一種配制耦合微電場(chǎng)發(fā)生裝置的好氧微生物反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種配置耦合微電場(chǎng)發(fā)生裝置的好氧微生物反應(yīng)器，主要用于提高菲降解菌的生長(zhǎng)速率和降解活性，屬于利用微電場(chǎng)刺激提高微生物對(duì)環(huán)境有機(jī)污染物降解效率的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多環(huán)芳經(jīng)(Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)或雜環(huán)以線性、彎接、或簇聚的方式構(gòu)成的混合物，是一類廣泛分布于環(huán)境中的疏水性有機(jī)污染物。PAHs具有高毒性、高生物富集性、難降解、分布廣的特點(diǎn)，且隨著苯環(huán)數(shù)量增加，其水溶性越低，脂溶性越強(qiáng)，在環(huán)境中存留時(shí)間越長(zhǎng)，遺傳毒性越高，致癌性越強(qiáng)。隨著我國(guó)石油、煤炭的使用量日益增加，PAHs污染隨之日益嚴(yán)重。1999年我國(guó)16種PAHs年排放總量為9799噸，而2004年我國(guó)16種PAHs年排放總量激增到11.4萬噸，占全球PAHs排放總量的22%，且呈逐年遞增的趨勢(shì)。由于PAHs的生物難降解性和累積性，導(dǎo)致我國(guó)目前面臨日益嚴(yán)峻的PAHs污染，潛在危害可以持續(xù)數(shù)十年，因此，有效解決PAHs引起的環(huán)境污染問題非常急迫。
[0003]目前，治理PAHs污染的方法主要以生物修復(fù)為主，其中以微生物降解為主的生物修復(fù)技術(shù)具有成本低，操作簡(jiǎn)便，無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是目前治理PAHs污染的最具有潛力的修復(fù)手段之一。但是傳統(tǒng)的微生物降解手段對(duì)于生物難降解及高毒性的有機(jī)污染物具有處理效果差、微生物馴化時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，提高傳統(tǒng)微生物處理效率，降低使用成本，擴(kuò)大適用面，是最有效的解決方法，而借助外加微電場(chǎng)等技術(shù)提高細(xì)胞活性，加速微生物對(duì)PAHs降解速率，是解決上述問題的重要手段之一。菲是一種含有三個(gè)苯環(huán)的PAHs，在環(huán)境中分布廣、難生物降解，常被作為研究PAHs的模式污染物。
[0004]微電場(chǎng)-微生物耦合技術(shù)是一種新型廢水處理技術(shù)，將微電場(chǎng)電催化與常規(guī)微生物生物處理方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)微電場(chǎng)催化作用強(qiáng)化微生物處理廢水的性能。研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)強(qiáng)度的微電場(chǎng)刺激作用可以提高微生物某些有利于目標(biāo)污染物降解的生物酶活性，提高微生物的代謝能力，達(dá)到有利于微生物降解目標(biāo)污染物的目的。
[0005]近年來，不同構(gòu)型的微電場(chǎng)-微生物反應(yīng)器紛紛問世，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)微電場(chǎng)-微生物反應(yīng)器進(jìn)行系統(tǒng)研究和改進(jìn)。但目前的反應(yīng)器存在電子傳遞效率低，微生物與電場(chǎng)接觸不充分，使得在應(yīng)用過程中出現(xiàn)效率低和穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。因此，本專利開發(fā)了一種耦合微電場(chǎng)發(fā)生裝置的好氧微生物反應(yīng)器，通過改進(jìn)電極的形狀及分布方式，使得微生物與電極接觸更加充分，提高了電子傳遞效率，進(jìn)而明顯提高了 PAHs降解菌對(duì)菲的降解效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，而提供一種配置耦合微電場(chǎng)發(fā)生裝置的好氧微生物反應(yīng)器，用于菲降解菌處理含菲(PAHs)廢水；該反應(yīng)器通過改進(jìn)電極的形狀及分布方式，使得微生物與電極接觸更加充分，提高了電子傳遞效率，對(duì)菲降解菌有刺激作用；可以提高菲降解菌的生長(zhǎng)活性和對(duì)菲的降解效率。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]—種配置耦合微電場(chǎng)發(fā)生裝置的好氧微生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器主體，和位于反應(yīng)器主體外部的高精度支流穩(wěn)壓電源、曝氣及氣體控制系統(tǒng)、輸水軟管、磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)栗、外循環(huán)加熱器和磁力驅(qū)動(dòng)攪拌器；其特征在于，所述的反應(yīng)器主體內(nèi)具有一個(gè)呈筒狀的陰極和一個(gè)棒狀的陽極，陰極和陽極均為石墨電極，陰極位于反應(yīng)器主體底部，陽極由陽極固定支架固定于陰極內(nèi)的軸心處且不接觸陰極，從而使陰極和陽極呈“周圍式”分布；所述的陰極、陽極通過導(dǎo)線與高精度支流穩(wěn)壓電源連接，三者形成回路構(gòu)成微電場(chǎng)發(fā)生裝置；所述的反應(yīng)器主體位于磁力攪拌器臺(tái)面上，反應(yīng)主體外壁的上部和下部各具有一個(gè)接口，外循環(huán)加熱器通過磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)栗與下部接口相連、通過輸水軟管與上部接口相連，水流自下而上與反應(yīng)器主體相連構(gòu)成閉合外循環(huán)加熱回路。
[0009]優(yōu)選的，所述的陰極，筒狀石墨電極的表面帶有均勻分布的27個(gè)孔篩，這些篩孔一方面可以增加電極與微生物接觸的比表面積，另一方面也可以增加體系的傳質(zhì)效率，此夕卜，篩孔對(duì)曝氣產(chǎn)生的氣泡還具有一定的剪切力，可以提高系統(tǒng)的溶氧效率。
[0010]優(yōu)選的，所述的棒狀陽極的規(guī)格為直徑IcmX長(zhǎng)7.5cm，筒狀陰極規(guī)格為內(nèi)徑5cmX外徑6cmX高7.5cm，陰極表面篩孔的規(guī)格為半徑0.5cmX孔間距2cm。
[0011]優(yōu)選的，所述的反應(yīng)器主體為柱狀的夾層玻璃燒杯，反應(yīng)器主體的規(guī)格為內(nèi)徑6.5cmX外徑9cmX高20cm，總體積為650ml，有效體積為300ml。
[0012]優(yōu)選的，所述的反應(yīng)器主體頂部裝有反應(yīng)器密封蓋，反應(yīng)器密封蓋的中心處有陽極連接口，陽極連接口周圍依次分布有取樣口、出氣口及陰極連接口 ；所述的陽極連接口規(guī)格為內(nèi)徑1cm，出氣口規(guī)格為內(nèi)徑0.5cm、取樣口規(guī)格為內(nèi)徑0.2cm、陰極連接口規(guī)格為內(nèi)徑0.2cm0
[0013]優(yōu)選的，所述的磁力驅(qū)動(dòng)攪拌器還配有攪拌子，攪拌子規(guī)格為長(zhǎng)4cmX高1cm。
[0014]優(yōu)選的，所述的高精度穩(wěn)壓電源為直流電源，該直流電源是由交流電轉(zhuǎn)換為直流電的穩(wěn)壓直流電源，直流電場(chǎng)對(duì)微生物的刺激作用比交流電場(chǎng)更顯著，電壓控制在0.1Vcm 1-0.5V cm 1之間，低于0.1Vcm 1的電場(chǎng)對(duì)菲降解菌的生長(zhǎng)活性無顯著影響，而高于0.5Vcm 1的電場(chǎng)會(huì)抑制菲降解菌的生長(zhǎng)。
[0015]優(yōu)選的，所述的曝氣及氣體控制系統(tǒng)包括空氣栗、無菌濾膜、體流量計(jì)和氣體分布器，氣體分布器規(guī)格為直徑IcmX高1.5_;所述的空氣栗為40)-003電磁式空氣栗，無菌濾膜為0.20um PTFE無菌濾膜，氣體流量計(jì)為L(zhǎng)ZB-4WB雙環(huán)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
[0016]優(yōu)選的，所述的氣體分布器位于反應(yīng)器主體的底部，曝氣及氣體控制系統(tǒng)通過氣體分布器與反應(yīng)器主體相通。
[0017]本發(fā)明所述反應(yīng)器包括五大部分，分別為微電場(chǎng)發(fā)生系統(tǒng)、反應(yīng)器主體、曝氣及氣體控制系統(tǒng)、外循環(huán)溫度控制系統(tǒng)和磁力驅(qū)動(dòng)攪拌系統(tǒng)；其中，所述微電場(chǎng)發(fā)生系統(tǒng)包括高精度直流穩(wěn)壓電源、陽極支架、導(dǎo)線、陰極和陽極，高精度直流穩(wěn)壓電源在陽極和陰極間施加電場(chǎng)；所述曝氣及氣體控制系統(tǒng)由電磁式空氣栗、無菌濾膜、氣體流量計(jì)及氣體分布器依次連接組成；所述外循環(huán)溫度控制系統(tǒng)由輸水軟管、磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)栗和外循環(huán)加熱器組成，采用外循環(huán)水浴加熱的形式，利用磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)栗(MP-10RN磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)栗)將外循環(huán)水由下而上輸送到反應(yīng)器主體夾層中；所述磁力驅(qū)動(dòng)攪拌系統(tǒng)由磁力驅(qū)動(dòng)攪拌器和攪拌子構(gòu)成。
[0018]本實(shí)用新型的反應(yīng)器配置耦合微電場(chǎng)發(fā)生裝置，通過微電場(chǎng)與菲降解菌的耦合，利用微電場(chǎng)對(duì)菲降解菌的刺激作用，在菲濃度為0.01%、培養(yǎng)7天的條件下，使菲降解菌的生長(zhǎng)活性提高了 22%，對(duì)菲的降解效率增加了 26%。所以，這種微電場(chǎng)-微生物耦合技術(shù)在微生物修復(fù)領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0019]圖1:本實(shí)用新型耦合微電場(chǎng)發(fā)生裝置的好氧微生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2:本實(shí)行新型反應(yīng)器的反應(yīng)器主體及電極分布橫截圖；
[0021]圖3:本實(shí)行新型反應(yīng)器的電極形狀示意圖；
[0022]圖4:本實(shí)行新型反應(yīng)器的反應(yīng)器頂部結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0023]其中，1、高精度支流穩(wěn)壓電源，2、陽極固定支架，3、導(dǎo)線，4、反應(yīng)器主體，5、陰極，6、陽極，7、氣體分布器，8、曝氣及氣體控制系統(tǒng)，9、取樣口，10出氣口，11、反應(yīng)器密封蓋，12、輸水軟管，13、磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)栗，14、外循環(huán)加熱器，15、磁力驅(qū)動(dòng)攪拌器，16、陰極連接口，17、陽極連接口。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的耦合微電場(chǎng)發(fā)生裝置的好氧微生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及使用方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0025]—種配置耦合微電場(chǎng)發(fā)生裝置的好氧微生物反應(yīng)器，包括五大部分，分別為微電場(chǎng)發(fā)生系統(tǒng)、反應(yīng)器主體、曝氣及氣體控制系統(tǒng)、外循環(huán)溫度控制系統(tǒng)和磁力驅(qū)動(dòng)攪拌系統(tǒng)。反應(yīng)器主體4外部設(shè)有高精度直流穩(wěn)壓電源1、曝氣及氣體控制系統(tǒng)8、磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)栗13、外循環(huán)加熱器14和磁力驅(qū)動(dòng)攪拌器15。反應(yīng)器主體4內(nèi)具有一個(gè)陰極5和一個(gè)陽極6，陽極由陽極支架2固定于陰極內(nèi)的軸心處且不接觸陰極，從而使陰極和陽極呈“周圍式”分布；陰極、陽極通過導(dǎo)線3與高精度支流穩(wěn)壓電源I連接，三者形成回路構(gòu)成微電場(chǎng)發(fā)生系統(tǒng)。曝氣及氣體控制系統(tǒng)8由電磁式空氣栗、無菌濾膜、氣體流量計(jì)及氣體分布器7依次連接組