一種製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器及其製備納米硒的方法
2023-04-22 17:40:36
一種製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器及其製備納米硒的方法
【專利摘要】本發明涉及一種製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，它包括反應器本體，上部設置有三相分離器，在反應器本體側壁上設置有第一出氣口、出水口和排泥口，在反應器本體的底部設置有布水系統和布氣系統，所述的布水系統分為厭氧布水支路和好氧布水支路，在反應器本體外設置有微電腦，微電腦控制厭氧布水支路、好氧布水支路的進水，空氣壓縮機的進氣及出水管出水的工作。本發明的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器集好氧階段與厭氧階段為一體，不減小了能源的消耗，並且簡便易行，過程簡化，大大縮短了微生物的培養與納米硒的製備的時間，提高了生產效率。
【專利說明】一種製備納米砸的好氧-厭氧間歇曝氣反應器及其製備納米砸的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器及其製備納米硒的方法。
【背景技術】
[0002]納米粒子粒徑的範圍從0.1至1000納米不等,決定了納米材料相對於傳統材料具有明顯的物理化學優勢:良好的非線性特性，飽和吸收及光學雙穩態特性。硒由於其特殊的物理性質如較高的光電導性，熱響應和非線性光學響應，因而是一種重要的半導體功能材料。因此，硒在很多儀器中被廣泛應用，比如蓄電池、攝影曝光米、太陽能以及細胞半導體整流器。此外，硒是人體所必須的營養微量元素之一，研究結果表明，硒可以改善穀胱甘肽過氧化酶的活動來減少對細胞和組織的損傷，而且硒納米顆粒具有較高的生物活性，在防癌、抗癌、預防和治療心腦血管疾病方面有重要作用。
[0003]目前已有較多研究報導了製備納米硒的方法，其中生物法製備納米硒是一種無毒無害，環境友好型的方法，因此越來越被廣泛關注。如高平利用一株假單胞菌好氧還原合成了納米硒,Mausumi Mukhopadhyay利用動膠菌在好氧條件下合成了納米硒，好氧環境下，微生物可將電子傳遞給亞硒酸鹽，亞硒酸鹽被還原為納米硒。另外，又有研究表明，利用兼性厭氧微生物酵母菌屬也可以製備納米硒，這種方法的優點是可以在厭氧狀態下製備納米硒，減少好氧曝氣所需的消耗，缺點是在好氧條件下培養酵母菌屬，然後在厭氧狀態下還原亞硒酸鹽，製備納米硒。微生物的培養與納米硒的製備過程分離，需要在兩個反應器中進行，過程較繁瑣。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足，本發明提供一種製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，本發明還提供一種利用該裝置製備納米硒的方法。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]一種製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，包括反應器本體和頂蓋，所述的反應器本體為圓柱桶形，反應器本體內部自下而上分為菌體床區和懸浮區，懸浮區中心上部設置有三相分離器，三相分離器由兩塊傾斜擋板構成，兩傾斜擋板的頂部固定在頂蓋上，在懸浮區上部的反應器本體側壁上設置有第一出氣口，在懸浮區上部的反應器本體側壁上設有出水口，出水口通過出水管連接有出水箱，第一出氣口與出水口位於相對的兩側；位於菌體床區的反應器本體側壁上設有排泥口，在反應器本體的底部設置有布水系統和布氣系統，所述的布水系統分為厭氧布水支路和好氧布水支路，厭氧布水支路包括厭氧進水總管、厭氧進水支管和厭氧進水箱，進水總管與厭氧進水支管相連，厭氧進水支管與反應器本體底部的厭氧進水口連通，厭氧進水總管與厭氧進水箱連接；好氧布水支路包括好氧進水總管、好氧進水支管和好氧進水箱，好氧進水總管與好氧進水支管相連，好氧氧進水支管與反應器本體底部的好氧進水口連通，好氧進水總管與好氧進水箱連接；所述的布氣系統包括曝氣頭，曝氣頭設置在反應器本體的底部，曝氣頭通過管路與空氣壓縮機連接，在反應器本體外設置有微電腦，微電腦控制厭氧布水支路、好氧布水支路的進水，空氣壓縮機的進氣及出水管出水的工作。
[0007]本發明優選的，所述的好氧進水箱中盛納菌體生長需要的菌體營養水，厭氧進水箱中盛納含亞硒酸鹽的水溶液，菌體營養水的成分如下:胰蛋白腖10.0-15.0g/L，酵母提取物 5.0-10.0g/L,氯化鈉 5.0-10.0g/L, KNO3L 0-2.0g/L, MgSO4L 0-2.0g/L,KH2P042.0-3.0g/L，檸檬酸鈉5.2g/L。含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質量濃度為36_40mol/L。
[0008]本發明優選的，三相分離器的兩塊傾斜擋板位於懸浮區上部並將懸浮區上部分為左部排氣區、中部排氣區和右部排水區三個區域，兩塊傾斜擋板呈截頭V形，兩傾斜擋板之間的夾角為20?40°，每塊傾斜擋板與頂蓋所在的平面之間的夾角為60°?80°，第一出氣口設置在左部排氣區的反應器本體側壁上。
[0009]本發明優選的，在頂蓋的一側設置有第二出氣口，第二出氣口與中部排氣區連通，第一出氣口和第二出氣口共同連接集氣室。
[0010]本發明優選的，在頂蓋的頂部設置有水封管，水封管與中部排氣區連通，水封管連接有水封罐，水封罐呈圓柱狀。
[0011]本發明優選的，排泥口位於距反應器本體底部3?1cm處，排泥口通過排泥管連接有排泥池，排泥池連接有循環管，循環管的端部穿過反應器本體的頂蓋延伸至反應器本體內的懸浮區，在循環管的管路上設置有循環泵。
[0012]本發明優選的，所述的好氧進水口為3?6個，好氧進水支管的數量與好氧進水口相匹配，好氧進水支管共同連接好氧進水總管；所述的厭氧進水口為3?6個，厭氧進水支管的數量與厭氧進水口相匹配，厭氧進水支管共同連接厭氧進水總管；曝氣頭設置在反應器本體底部的中心位置。
[0013]進一步優選的，所述的好氧進水口為4個，厭氧進水口為4個，4個好氧進水口以曝氣頭為中心呈長方形分布在曝氣頭周圍；4個厭氧進水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，厭氧進水口設置在兩相鄰的好氧進水口之間。
[0014]本發明優選的，在出水管上設置有電磁閥，電磁閥控制出水的開啟和關閉，在好氧進水總管的管路上設置有好氧進水泵，在好氧進水總管的管路上設置有好氧進水泵，在厭氧進水總管的管路上設置有厭氧進水泵，微電腦對電磁閥、好氧進水泵、厭氧進水泵以及空氣壓縮機的開關進行控制。
[0015]本發明優選的，出水口位於距離頂蓋10?20cm位置處。
[0016]本發明優選的，反應器本體為有機玻璃殼體,反應器本體的有效容積為1-10L，高度為 0.5_5m。
[0017]本發明通過控制布氣系統、厭氧布水支路和好氧布水支路，使布氣系統與好氧布水支路同步，通過好氧布水支路為酵母菌屬生長提供所需能源，通過布氣系統提供培養酵母菌屬的好氧條件，使酵母菌屬能利用進水中的營養物質不斷生長進行培養，並保持其生物活性，酵母菌屬培養階段結束後，開啟厭氧布水支路，通過厭氧布水支路向反應器本體內通入含亞硒酸鹽的水溶液，在厭氧狀態下利用培養的酵母菌屬還原亞硒酸鹽進行製備納米硒。
[0018]本發明的菌體床區是指菌體與生物炭粉末混合而成的區域，菌體濃度較高，在菌體床區加入生物炭為了使菌體更好的沉降，防止培養的酵母菌屬隨出水排出反應器。進水的降解以及菌體的沉降主要發生在該區域，懸浮區是指菌體濃度較低的區域，該區域主要發生三相的分尚。
[0019]本發明反應器本體的底部設置好氧進水口 3?6個，厭氧進水口 3?6個，分別用於好氧階段和厭氧階段不同的進水，好氧進水口以曝氣頭為中心呈長方形分布在曝氣頭周圍，厭氧進水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，厭氧進水口設置在兩相鄰的好氧進水口之間，使好氧階段與厭氧階段的進水分布更加均勻，好氧進水口以曝氣頭為中心呈長方形分布在曝氣頭周圍，進水呈長方形進水，加之中心位置的曝氣，使使酵母菌屬與菌體營養水接觸的更加均勻，使酵母菌屬更均勻的分散在水體中，為酵母菌屬的培養提供了良好的條件，厭氧進水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，進水呈菱形進水，使酵母菌屬與亞硒酸鹽接觸的更均勻充分，提高了納米硒的生產效率。
[0020]利用上述製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器進行製備納米硒的方法，包括步驟如下:
[0021]I)酵母菌屬生長階段:反應器運行前，將酵母菌屬液體菌劑加入到反應器本體內菌體床區，同時添加生物炭粉末，開啟布氣系統與好氧布水支路上的好氧進水泵，向反應器內通過菌體營養水，菌體營養水於好氧進水箱通過好氧進水總管、好氧進水支管從反應器本體的底部進入反應器內，控制菌體營養水的進水流速為3-6L/h，進水時間:5-10分鐘，進水結束後，每升菌體營養水中含9-10mL菌劑，每升菌體營養水中含1000-1500mg生物炭，菌體營養水的成分如下:胰蛋白腖10.0-15.0g/L，酵母提取物5.0-10.0g/L，氯化鈉5.0-10.0g/L, KNO3L 0-2.0g/L, MgSO4L 0-2.0g/L, ΚΗ2Ρ042.0-3.0g/L，檸檬酸鈉 5.2g/L ;同時曝氣5-5.5小時,曝氣量為40-80L/h,曝氣開始後酵母菌屬開始分解菌體營養水中的有機物質，該有機物質為酵母菌屬生長提供所需能源，降解過程中產生C02，CH4以及曝氣過程中沒有完全利用的氧氣上升進入三相分離器，從第一出氣口、第二出氣口排出，酵母菌屬生長階段溫度保持在25±3°C ;
[0022]2)曝氣結束後，關閉布氣系統與好氧布水支路上的好氧進水泵，靜置8-10分鐘進行酵母菌屬絮狀體的沉降，沉降結束後，開啟出水管上的電磁閥進行出水5-10分鐘，懸浮區上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3-6L/h ；
[0023]3)出水結束後,關閉出水管上的電磁閥,靜置24-60分鐘閒置排出多餘的氧氣，開啟厭氧布水支路上的厭氧進水泵，向反應器內通入含亞硒酸鹽的水溶液，含亞硒酸鹽的水溶液於厭氧進水箱通過厭氧進水總管、厭氧進水支管從反應器本體的底部進入反應器內，控制含亞硒酸鹽的水溶液的進水流速為3_6L/h，進水時間5-10分鐘，
[0024]4)含亞硒酸鹽的水溶液進水結束後，關閉厭氧布水支路上的厭氧進水泵，開始厭氧5-5.5小時進行納米硒的製備，納米硒的製備期間保持排氣口閥門的關閉，防止氧氣進入，溫度保持在25±3°C，
[0025]5)納米硒的製備階段結束後，靜置8-10分鐘進行納米硒的沉降，沉降結束後，開啟出水管上的電磁閥進行出水5-10分鐘，排出厭氧階段的廢水，懸浮區上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3-6L/h，打開排泥口排出沉澱的菌體，然後離心、用雙蒸水和無水乙醇洗滌，得到紅色單質納米硒。
[0026]本發明優選的，含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質量濃度為36_40mol/L。
[0027]進一步優選的，所述的亞硒酸鹽為亞硒酸鈉或亞硒酸鉀。
[0028]本發明優選的，步驟5)洗滌後去除紅色單質納米硒的產物通過循環泵泵入反應器本體內進行循環利用。
[0029]本發明優選的，酵母菌屬為現有技術，可市場購得。
[0030]本發明酵母菌屬生長階段為好氧階段，菌體營養水中有機物質為釀酒酵母菌生長提供所需能源，被降解過程中產生C02，CH4等氣體，含有該氣體和曝氣過程中沒有完全利用的氧氣的菌體混合液繼續上升進入三相分離器，三相分離器將氣體和菌體混合液分離，在懸浮區的上部產生澄清的處理水，在該過程中釀酒酵母菌能利用進水中的營養物質不斷生長，並保持其生物活性。然後沉降、出水，用於排出酵母菌處理後的廢水，以利於厭氧階段的進水，在納米硒的製備階段:為厭氧階段，輸入含亞硒酸鹽水溶液，然後開始納米硒的製備，厭氧階段與好氧階段相似，但只含降解有機物產生的氣體，該氣體和菌體混合液上升進入三相分離器，三相分離器將氣體和菌體混合液分離，在懸浮區的上部產生澄清的處理水。
[0031]本發明的有益效果
[0032]1、本發明的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器集好氧階段與厭氧階段為一體，將酵母菌屬的培養、生長階段和納米硒的製備集合在一起，將微生物的培養與納米硒的製備過程集合在一起，只需要一次性注入酵母菌屬進行培養生長，不需每次製備納米硒都要培養，並且能保持其生物活性，減小了能源的消耗，並且簡便易行，過程簡化，大大縮短了微生物的培養與納米硒的製備的時間，提高了生產效率。
[0033]2、本發明的裝置既能進行酵母菌屬的培養，又能進行納米硒的製備，結構簡單，簡化了裝置，能實現更多的功能，只需要一次性注入培養好的酵母菌屬，不需每次製備納米硒都要培養，並且能保持其生物活性，減小了能源的消耗，並且簡便易行。
[0034]3、本發明厭氧進水口以及好氧進水口的布置，分別用於好氧階段和厭氧階段不同的進水，好氧進水口以曝氣頭為中心呈長方形分布在曝氣頭周圍，厭氧進水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，厭氧進水口設置在兩相鄰的好氧進水口之間，使好氧階段與厭氧階段的進水分布更加均勻，好氧進水口以曝氣頭為中心呈長方形分布在曝氣頭周圍，進水呈長方形進水，加之中心位置的曝氣，使使酵母菌屬與菌體營養水接觸的更加均勻，使酵母菌屬更均勻的分散在水體中，為酵母菌屬的培養提供了良好的條件，厭氧進水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，進水呈菱形進水，使酵母菌屬與亞硒酸鹽接觸的更均勻充分，提高了納米硒的生產效率。
[0035]4、本發明還可以收集反應過程產生的可燃氣體來回收利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1為本發明製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器的結構示意圖
[0037]其中，1、集氣室,2、水封罐,3、出水箱,4、排泥口，5、好氧進水箱,6、好氧進水泵,7、厭氧進水箱，8、厭氧進水泵,9、空氣壓縮機,10、微電腦，11、電磁閥，12、懸浮區，13、菌體床區，14、第一出氣口，15、第二出氣口，16、水封管。
[0038]圖2為好氧-厭氧間歇曝氣反應器底部的結構示意圖
[0039]其中，1、3、7、9為好氧進水口，2、4、6、8為厭氧進水口，5、曝氣頭。
【具體實施方式】
:
[0040]實施例1
[0041]一種製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，結構如圖1所示，包括反應器本體和頂蓋，反應器本體為圓柱桶形，反應器本體內部自下而上分為菌體床區13和懸浮區12，懸浮區12中心上部設置有三相分離器，三相分離器由兩塊傾斜擋板構成，兩傾斜擋板的頂部固定在頂蓋上，三相分離器的兩塊傾斜擋板位於懸浮區上部並將懸浮區上部分為左部排氣區、中部排氣區和右部排水區三個區域，兩塊傾斜擋板呈截頭V形，兩傾斜擋板之間的夾角為60°，每塊傾斜擋板與頂蓋所在的平面之間的夾角為60°，在懸浮區上部的反應器本體側壁上設置有第一出氣口 14，第一出氣口 14設置在左部排氣區的反應器本體側壁上。在頂蓋的一側設置有第二出氣口 15，第二出氣口 15與中部排氣區連通，第一出氣口 14和第二出氣口 15共同連接集氣室I。在懸浮區上部的反應器本體側壁上設有出水口，出水口通過出水管連接有出水箱3，第一出氣口 14與出水口位於相對的兩側；在頂蓋的頂部設置有水封管16，水封管16與中部排氣區連通，水封管連接有水封罐2，水封罐2呈圓柱狀。
[0042]位於菌體床區的反應器本體側壁上設有排泥口 4，排泥口 4位於距反應器本體底部3cm處，排泥口 4通過排泥管連接有排泥池。
[0043]在反應器本體的底部設置有布水系統和布氣系統，所述的布水系統分為厭氧布水支路和好氧布水支路，厭氧布水支路包括厭氧進水總管、厭氧進水支管和厭氧進水箱7，進水總管與厭氧進水支管相連，厭氧進水支管與反應器本體底部的厭氧進水口(2、4、6、8)連通，厭氧進水總管與厭氧進水箱連接；好氧布水支路包括好氧進水總管、好氧進水支管和好氧進水箱5，好氧進水總管與好氧進水支管相連，好氧氧進水支管與反應器本體底部的好氧進水口(1、3、7、9)連通,好氧進水總管與好氧進水箱5連接；好氧進水口為4個，厭氧進水口為4個，4個好氧進水口以曝氣頭為中心呈長方形分布在曝氣頭周圍；4個厭氧進水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，厭氧進水口設置在兩相鄰的好氧進水口之間。好氧進水支管的數量與好氧進水口相匹配，好氧進水支管共同連接好氧進水總管；厭氧進水支管的數量與厭氧進水口相匹配，厭氧進水支管共同連接厭氧進水總管；好氧進水箱中盛納菌體生長需要的菌體營養水，厭氧進水箱中盛納含亞硒酸鹽的水溶液，菌體營養水的成分如下:胰蛋白腖10.0g/L，酵母提取物5.0g/L，氯化鈉5.0g/L, KNO3L Og/L,MgSO4L 0-g/L,KH2P042.0g/L，檸檬酸鈉5.2g/L。含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質量濃度為36-40mol/L0
[0044]所述的布氣系統包括曝氣頭5，曝氣頭5設置在反應器本體底部的中心位置，曝氣頭通過管路與空氣壓縮機9連接，在出水管上設置有電磁閥11，電磁閥11控制出水的開啟和關閉，在好氧進水總管的管路上設置有好氧進水泵6，在厭氧進水總管的管路上設置有厭氧進水泵8，微電腦對電磁閥11、好氧進水泵6、厭氧進水泵8以及空氣壓縮機9的開關進行控制。出水口位於距離頂蓋1m位置處。反應器本體為有機玻璃殼體，反應器本體的有效容積為5L，高度為3m。
[0045]實施例2
[0046]如實施例1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，不同之處在於，
[0047]排泥池連接有循環管，循環管的端部穿過反應器本體的頂蓋延伸至反應器本體內的懸浮區，在循環管的管路上設置有循環泵。
[0048]實施例3
[0049]如實施例1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，不同之處在於，
[0050]兩傾斜擋板之間的夾角為20°，每塊傾斜擋板與頂蓋所在的平面之間的夾角為80°，排泥口 4位於距反應器本體底部8cm處，出水口位於距離頂蓋15m位置處。
[0051]實施例4
[0052]利用實施例1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器進行製備納米硒的方法，包括步驟如下:
[0053]I)酵母菌屬生長階段:反應器運行前，將酵母菌屬液體菌劑加入到反應器本體內菌體床區，同時添加生物炭粉末，生物炭粉末的添加量？開啟布氣系統與好氧布水支路上的好氧進水泵，向反應器內通過菌體營養水，菌體營養水於好氧進水箱通過好氧進水總管、好氧進水支管從反應器本體的底部進入反應器內，控制菌體營養水的進水流速為3L/h，進水時間:5分鐘，進水結束後，每升菌體營養水中含9mL菌劑，每升菌體營養水中含100mg生物炭，菌體營養水的成分如下:胰蛋白腖12.0g/L，酵母提取物8.0g/L，氯化鈉8.0g/L,KNO3L 5g/L,MgSO4L 5g/L,KH2P042.5g/L，檸檬酸鈉 5.2g/L ;同時曝氣 5 小時，曝氣量為 40L/h，曝氣開始後酵母菌屬開始分解菌體營養水中的有機物質，該有機物質為酵母菌屬生長提供所需能源，降解過程中產生C02，CH4以及曝氣過程中沒有完全利用的氧氣上升進入三相分離器，從第一出氣口、第二出氣口排出，酵母菌屬生長階段溫度保持在25°C ；
[0054]2)曝氣結束後，關閉布氣系統與好氧布水支路上的好氧進水泵，靜置8分鐘進行酵母菌屬絮狀體的沉降，沉降結束後，開啟出水管上的電磁閥進行出水5分鐘，懸浮區上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3L/h ；
[0055]3)出水結束後，關閉出水管上的電磁閥，靜置24分鐘閒置排出多餘的氧氣，開啟厭氧布水支路上的厭氧進水泵，向反應器內通入含亞硒酸鹽的水溶液，含亞硒酸鹽的水溶液於厭氧進水箱通過厭氧進水總管、厭氧進水支管從反應器本體的底部進入反應器內，控制含亞硒酸鹽的水溶液的進水流速為3L/h，進水時間5分鐘，
[0056]4)含亞硒酸鹽的水溶液進水結束後，關閉厭氧布水支路上的厭氧進水泵，開始厭氧5小時進行納米硒的製備，納米硒的製備期間保持排氣口閥門的關閉，防止氧氣進入，溫度保持在25±3°C，
[0057]5)納米硒的製備階段結束後，靜置8分鐘進行納米硒的沉降，沉降結束後，開啟出水管上的電磁閥進行出水5分鐘，排出厭氧階段的廢水，懸浮區上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3L/h，打開排泥口排出沉澱的菌體，然後離心、用雙蒸水和無水乙醇洗滌，得到紅色單質納米硒。含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質量濃度為36mol/L。所述的亞硒酸鹽為亞硒酸鈉。
[0058]實施例5
[0059]利用實施例1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器進行製備納米硒的方法，包括步驟如下:
[0060]I)酵母菌屬生長階段:反應器運行前，將酵母菌屬液體菌劑加入到反應器本體內菌體床區，同時添加生物炭粉末，生物炭粉末的添加量？開啟布氣系統與好氧布水支路上的好氧進水泵，向反應器內通過菌體營養水，菌體營養水於好氧進水箱通過好氧進水總管、好氧進水支管從反應器本體的底部進入反應器內，控制菌體營養水的進水流速為6L/h，進水時間:10分鐘，進水結束後，每升菌體營養水中含1mL菌劑，每升菌體營養水中含1500mg生物炭菌體營養水的成分如下:胰蛋白腖15.0g/L，酵母提取物10.0g/L，氯化鈉10.0g/L,ΚΝ032.0g/L, MgS042.0g/L, KH2P043.0g/L,檸檬酸鈉 5.2g/L ;同時曝氣 5.5 小時，曝氣量為80L/h，曝氣開始後酵母菌屬開始分解菌體營養水中的有機物質，該有機物質為酵母菌屬生長提供所需能源，降解過程中產生C02，CH4以及曝氣過程中沒有完全利用的氧氣上升進入三相分離器，從第一出氣口、第二出氣口排出，酵母菌屬生長階段溫度保持在28°C ；
[0061]2)曝氣結束後，關閉布氣系統與好氧布水支路上的好氧進水泵，靜置10分鐘進行酵母菌屬絮狀體的沉降，沉降結束後，開啟出水管上的電磁閥進行出水10分鐘，懸浮區上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速6L/h ；
[0062]3)出水結束後，關閉出水管上的電磁閥,靜置60分鐘閒置排出多餘的氧氣，開啟厭氧布水支路上的厭氧進水泵，向反應器內通入含亞硒酸鹽的水溶液，含亞硒酸鹽的水溶液於厭氧進水箱通過厭氧進水總管、厭氧進水支管從反應器本體的底部進入反應器內，控制含亞硒酸鹽的水溶液的進水流速為6L/h，進水時間10分鐘，
[0063]4)含亞硒酸鹽的水溶液進水結束後，關閉厭氧布水支路上的厭氧進水泵，開始厭氧5.5小時進行納米硒的製備，納米硒的製備期間保持排氣口閥門的關閉，防止氧氣進入，溫度保持在28 °C，
[0064]5)納米硒的製備階段結束後，靜置10分鐘進行納米硒的沉降，沉降結束後，開啟出水管上的電磁閥進行出水10分鐘，排出厭氧階段的廢水，懸浮區上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速6L/h，打開排泥口排出沉澱的菌體，然後離心、用雙蒸水和無水乙醇洗滌，得到紅色單質納米硒。含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質量濃度為40mol/L。所述的亞硒酸鹽為亞硒酸鉀。
【權利要求】
1.一種製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，包括反應器本體和頂蓋，所述的反應器本體為圓柱桶形，反應器本體內部自下而上分為菌體床區和懸浮區，懸浮區中心上部設置有三相分離器，三相分離器由兩塊傾斜擋板構成，兩傾斜擋板的頂部固定在頂蓋上，在懸浮區上部的反應器本體側壁上設置有第一出氣口，在懸浮區上部的反應器本體側壁上設有出水口，出水口通過出水管連接有出水箱，第一出氣口與出水口位於相對的兩側；位於菌體床區的反應器本體側壁上設有排泥口，在反應器本體的底部設置有布水系統和布氣系統，所述的布水系統分為厭氧布水支路和好氧布水支路，厭氧布水支路包括厭氧進水總管、厭氧進水支管和厭氧進水箱，進水總管與厭氧進水支管相連，厭氧進水支管與反應器本體底部的厭氧進水口連通，厭氧進水總管與厭氧進水箱連接；好氧布水支路包括好氧進水總管、好氧進水支管和好氧進水箱，好氧進水總管與好氧進水支管相連，好氧氧進水支管與反應器本體底部的好氧進水口連通，好氧進水總管與好氧進水箱連接；所述的布氣系統包括曝氣頭，曝氣頭設置在反應器本體的底部，曝氣頭通過管路與空氣壓縮機連接，在反應器本體外設置有微電腦，微電腦控制厭氧布水支路、好氧布水支路的進水，空氣壓縮機的進氣及出水管出水的工作。
2.根據權利要求1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，其特徵在於，所述的好氧進水箱中盛納菌體生長需要的菌體營養水，厭氧進水箱中盛納含亞硒酸鹽的水溶液，菌體營養水的成分如下:胰蛋白腖10.0-15.08/1，酵母提取物5.0-10.08凡，氯化鈉5.0-10.0^/1,謂0^1.0-2.0^/1,1叻041 0-2.0^/1,狃2？042丨 0-3.0^/1,檸檬酸鈉 5.2^/1。含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質量濃度為36-40001/1。
3.根據權利要求1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，其特徵在於，三相分離器的兩塊傾斜擋板位於懸浮區上部並將懸浮區上部分為左部排氣區、中部排氣區和右部排水區三個區域，兩塊傾斜擋板呈截頭卩形，兩傾斜擋板之間的夾角為30?60。，每塊傾斜擋板與頂蓋所在的平面之間的夾角為60。?80。，第一出氣口設置在左部排氣區的反應器本體側壁上，在頂蓋的一側設置有第二出氣口，第二出氣口與中部排氣區連通，第一出氣口和第二出氣口共同連接集氣室，在頂蓋的頂部設置有出氣管，出氣管與中部排氣區連通，出氣管連接有水封罐，水封罐呈圓柱狀。
4.根據權利要求1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，其特徵在於，排泥口位於距反應器本體底部3?10(3111處，排泥口通過排泥管連接有排泥池，排泥池連接有循環管，循環管的端部穿過反應器本體的頂蓋延伸至反應器本體內的懸浮區，在循環管的管路上設置有循環泵。
5.根據權利要求1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，其特徵在於，所述的好氧進水口為3?6個，好氧進水支管的數量與好氧進水口相匹配，好氧進水支管共同連接好氧進水總管；所述的厭氧進水口為3?6個，厭氧進水支管的數量與厭氧進水口相匹配，厭氧進水支管共同連接厭氧進水總管；曝氣頭設置在反應器本體底部的中心位置。
6.根據權利要求1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，其特徵在於，所述的好氧進水口為4個，厭氧進水口為4個，4個好氧進水口以曝氣頭為中心呈長方形分布在曝氣頭周圍；4個厭氧進水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，厭氧進水口設置在兩相鄰的好氧進水口之間。
7.根據權利要求1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，其特徵在於，在出水管上設置有電磁閥，電磁閥控制出水的開啟和關閉，在好氧進水總管的管路上設置有好氧進水泵，在好氧進水總管的管路上設置有好氧進水泵，在厭氧進水總管的管路上設置有厭氧進水泵，微電腦對電磁閥、好氧進水泵、厭氧進水泵以及空氣壓縮機的開關進行控制。
8.根據權利要求1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器，其特徵在於，出水口位於距離頂蓋10?20(^位置處，反應器本體為有機玻璃殼體，反應器本體的有效容積為1-101，高度為 0.5-5111。
9.利用權利要求1所述的製備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應器進行製備納米硒的方法，包括步驟如下: 1)酵母菌屬生長階段:反應器運行前，將酵母菌屬液體菌劑加入到反應器本體內菌體床區，同時添加生物炭粉末，開啟布氣系統與好氧布水支路上的好氧進水泵，向反應器內通過菌體營養水，菌體營養水於好氧進水箱通過好氧進水總管、好氧進水支管從反應器本體的底部進入反應器內，控制菌體營養水的進水流速為3-61711，進水時間:5-10分鐘，進水結束後，每升菌體營養水中含9-104菌劑，每升菌體營養水中含1000-1500呢生物炭，菌體營養水的成分如下:胰蛋白腖10.0-15.08/1，酵母提取物5.0-10.08凡，氯化鈉5.0-10.0^/1,謂0山 0-2.0^/1,1叻041 0-2.0^/1,狃2？042丨 0-3.0^/1,檸檬酸鈉 5.2^/1 ；同時曝氣 5-5.5 小時，曝氣量為40-801711，曝氣開始後酵母菌屬開始分解菌體營養水中的有機物質，該有機物質為酵母菌屬生長提供所需能源，降解過程中產生⑶2，0！！4以及曝氣過程中沒有完全利用的氧氣上升進入三相分離器，從第一出氣口、第二出氣口排出，酵母菌屬生長階段溫度保持在25±3。〇； 2)曝氣結束後，關閉布氣系統與好氧布水支路上的好氧進水泵，靜置8-10分鐘進行酵母菌屬絮狀體的沉降，沉降結束後，開啟出水管上的電磁閥進行出水5-10分鐘，懸浮區上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3-61711 ； 3)出水結束後，關閉出水管上的電磁閥，靜置24-60分鐘閒置排出多餘的氧氣，開啟厭氧布水支路上的厭氧進水泵，向反應器內通入含亞硒酸鹽的水溶液，含亞硒酸鹽的水溶液於厭氧進水箱通過厭氧進水總管、厭氧進水支管從反應器本體的底部進入反應器內，控制含亞硒酸鹽的水溶液的進水流速為3-61711，進水時間5-10分鐘， 4)含亞硒酸鹽的水溶液進水結束後，關閉厭氧布水支路上的厭氧進水泵，開始厭氧5-5.5小時進行納米硒的製備，納米硒的製備期間保持排氣口閥門的關閉，防止氧氣進入，溫度保持在25 ±31， 5)納米硒的製備階段結束後，靜置8-10分鐘進行納米硒的沉降，沉降結束後，開啟出水管上的電磁閥進行出水5-10分鐘，排出厭氧階段的廢水，懸浮區上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3-61711，打開排泥口排出沉澱的菌體，然後離心、用雙蒸水和無水乙醇洗滌，得到紅色單質納米硒。
10.根據權利要求9所述的製備納米硒的方法，其特徵在於，含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質量濃度為36-4011101/1，所述的亞硒酸鹽為亞硒酸鈉或亞硒酸鉀。步驟5)洗滌後去除紅色單質納米硒的產物通過循環泵泵入反應器本體內進行循環利用。
【文檔編號】C12M1/04GK104312899SQ201410502881
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】孫雪菲, 郭寧, 王曙光 申請人:山東大學