, и упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода совместно навиты в общем в конфигурации спирали вместе с по меньшей мере третьей электроизолирующей прокладкой.
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения упомянутый по меньшей один анод и упомянутые по меньшей мере два катода образованы из гибкого материала.
Предпочтительно, между упомянутыми по меньшей мере двумя катодами имеется уплотнение, посредством чего упомянутый по меньшей мере один анод заключен внутри оболочки, включающей в себя уплотнение и упомянутые по меньшей мере два катода.
Предпочтительно, электроизолирующие прокладки включают в себя пластмассовые сетки.
Предпочтительно, упомянутые по меньшей мере два катода являются кислородопроницаемыми.
Предпочтительно, по длине спирали распределено множество электрических выходных соединений.
В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода, каждый, включают в себя металлический электрический проводник и электропроводящее покрытие по меньшей мере между металлическим электрическим проводником и подлежащей обработке жидкостью, причем электропроводящее покрытие выполнено с возможностью взаимной изоляции жидкости и электрического проводника друг от друга.
Предпочтительно, металлический электрический проводник включает в себя покрытый металлический электрический проводник,
а электропроводящее покрытие включает в себя электропроводящее покрытие, сформированное на металлическом электрическом проводнике.
Предпочтительно, покрытый металлический электрический проводник по меньшей мере одного из упомянутых по меньшей мере двух катодов является водопроницаемым.
Предпочтительно, бактериальный топливный элемент также включает в себя по меньшей мере одну проводящую поверхность, приспособленную для роста биопленки на своей поверхности, причем данная проводящая поверхность находится в жидкостном сообщении с подлежащей обработке жидкостью и в электрическом сообщении с металлическим электрическим проводником посредством электропроводящего покрытия.
Предпочтительно, электропроводящее покрытие приспособлено для роста биопленки на его поверхности, и упомянутая по меньшей мере одна проводящая поверхность, приспособленная для роста биопленки, ограничена полотном, лежащим поверх поверхности электропроводящего покрытия.
Дополнительно или альтернативно, упомянутая по меньшей мере одна поверхность, приспособленная для роста биопленки, ограничена проводящим полотном, при этом металлический электрический проводник включает в себя покрытый металлический электрический проводник, а электропроводящее покрытие включает в себя электропроводящее покрытие, сформированное на металлическом электрическом проводнике.
Предпочтительно, проводящее полотно включает в себя углерод.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения каждый из упомянутых по меньшей мере двух катодов также включает в себя кислородопроницаемый, непроницаемый для жидкости слой, смежный с электропроводящим покрытием, и этот кислородопроницаемый, непроницаемый для жидкости слой подвергается воздействию кислородсодержащего газа.
Предпочтительно, кислородопроницаемый, непроницаемый для жидкости слой включает в себя силиконовый каучук или включает в
себя микроперфорированную пленку, включающую в себя полиолефин, такой как полиэтилен или полипропилен.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения металлический электрический проводник включает в себя перфорированный плоский элемент.
Предпочтительно, по меньшей мере один из упомянутых по меньшей мере двух катодов включает в себя присоединенный слой, и этот присоединенный слой предпочтительно включает в себя пластмассовое полотно.
Предпочтительно, электропроводящее покрытие включает в себя проводящую пластмассу.
Предпочтительно, металлический электрический проводник включает в себя медь или алюминий.
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения установка обработки сточных вод включает в себя множество бактериальных топливных элементов, и это множество бактериальных топливных элементов организовано в многоярусную конфигурацию.
Предпочтительно, множество бактериальных топливных
элементов гидравлически соединено последовательно.
Дополнительно или альтернативно, множество бактериальных топливных элементов гидравлически соединено параллельно.
Дополнительно или альтернативно, множество бактериальных топливных элементов электрически взаимно соединено.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет полнее понято и воспринято из нижеследующего подробного описания при рассмотрении совместно с чертежами, на которых:
Фиг. 1А и 1В представляют собой упрощенные соответствующие иллюстрации бактериального топливного элемента и его увеличенного участка, сконструированного и работающего в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения;
Фиг. 2А и 2В представляют собой упрощенные иллюстрации с пространственным разделением деталей двух альтернативных вариантов реализации анода, подходящего для использования в
бактериальном топливном элементе типа, проиллюстрированного на Фиг. 1А и 1В, сконструированном и работающем в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения;
Фиг. 3 представляет собой упрощенную иллюстрацию с пространственным разделением деталей катода, подходящего для использования в бактериальном топливном элементе типа, проиллюстрированного на Фиг. 1А и 1В, сконструированном и работающем в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения; и
Фиг. 4 представляет собой упрощенную иллюстрацию установки обработки сточных вод, в которой используется множество бактериальных топливных элементов типа, проиллюстрированного на Фиг. 1-3, сконструированных и работающих в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Далее дается ссылка на Фиг. 1А и 1В, которые представляют собой упрощенные соответствующие иллюстрации бактериального топливного элемента и его увеличенного участка, сконструированного и работающего в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения.
Как видно на Фиг. 1А и 1В, предоставлен бактериальный топливный элемент 100, включающий в себя анод 102, по обе стороны которого расположены первый и второй катоды 104, каждый в жидкостном сообщении с подлежащей обработке жидкостью, такой как промышленные или муниципальные сточные воды 106. Анод 102 и катоды 104 предпочтительно образованы из гибкого материала и предпочтительно совместно навиты в общем в конфигурации спирали 108 вместе с электроизолирующей прокладкой 110. Толщина электроизолирующей прокладки 110 определяет разделяющее расстояние между смежными слоями спирали 108, тем самым позволяя течь между ними воздуху, и, следовательно, электроизолирующая прокладка 110 может быть также названа находящейся на воздушной стороне прокладкой 110. Следует понимать, что показанный на Фиг. 1А зазор между находящейся на воздушной стороне прокладкой 110 и смежными слоями спирали 108 показан лишь в целях ясности изложения, поскольку фактически
находящаяся на воздушной стороне прокладка 110 предпочтительно составляет все разделяющее расстояние между смежными слоями спирали 108, и какое-либо дополнительное пространственное разнесение отсутствует.
Катоды 104 предпочтительно окружают анод 102 посредством пластмассового сварного соединения 112, предпочтительно предусмотренного на верхней и нижней кромках катодов 104, причем данное пластмассовое сварное соединение 112 служит как для того, чтобы герметизировать, так и для того, чтобы взаимно изолировать анод 102 и катоды 104. Анод 102 предпочтительно пространственно отделен от катодов 104 посредством по меньшей мере двух электроизолирующих прокладок 114. Электроизолирующие прокладки 114 определяют разделяющее расстояние между анодом 102 и катодами 104, тем самым позволяя течь сточным водам 106 между центральным анодом 102 и катодами 104 по обе стороны от него. Следовательно, электроизолирующие прокладки 114 могут быть также названы находящимися на водной стороне прокладками 114 .
Находящаяся на воздушной стороне прокладка 110 и находящиеся на водной стороне прокладки 114, каждая, предпочтительно включают в себя гибкие, сильно перфорированные сетки, толщины которых определяются в соответствии с гидравлическими требованиями системы. Конкретно, применение относительно более тонких прокладок 110 и 114 обеспечивает увеличенную площадь активной поверхности на единицу объема, тем самым позволяя системе быть более компактной, тогда как применение относительно более толстых, находящихся на водной стороне прокладок 114 ведет к пониженному засорению по пути течения сточных вод. С учетом данных соображений, в общем предпочтительно вводить прокладки 110 и 114 с толщинами в диапазоне 4-15 мм, которые обеспечивают достаточно высокую площадь поверхности и достаточно низкую восприимчивость к засорению после традиционных процессов предварительной обработки сточных вод 106 улавливанием загрязнений сетчатыми фильтрами или решетками.
Анод 102 и катоды 104 предпочтительно электрически
соединены через внешнюю нагрузку 106 посредством электрической цепи 118. По длине спирали 108 предпочтительно распределено множество электрических выходных соединений 120. Электрические выходные соединения 12 0 предпочтительно обеспечивают ток разряда, посредством чего минимизируются сопротивления и, следовательно, омические потери.
Следует понимать, что, хотя в варианте реализации, проиллюстрированном на Фиг. 1А и 1В, показаны только единственный анод и два катода, включение большего числа анодов и/или катодов также возможно. Дополнительные наборы из одного анода и двух катодов могут быть включены в вариант реализации, проиллюстрированный на Фиг. 1А и 1В, посредством соединения множества спиралей 108 последовательно или параллельно и/или использования спирали, имеющей множество слоев анодов и катодов.
Спираль 108, включающая в себя анод 102, катоды 104 и находящиеся на водной стороне промежуточные прокладки 114, может быть изготовлена способами обработки "с рулона на рулон", которые хорошо известны в данной области техники. После изготовления спираль 108 может быть свернута в рулон вместе с находящейся на воздушной стороне прокладкой 110, толщина которой, как описано выше, определяет разделяющее расстояние между смежными витками спирали 108.
Производство анода 102, катодов 104, находящейся на воздушной стороне прокладки 110 и находящихся на водной стороне прокладок 114 в виде непрерывных рулонов, а не множеств отдельных компонентов, значительно снижает издержки производства и повышает эффективность производства. Более того, упрощается техническое обслуживание и контроль качества спирали 108, поскольку спираль может быть просто размотана по мере необходимости, чтобы исправить любые дефекты, которые могут возникнуть в ходе работы.
При работе бактериального топливного элемента 100 сточные воды 106 поступают в элемент на внутреннем конце спирали 108 через впускное отверстие 122 и предпочтительно равномерно распределяются посредством элемента распределения потока.
Находящиеся на водной стороне прокладки 114 служат для того,
чтобы поддерживать равномерное распределение сточных вод и
способствовать достаточной турбулентности. Воздух
предпочтительно поступает сверху бактериального топливного элемента 100 и течет книзу через элемент. Воздух предпочтительно равномерно распределяется по спирали 108 посредством вентилятора 124 или похожего вентиляционного аппарата, который может быть установлен вблизи бактериального топливного элемента 100, а находящаяся на воздушной стороне прокладка 110 служит для того, чтобы поддерживать равномерное распределение воздуха и способствовать достаточной турбулентности. Сточные воды 106 подвергаются биологической обработке по мере того, как они протекают через бактериальный топливный элемент 100, таким образом, чтобы в них понизилась концентрация органического вещества, как будет подробнее пояснено ниже. Обработанные сточные воды выходят на наружном конце спирали 108 через выпускное отверстие 126, а отработавший воздух предпочтительно беспрепятственно сбрасывается в атмосферу. Бактериальный топливный элемент 100 предпочтительно заключен внутри цилиндрической оболочки 128.
Следует понимать, что описанное выше направление течения сточных вод может быть также изменено на обратное, причем сточные воды 106 входят в бактериальный топливный элемент 100 на наружном конце спирали 108, а обработанные сточные воды выходят на внутреннем конце спирали 108.
Как наиболее явно видно на Фиг. 1В, каждый из анода 102 и катодов 104 предпочтительно имеет многослойную структуру, включающую в себя металлический электрический проводник, окруженный электропроводящим покрытием. Конструкция анода 102 может быть лучше понята при обращении к увеличенному виду 130 на Фиг. 1В. Видно, что металлический проводник 132, предпочтительно образованный из меди или алюминия, окружен электропроводящим покрытием 134. Электропроводящее покрытие 134 предпочтительно сформировано путем наложения пары непроницаемых для жидкости проводящих пластмассовых листов таким образом, чтобы полностью покрыть металлический проводник 132, или путем
совместного экструдирования металлического проводника с проводящей пластмассой с образованием круглого или плоского кабеля. Предпочтительно, проводящее пластмассовое покрытие образовано из пластмассы, такой как полиэтилен, полипропилен или этилвинилацетат (ЭВА), или их сочетания, которая компаундирована с проводящим порошком, таким как порошок углерода и/или графита, чтобы получить проводящий компаунд, обработанный так, чтобы покрыть металл.
Рост биопленки предпочтительно поддерживается на внешних поверхностях электропроводящего покрытия 134. Необязательно, предусмотрена подложка 13 6 для роста биопленки на по меньшей мере одной внешней поверхности электропроводящего покрытия 134. Подложка 136 для роста биопленки предпочтительно образована из нетканого пластмассового или углеродного полотна и предпочтительно также функционирует в качестве присоединенного слоя.
Типичные толщины различных элементов анода 102 имеют следующие значения:
металлический проводник 132 20-200 микрон;
проводящее покрытие 134 50-400 микрон; и
подложка 136 для роста биопленки 10-50 микрон.
Дополнительно дается ссылка на Фиг. 2А и 2В, которые иллюстрируют два альтернативных варианта реализации анода 102. В варианте реализации по Фиг. 2А проводник 132 предпочтительно выполнен в виде перфорированного плоского элемента и обозначен дополнительным ссылочным номером 138, а электропроводящее покрытие 134 предпочтительно выполнено в виде листа или пленки проводящей пластмассы. В варианте реализации по Фиг. 2В проводник 132 предпочтительно выполнен в виде перфорированного плоского металлического элемента 140, все поверхности которого покрыты непроницаемым для жидкости электропроводящим покрытием 142, как видно на увеличенном виде 144. К проводнику 132 по обеим его сторонам предпочтительно прикреплено покрытие 134 из полотна на углеродной основе. Присоединенный слой 13 6, являющийся подложкой для роста биопленки, предпочтительно выполнен из нетканой пластмассы.
Конструкция катодов 104 может быть лучше понята при обращении к увеличенному виду 150 на Фиг. 1В. Следует понимать, что, хотя увеличенный вид 150 показан происходящим из левостороннего катода 104, показанная на нем структура равным образом применима к правостороннему катоду 104. Видно, что перфорированный металлический проводник 152, предпочтительно образованный из меди или алюминия, окружен электропроводящим покрытием, которое предпочтительно реализовано путем покрытия металлического проводника 152 непроницаемой для жидкости электропроводящей пластмассой и облицовки этого покрытого металлического проводника на его обращенной к жидкости стороне электропроводящим слоем 154. Электропроводящий слой 154 предпочтительно образован из электропроводящей перфорированной пластмассы, произведенной компаундированием пластмассы, такой как полиэтилен, полипропилен или ЭВА, или их сочетания, с проводящим порошком, таким как порошок углерода и/или графита. Альтернативно, электропроводящий слой 154 может быть образован из полотна на углеродной основе.
Рост биопленки предпочтительно поддерживается на внешних поверхностях покрытого металлического проводника 152 и электропроводящего слоя 154. Необязательно, на по меньшей мере одной внешней поверхности электропроводящего слоя 154 предусмотрен присоединенный слой-подложка 156 для роста биопленки. Присоединенный слой-подложка 156 для роста биопленки предпочтительно образован из нетканого пластмассового полотна.
На противоположной, обращенной к воздуху стороне покрытого металлического проводника 152 предпочтительно предусмотрен непроницаемый для жидкости кислородопроницаемый слой 158, предпочтительно образованный из силиконового каучука или микроперфорированного полиолефина, такого как полипропилен или полиэтилен. Снаружи от непроницаемого для жидкости кислородопроницаемого слоя 158 необязательно предусмотрен присоединенный слой 160, типично содержащий тканое или нетканое пластмассовое полотно, такое как сложный полиэфир или полипропилен, причем данный присоединенный слой 160 служит для армирования структуры катодов 104.
Типичные толщины различных элементов катодов 104, показанных на увеличенном виде 150, имеют следующие значения:
перфорированный покрытый проводник 152 100-600 микрон;
проводящий слой 154 20-250 микрон;
подложка 156 для роста биопленки 10-50 микрон;
кислородопроницаемый, непроницаемый для жидкости слой 158 2 0-50 0 микрон; и
присоединенный слой 160 10-50 микрон.
Дополнительно дается ссылка на Фиг. 3, которая иллюстрирует вариант реализации катода 104. Как видно на Фиг. 3, перфорированный проводник 152 включает в себя перфорированный плоский металлический элемент 162, все поверхности которого покрыты непроницаемым для жидкости электропроводящим покрытием 164, как видно на увеличенном виде 166.
Работа бактериального топливного элемента 100 может быть лучше понята при обращении к увеличенному виду 170 на Фиг. 1В. Как видно на увеличенном виде 170, органическое вещество в сточных водах 106, обозначенное как химическая потребность в кислороде (ХПК), окисляется электрогенными бактериями, такими как Geobacter и Shewanella, которые типично находятся в биопленке 172, которая предпочтительно поддерживается подложкой 136 для роста биопленки (увеличенный вид 130), которая предусмотрена на поверхности анода 102.
Это окисление дает диоксид углерода (С02) , протоны и электроны. Протоны диффундируют через сточные воды 106 к катодам 104, а электроны подаются с помощью бактерий к аноду 102 и перемещаются от анода 102 по электрической цепи 118 к катодам 104.
В катодах 104 атмосферный кислород (Ог) проникает через
кислородопроницаемые слои, такие как слой 158, показанный на
увеличенном виде 150. На обращенной к сточным водам стороне
проводящего пластмассового слоя кислород Ог реагирует с
протонами и электронами с получением воды (Н20). Данная реакция
типично требует катализа, который предпочтительно
обеспечивается биопленкой 174, которая предпочтительно
поддерживается подложкой 156 для роста биопленки (увеличенный вид 150), предпочтительно предусмотренной на поверхностях катодов 104. К слою-подложке 156 для роста биопленки может быть дополнительно прикреплен материал для катализа или опосредования при восстановлении кислорода.
Таким образом, понятно, что работа бактериального топливного элемента по Фиг. 1-3 обеспечивает как электрическую энергию, так и обработку жидкостей, содержащих органический материал.
Далее дается ссылка на Фиг. 4, которая представляет собой
упрощенную иллюстрацию компактной, низкоэнергетической
установки обработки сточных вод, в которой используется
множество бактериальных топливных элементов типа,
проиллюстрированного на Фиг. 1-3, сконструированных и работающих в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения.
Как видно на Фиг. 4, компактная, низкоэнергетическая установка 400 обработки сточных вод включает в себя множество расположенных ярусом модульных бактериальных топливных элементов 100, причем данные бактериальные топливные элементы 100 предпочтительно расположены так, чтобы задавать в общем вертикальный проход 4 02 для потока воздуха между своими обмотками.
Предпочтительно, бактериальные топливные элементы 100 взаимно расположены ярусом так, что их соответствующие вертикальные проходы 4 02 для потока воздуха взаимно выровнены (совмещены). Сточные воды входят в каждый из бактериальных топливных элементов 100 по подающему сточные воды коллектору 4 04, причем данный подающий сточные воды коллектор 4 04 предпочтительно является модульным, а обработанные сточные воды покидают каждый из бактериальных топливных элементов 100 по коллектору 406 обработанных сточных вод, причем данный коллектор 406 обработанных сточных вод также предпочтительно является модульным.
Предпочтительно, вертикальный поток воздуха через проходы 4 02 для потока воздуха множественных расположенных ярусом
бактериальных топливных элементов 100 обеспечивается вентилятором 4 08, причем данный вентилятор 4 08 может запитываться производимым этой системой электричеством посредством подключения к инвертору 410 или любым другим подходящим источником питания. Альтернативно, когда достаточная тяга может быть создана посредством тепла или ветра, можно полностью или частично исключить использование вентилятора 408. В проиллюстрированном на Фиг. 4 варианте реализации соответствующие, расположенные ярусом бактериальные топливные элементы 100 показаны соединенными параллельно. Следует, однако, понимать, что альтернативно они могут быть соединены последовательно.
Предпочтительно, каждый из бактериальных топливных элементов 100 электрически соединен с системой управления электропитанием (СУЭ) 412, причем СУЭ 412, в свою очередь, находится в электрическом контакте с инвертором 410. В инверторе 410 ряд СУЭ 412 может быть объединен последовательно или параллельно, в зависимости от электрических требований системы.
Таким образом, следует понимать, что множество бактериальных топливных элементов 100 могут быть взаимно соединены как гидравлически, так и электрически последовательно и/или параллельно. Также следует понимать, что множественные установки 4 00 могут быть взаимно соединены последовательно или параллельно, в зависимости от природы сточных вод и требований к обработке. Параллельное гидравлическое взаимное соединение увеличивает объем сточных вод, который может быть обработан, тогда как последовательное гидравлическое взаимное соединение увеличивает степень очистки в результате обработки. Подобно этому, параллельное электрическое взаимное соединение обеспечивает повышенный выход тока, тогда как последовательное электрическое взаимное соединение обеспечивает повышенное выходное напряжение. Следует отметить, что гидравлическое взаимное соединение топливных элементов может быть осуществлено независимо от их электрических соединений, и наоборот.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что
настоящее изобретение не ограничено конкретно
продемонстрированным и описанным выше. Напротив, объем изобретения включает в себя как комбинации, так и подкомбинации описанных выше различных признаков, а также их модификации и вариации, которые могли бы прийти на ум специалистам в данной области при прочтении вышеизложенного описания и которые не входят в уровень техники.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Бактериальный топливный элемент, содержащий:
по меньшей мере один анод и по меньшей мере два катода в жидкостном сообщении с подлежащей обработке жидкостью, причем упомянутый по меньшей мере один анод отделен от упомянутых по меньшей мере двух катодов по меньшей мере первой и второй электроизолирующими прокладками, и упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода электрически соединены через внешнюю нагрузку; и
упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода совместно навиты в общем в конфигурации спирали вместе с по меньшей мере третьей электроизолирующей прокладкой.
2. Бактериальный топливный элемент по п. 1, и при этом упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода образованы из гибкого материала.
3. Бактериальный топливный элемент по п. 1 или п. 2, и при этом между упомянутыми по меньшей мере двумя катодами имеется уплотнение, посредством чего упомянутый по меньшей мере один анод заключен внутри оболочки, включающей упомянутое уплотнение и упомянутые по меньшей мере два катода.
4. Бактериальный топливный элемент по любому из
предшествующих пунктов, и при этом упомянутые
электроизолирующие прокладки содержат пластмассовые сетки.
5. Бактериальный топливный элемент по любому из предшествующих пунктов, и при этом упомянутые по меньшей мере два катода являются кислородопроницаемыми.
6. Бактериальный топливный элемент по любому из предшествующих пунктов, и при этом по длине упомянутой спирали распределено множество электрических выходных соединений.
7. Бактериальный топливный элемент по любому из предшествующих пунктов, и при этом упомянутый по меньшей мере один анод и упомянутые по меньшей мере два катода, каждый, содержат:
металлический электрический проводник и
электропроводящее покрытие по меньшей мере между
упомянутым металлическим электрическим проводником и упомянутой
подлежащей обработке жидкостью, причем упомянутое
электропроводящее покрытие выполнено с возможностью взаимной изоляции упомянутой жидкости и упомянутого электрического проводника друг от друга.
8. Бактериальный топливный элемент по п. 7, и при этом упомянутый металлический электрический проводник содержит покрытый металлический электрический проводник, а упомянутое электропроводящее покрытие содержит электропроводящее покрытие, сформированное на упомянутом металлическом электрическом проводнике.
9. Бактериальный топливный элемент по п. 8, и при этом упомянутый покрытый металлический электрический проводник по меньшей мере одного из упомянутых по меньшей мере двух катодов является водопроницаемым.
10. Бактериальный топливный элемент по п. 7, а также
содержащий по меньшей мере одну проводящую поверхность,
приспособленную для роста биопленки на своей поверхности,
причем данная проводящая поверхность находится в жидкостном
сообщении с упомянутой подлежащей обработке жидкостью и в
электрическом сообщении с упомянутым металлическим
электрическим проводником посредством упомянутого
электропроводящего покрытия.
11. Бактериальный топливный элемент по любому из п. 7-10, и при этом упомянутое электропроводящее покрытие приспособлено для роста биопленки на его поверхности.
12. Бактериальный топливный элемент по п. 10 или пункту
11, и при этом упомянутая по меньшей мере одна проводящая
поверхность, приспособленная для роста биопленки, ограничена
полотном, лежащим поверх поверхности упомянутого
электропроводящего покрытия.
13. Бактериальный топливный элемент по п. 10, и при этом упомянутая по меньшей мере одна проводящая поверхность, приспособленная для роста биопленки, ограничена проводящим полотном, при этом упомянутый металлический электрический проводник содержит покрытый металлический электрический
10.
проводник, а упомянутое электропроводящее покрытие содержит электропроводящее покрытие, сформированное на упомянутом металлическом электрическом проводнике.
14. Бактериальный топливный элемент по п. 13, и при этом упомянутое проводящее полотно содержит углерод.
15. Бактериальный топливный элемент по любому из п. 7-14, и при этом каждый из упомянутых по меньшей мере двух катодов также содержит кислородопроницаемый, непроницаемый для жидкости слой, смежный с упомянутым электропроводящим покрытием, и при этом упомянутый кислородопроницаемый, непроницаемый для жидкости слой подвергается воздействию кислородсодержащего газа.
16. Бактериальный топливный элемент по п. 15, и при этом упомянутый кислородопроницаемый, непроницаемый для жидкости слой содержит силиконовый каучук.
17. Бактериальный топливный элемент по п. 15, и при этом упомянутый кислородопроницаемый, непроницаемый для жидкости слой содержит микроперфорированную пленку, включающую полиолефин, такой как полиэтилен или полипропилен.
18. Бактериальный топливный элемент по любому из п. 7-17, и при этом упомянутый металлический электрический проводник содержит перфорированный плоский элемент.
19. Бактериальный топливный элемент по любому из
предшествующих пунктов, и при этом по меньшей мере один из
упомянутых по меньшей мере двух катодов включает в себя
присоединенный слой.
20. Бактериальный топливный элемент по п. 19, и при этом упомянутый присоединенный слой содержит пластмассовое полотно.
21. Бактериальный топливный элемент по любому из п. 7-20, и при этом упомянутое электропроводящее покрытие содержит проводящую пластмассу.
22. Бактериальный топливный элемент по любому из п. 7-21, и при этом упомянутый металлический электрический проводник содержит медь.
23. Бактериальный топливный элемент по любому из п. 7-21, и при этом упомянутый металлический электрический проводник
20.
содержит алюминий.
24. Установка обработки сточных вод, содержащая множество бактериальных топливных элементов по любому из предшествующих пунктов, и при этом упомянутое множество бактериальных топливных элементов организовано в многоярусную конфигурацию.
25. Установка обработки сточных вод по п. 24, и при этом упомянутое множество бактериальных топливных элементов гидравлически соединено последовательно.
26. Установка обработки сточных вод по п. 24, и при этом упомянутое множество бактериальных топливных элементов гидравлически соединено параллельно.
27. Установка обработки сточных вод по любому из п. 24-2 6, и при этом упомянутое множество бактериальных топливных элементов электрически взаимно соединено.
По доверенности
ФИГ.1В
ФИГ.З
ФИГ.4
3/5
3/5
4/5
4/5
5/5
5/5
|
