一種小型微生物電解池及其應用的製作方法
2024-03-01 06:14:15 3
一種小型微生物電解池及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種小型微生物電解池及其應用，該電解池的結構包括法蘭、電極、銅棒、微生物電解池反應器、曝氣板和攪拌子，在曝氣板上均勻設置有細小的曝氣孔，在充入N2時細小的曝氣孔可以使氣泡均勻地進入到電解液中，避免充入N2時氣體突然增大，造成曝氣不穩定，使溶液腐蝕銅棒，影響實驗效果。電極插入曝氣板上表面的電極卡槽中，外加電場提供電子，定期將DO或pH探針穿過法蘭上的通孔，將其固定在曝氣板中央的探針卡槽內，實時監測反應體系的DO值或pH值，本微生物電解池可以穩定高效的降解水體中的高氯酸根。
【專利說明】一種小型微生物電解池及其應用【技術領域】
[0001]本發明涉及一種小型微生物電解池及其應用，屬於水處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近年來，高氯酸鹽在大量的水、土壤和食物中均被檢測到，已經引起全世界範圍內人們的高度重視。由於高氯酸鹽攝入人體後會導致甲狀腺激素的分泌不足，進而抑制人體正常的新陳代謝和生長發育，因此，尋找消除此類汙染物的有效方法成為全世界關注的重大環境問題之一。微生物降解作用是環境中高氯酸鹽汙染去除的最主要途徑，利用厭氧微生物在厭氧條件下將高氯酸鹽最終降解為無毒無害的氯化物，而且微生物降解是最為經濟簡便、無二次汙染的有效方法，倍受關注。
[0003]近期，針對高氯酸鹽降解方法有生物降解，離子交換，膜過濾和電滲析。但是這些方法存在諸如需要處理高氯酸鹽及其副產物、高能耗低效率等缺點。而採用直接電催化還原C104-的方法，使其還原為Cl-，是實現C104-的無害化處理最有效途徑，優點如下:
(I)無需外加電子供體，還原產物Cl -，無副產物；2)電子直接參與還原反應，電能利用效率高；(3)無類似離子交換中樹脂再生問題，無二次汙染。在實驗室研究中，常用微生物電解池進行模擬真實環境下對自然水體中的高氯酸鹽進行微生物降解實驗，小型的微生物電解池因其體積小，使用方便而在實驗中被廣泛利用，微生物電解池一般由池體、陽極、陰極、外電路及電源組成，在陽極上有一層由產電微生物形成的生物膜，這些微生物靠代謝汙水中的有機物為生。但是，現有的微生物電解池在模擬真實環境下自然水體實驗時明顯存在不足，同時，對小型的微生物電解池而言往往存在曝氣不均勻的情況，並且不容易找到合適的曝氣裝置，另外，現有的微生物電解池中的攪拌子在發生攪拌作用時容易造成電極在電解質中會發生晃動 ，對實驗結果產生影響。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中的不足，本發明提供一種小型微生物電解池。
[0005]本發明還提供一種利用小型微生物電解池的應用。
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]一種小型微生物電解池，其特徵在於:該電解池的結構包括法蘭、電極、銅棒、微生物電解池反應器、曝氣板和攪拌子，其中，所述微生物電解池反應器為中空的圓柱形容器，所述圓柱形容器的頂部開口，開口的邊緣處設置為向外延伸的凸臺，所述法蘭與凸臺固定連接，所述法蘭的中心設置有通孔，通孔外設置有一圈貫穿法蘭的電極孔，所述電極包括聚苯胺石墨電極和普通石墨電極，聚苯胺石墨電極為負極，普通石墨電極為正極，電極的一端固定連接有銅棒，所述銅棒貫穿法蘭上的電極孔，所述圓柱形容器的內壁上設置有向圓柱形容器內部延伸的一圈凸腳，所述凸腳位於同一水平面內，在凸腳上安放曝氣板，所述曝氣板呈圓盤形，曝氣板的上表面中心處設置有固定PH探針、DO探針或電導探針的探針卡槽，探針卡槽外設置有一圈固定電極的電極卡槽，所述曝氣板上還設置有貫穿曝氣板的曝氣孔，所述圓柱形容器的外壁上設置有水平向外延伸的埠，所述埠為曝氣口和出水口，所述曝氣口設置於出水口的下方，所述電極的末端固定設置在曝氣板上的電極卡槽內，所述攪拌子設置於圓柱形容器的底部，法蘭的通孔內設置有橡膠塞。
[0008]上述裝置所採用的聚苯胺石墨電極依照中國專利CN102320687B所述的方法製得。
[0009]根據本發明，優選的，所述圓柱形容器的底部邊緣處設置為向外延伸的底座。
[0010]根據本發明，優選的，所述圓柱形容器的底部安放有攪拌槽，所述攪拌槽為中心部向下凹陷的圓弧形器皿。此設計的好處在於，可以將攪拌子放置於攪拌槽內，相對地增加了微生物電解池反應器底部的厚度，避免攪拌子長時間攪拌使反應器底部受損。
[0011]根據本發明，優選的，所述法蘭通過螺栓與凸臺固定連接。
[0012]根據本發明，優選的，所述電極的數量為兩個以上。
[0013]根據本發明，優選的，所述法蘭上的電極孔的直徑為0.2mm-0.5_。
[0014]根據本發明，優選的，所述曝氣板下表面距離底座上表面的垂直距離為1.5-3cm。
[0015]根據本發明，優選的，曝氣板上曝氣孔的直徑為0.2mm-0.5mm，曝氣板上每平方釐米曝氣孔的數量為20-30個。此設計的優點在於，細小的曝氣孔可以使曝氣時氣泡均勻，避免充入N2時氣體突然增大，造成曝氣不穩定，使溶液腐蝕銅棒，影響實驗效果。
[0016]根據本發明，優選的，所述出水口包括第一出水口和第二出水口，所述曝氣口、第一出水口和第二出水口設置於同一垂直線上。
[0017]根據本發明，優選的，所述曝氣口距離底座上表面的垂直距離為1-1.5cm，第一出水口距離底座上表面的垂直距離為4-6cm，第二出水口距離底座上表面的垂直距離為8-lOcm。
[0018]根據本發明，進一步優選的，所述曝氣口距離底座上表面的垂直距離為1cm，第一出水口距離底座上表面的垂直距離為5cm，第二出水口距離底座上表面的垂直距離為9cm。
[0019]一種小型微生物電解池的應用，其特徵在於，該微生物電解池用於自養厭氧微生物的培養與運行。
[0020]從法蘭上通孔處倒入電解液後從曝氣口充AN2，同時將頂端橡膠塞拔出，N2從曝氣孔均勻進入電解液中使溶液中的溶解氧從法蘭上的通孔排除，保證電解液的高度厭氧狀態。電極插入曝氣板上表面的電極卡槽中，其中，與聚苯胺石墨電極相連接的銅棒與外加電源的負極相連，與普通石墨電極相連接的銅棒與外加電源的正極相連，外加電場提供電子。定期將DO或PH探針穿過法蘭上的通孔，將其固定在曝氣板中央的探針卡槽內，實時監測反應體系的DO值或PH值。經過一段時間的培養，電流達到穩定後，電極表面形成一層緻密的生物膜，懸浮汙泥馴化完成，可以穩定高效的降解水體中的高氯酸根。
[0021]本發明具有如下有益效果:
[0022]1.本發明微生物電解池對曝氣板進行了優化，在曝氣板上均勻設置有細小的曝氣孔，在充入N2時細小的曝氣孔可以使氣泡均勻地進入到電解液中，避免充入N2時氣體突然增大，造成曝氣不穩定，使溶液腐蝕銅棒，影響實驗效果。
[0023]2.本發明微生物電解池採用無膜設計，使裝置在進行實驗時更接近自然水體的真實環境。
[0024]3.本發明微生物電解池在微生物電解池反應器的底部設置有攪拌槽，可以將攪拌子放置於攪拌槽內，相對地增加了微生物電解池反應器底部的厚度，避免攪拌子長時間攪拌使反應器底部磨損。
[0025]4.本發明微生物電解池外形小巧，結構簡單，使用方便，實驗使用效果良好，對微生物的培養與運行能夠提供很好的實驗環境。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明微生物電解池的結構示意圖。
[0027]圖2為本發明微生物電解池反應器的俯視圖。
[0028]圖3為本發明曝氣板的主視圖。
[0029]圖4為本發明曝氣板的俯視圖。
[0030]圖5為本發明電流密度的變化曲線圖。
[0031]圖6為本發明高氯酸根在微生物電解池中的降解曲線圖。
[0032]其中，1、電極，2、法蘭，3、第二出水口，4、微生物電解池反應器，5、曝氣口，6、曝氣板，7、攪拌槽，8、攪拌子，9、凸臺，10、底座，11、第一出水口，12、橡膠塞，13、凸腳，14、探針卡槽,15、電極卡槽。
【具體實施方式】
[0033]結合附圖，通過具體實施例對本發明作進一步的闡述，但不限於此。
[0034]實施例1:
[0035]如圖1、圖2所示，一種小型微生物電解池，該電解池的結構包括法蘭2、電極1、銅棒、微生物電解池反應器4、曝氣板6和離子攪拌子8，其中，微生物電解池反應器4為中空的圓柱形容器，圓柱形容器的底部邊緣處設置為向外延伸的底座10，圓柱形容器的頂部開口，開口的邊緣處設置為向外延伸的凸臺9，法蘭2通過螺栓與凸臺9固定連接，法蘭2的中心設置有通孔，通孔外設置有一圈貫穿法蘭的電極孔，電極包括3個聚苯胺石墨電極和3個普通石墨電極，聚苯胺石墨電極為負極，普通石墨電極為正極，電極的一端固定連接有銅棒，銅棒貫穿設置於法蘭2上的電極孔，電極孔的直徑為0.2mm，曝氣板上每平方釐米上曝氣孔的數量為20個，圓柱形容器的內壁上設置有向圓柱形容器內部延伸的一圈凸腳13，凸腳位於同一水平面內，在凸腳上安放設置曝氣板6，所述曝氣板6呈圓盤型，曝氣板6下表面距離底座10上表面的垂直距離為1.5cm，曝氣板的上表面中心處設置有固定PH探針、DO探針或電導探針的探針卡槽14，探針卡槽外設置有一圈固定電極的電極卡槽15，曝氣板上還設置有貫穿曝氣板的曝氣孔，曝氣孔的直徑為0.2mm,圓柱形容器的外壁上設置有水平向外延伸的埠，埠為曝氣口 5和出水口，曝氣口 5設置於出水口的下方，出水口包括第一出水口 11和第二出水口 3，曝氣口 5、第一出水口 11和第二出水口 3設置於同一垂直線上，曝氣口 5距離底座10上表面的垂直距離為1cm，第一出水口 11距離底座10上表面的垂直距離為4cm，第二出水口 3距離底座10上表面的垂直距離為8cm，電極的末端固定設置於曝氣板6上的電極卡槽15內，離子攪拌子8設置於圓柱形容器的底部，法蘭2的通孔內設置有橡膠塞12。此時，離子攪拌子8啟動，產生攪拌作用，開始實驗。附圖5為顯示了電流密度隨時間的變化曲線圖，附圖6為顯示了高氯酸根在微生物電解池中的降解曲線圖。
[0036]實施例2:[0037]如圖1、圖3和圖4所示，一種小型微生物電解池，其結構如實施例1所示，不同之處在於:圓柱形容器的底部安放有攪拌槽7，攪拌槽7為中心部向下凹陷的圓弧形器皿。此設計的好處在於，可以將攪拌子8放置於攪拌槽7內，相對地增加了微生物電解池反應器底部的厚度，避免攪拌子8長時間攪拌使反應器底部受損。
[0038]實施例3:
[0039]如圖1和圖2所示，一種小型微生物電解池，其結構如實施例2所示，不同之處在於:法蘭2上的電極孔的直徑為0.5mm。
[0040]實施例4:
[0041]如圖1和圖2所示，一種小型微生物電解池，其結構如實施例2所示，不同之處在於:曝氣板6下表面距離底座10上表面的垂直距離為3cm。
[0042]實施例5:
[0043]如圖1、圖3和圖4所示，一種小型微生物電解池，其結構如實施例2所示，不同之處在於:曝氣板上曝氣孔的直徑為0.5mm，曝氣板上每平方釐米上曝氣孔的數量為30個。
[0044]實施例6:
[0045]如圖1所示，一種小型微生物電解池，其結構如實施例2所示，不同之處在於:曝氣口 5距離底座10上表面的垂直距離為1.5cm，第一出水口 11距離底座10上表面的垂直距離為6cm，第二出水口 3距離底座10上表面的垂直距離為10cm。
[0046]實施例7:
[0047]如圖1所示，一種小型微生物電解池，其結構如實施例2所示，不同之處在於:第一出水口 11距離底座10上表面的垂直距離為5cm，第二出水口 3距離底座10上表面的垂直距離為9cm。
[0048]實施例8:
[0049]一種小型微生物電解池的應用，該微生物電解池用於實驗室中高氯酸根還原菌的培養與運行，用以降解自然水體中的高氯酸根。
【權利要求】
1.一種小型微生物電解池，其特徵在於:該電解池的結構包括法蘭、電極、銅棒、微生物電解池反應器、曝氣板和攪拌子，其中，所述微生物電解池反應器為中空的圓柱形容器，所述圓柱形容器的頂部開口，開口的邊緣處設置為向外延伸的凸臺，所述法蘭與凸臺固定連接，所述法蘭的中心設置有通孔，通孔外設置有一圈貫穿法蘭的電極孔，所述電極包括聚苯胺石墨電極和普通石墨電極，聚苯胺石墨電極為負極，普通石墨電極為正極，電極的一端固定連接有銅棒，所述銅棒貫穿法蘭上的電極孔，所述圓柱形容器的內壁上設置有向圓柱形容器內部延伸的一圈凸腳，所述凸腳位於同一水平面內，在凸腳上安放曝氣板，所述曝氣板呈圓盤形，曝氣板的上表面中心處設置有固定PH探針、DO探針或電導探針的探針卡槽，探針卡槽外設置有一圈固定電極的電極卡槽，所述曝氣板上還設置有貫穿曝氣板的曝氣孔，所述圓柱形容器的外壁上設置有水平向外延伸的埠，所述埠為曝氣口和出水口，所述曝氣口設置於出水口的下方，所述電極的末端固定設置在曝氣板上的電極卡槽內，所述攪拌子設置於圓柱形容器的底部，法蘭的通孔內設置有橡膠塞。
2.如權利要求1所述的小型微生物電解池，其特徵在於:所述圓柱形容器的底部邊緣處設置為向外延伸的底座，所述圓柱形容器的底部安放有攪拌槽，所述攪拌槽為中心部向下凹陷的圓弧形器皿。
3.如權利要求1或2所述的小型微生物電解池，其特徵在於:所述法蘭通過螺栓與凸臺固定連接，所述電極的數量為兩個以上。
4.如權利要求1所述的小型微生物電解池，其特徵在於:所述法蘭上的電極孔的直徑為 0.2mm-Q.5mm。
5.如權利要求1所述的小型微生物電解池，其特徵在於:所述曝氣板上曝氣孔的直徑為0.2mm-0.5mm,曝氣板上每平方釐米曝氣孔的數量為20-30個。
6.如權利要求1所述的小型微生物電解池，其特徵在於:所述曝氣板下表面距離底座上表面的垂直距離為1.5-3cm。
7.如權利要求1所述的小型微生物電解池，其特徵在於:所述出水口包括第一出水口和第二出水口，所述曝氣口、第一出水口和第二出水口設置於同一垂直線上。
8.如權利要求7所述的小型微生物電解池，其特徵在於:所述曝氣口距離底座上表面的垂直距離為1-1.5cm，第一出水口距離底座上表面的垂直距離為4-6cm，第二出水口距離底座上表面的垂直距離為8-lOcm。
9.如權利要求8所述的小型微生物電解池，其特徵在於:所述曝氣口距離底座上表面的垂直距離為1cm，第一出水口距離底座上表面的垂直距離為5cm，第二出水口距離底座上表面的垂直距離為9cm。
10.一種如權利要求1所述的小型微生物電解池的應用，其特徵在於，該微生物電解池用於自養厭氧微生物的培養與運行。
【文檔編號】H01M8/02GK103633356SQ201310671878
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月11日 優先權日:2013年12月11日
【發明者】高明明, 李佳佳 申請人:山東大學