一種小型微生物電解池及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種小型微生物電解池及其應(yīng)用，該電解池的結(jié)構(gòu)包括法蘭、電極、銅棒、微生物電解池反應(yīng)器、曝氣板和攪拌子，在曝氣板上均勻設(shè)置有細(xì)小的曝氣孔，在充入N2時(shí)細(xì)小的曝氣孔可以使氣泡均勻地進(jìn)入到電解液中，避免充入N2時(shí)氣體突然增大，造成曝氣不穩(wěn)定，使溶液腐蝕銅棒，影響實(shí)驗(yàn)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(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)體系的DO值或pH值，本微生物電解池可以穩(wěn)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(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種小型微生物電解池及其應(yīng)用，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[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(jīng)引起全世界范圍內(nèi)人們的高度重視。由于高氯酸鹽攝入人體后會導(dǎo)致甲狀腺激素的分泌不足，進(jìn)而抑制人體正常的新陳代謝和生長發(fā)育，因此，尋找消除此類污染物的有效方法成為全世界關(guān)注的重大環(huán)境問題之一。微生物降解作用是環(huán)境中高氯酸鹽污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(jīng)濟(jì)簡便、無二次污染的有效方法，倍受關(guān)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(chǎn)物、高能耗低效率等缺點(diǎn)。而采用直接電催化還原C104-的方法，使其還原為Cl-，是實(shí)現(xiàn)C104-的無害化處理最有效途徑，優(yōu)點(diǎn)如下:
(I)無需外加電子供體，還原產(chǎn)物Cl -，無副產(chǎn)物；2)電子直接參與還原反應(yīng)，電能利用效率高；(3)無類似離子交換中樹脂再生問題，無二次污染。在實(shí)驗(yàn)室研究中，常用微生物電解池進(jìn)行模擬真實(shí)環(huán)境下對自然水體中的高氯酸鹽進(jìn)行微生物降解實(shí)驗(yàn)，小型的微生物電解池因其體積小，使用方便而在實(shí)驗(yàn)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(chǎn)電微生物形成的生物膜，這些微生物靠代謝污水中的有機(jī)物為生。但是，現(xiàn)有的微生物電解池在模擬真實(shí)環(huán)境下自然水體實(shí)驗(yàn)時(shí)明顯存在不足，同時(shí)，對小型的微生物電解池而言往往存在曝氣不均勻的情況，并且不容易找到合適的曝氣裝置，另外，現(xiàn)有的微生物電解池中的攪拌子在發(fā)生攪拌作用時(shí)容易造成電極在電解質(zhì)中會發(fā)生晃動(dòng) ，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種小型微生物電解池。
[0005]本發(fā)明還提供一種利用小型微生物電解池的應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種小型微生物電解池，其特征在于:該電解池的結(jié)構(gòu)包括法蘭、電極、銅棒、微生物電解池反應(yīng)器、曝氣板和攪拌子，其中，所述微生物電解池反應(yīng)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(shè)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(shè)置有通孔，通孔外設(shè)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(fù)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(nèi)壁上設(shè)置有向圓柱形容器內(nèi)部延伸的一圈凸腳，所述凸腳位于同一水平面內(nèi)，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(shè)置有固定PH探針、DO探針或電導(dǎo)探針的探針卡槽，探針卡槽外設(shè)置有一圈固定電極的電極卡槽，所述曝氣板上還設(shè)置有貫穿曝氣板的曝氣孔，所述圓柱形容器的外壁上設(shè)置有水平向外延伸的端口，所述端口為曝氣口和出水口，所述曝氣口設(shè)置于出水口的下方，所述電極的末端固定設(shè)置在曝氣板上的電極卡槽內(nèi)，所述攪拌子設(shè)置于圓柱形容器的底部，法蘭的通孔內(nèi)設(shè)置有橡膠塞。
[0008]上述裝置所采用的聚苯胺石墨電極依照中國專利CN102320687B所述的方法制得。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述圓柱形容器的底部邊緣處設(shè)置為向外延伸的底座。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)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(shè)計(jì)的好處在于，可以將攪拌子放置于攪拌槽內(nèi)，相對地增加了微生物電解池反應(yīng)器底部的厚度，避免攪拌子長時(shí)間攪拌使反應(yīng)器底部受損。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述法蘭通過螺栓與凸臺固定連接。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述電極的數(shù)量為兩個(gè)以上。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述法蘭上的電極孔的直徑為0.2mm-0.5_。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)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(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，曝氣板上曝氣孔的直徑為0.2mm-0.5mm，曝氣板上每平方厘米曝氣孔的數(shù)量為20-30個(gè)。此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，細(xì)小的曝氣孔可以使曝氣時(shí)氣泡均勻，避免充入N2時(shí)氣體突然增大，造成曝氣不穩(wěn)定，使溶液腐蝕銅棒，影響實(shí)驗(yàn)效果。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)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(shè)置于同一垂直線上。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)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(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步優(yōu)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(yīng)用，其特征在于，該微生物電解池用于自養(yǎng)厭氧微生物的培養(yǎng)與運(yùn)行。
[0020]從法蘭上通孔處倒入電解液后從曝氣口充AN2，同時(shí)將頂端橡膠塞拔出，N2從曝氣孔均勻進(jìn)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(tài)。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(fù)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(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)體系的DO值或PH值。經(jīng)過一段時(shí)間的培養(yǎng)，電流達(dá)到穩(wěn)定后，電極表面形成一層致密的生物膜，懸浮污泥馴化完成，可以穩(wěn)定高效的降解水體中的高氯酸根。
[0021]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0022]1.本發(fā)明微生物電解池對曝氣板進(jìn)行了優(yōu)化，在曝氣板上均勻設(shè)置有細(xì)小的曝氣孔，在充入N2時(shí)細(xì)小的曝氣孔可以使氣泡均勻地進(jìn)入到電解液中，避免充入N2時(shí)氣體突然增大，造成曝氣不穩(wěn)定，使溶液腐蝕銅棒，影響實(shí)驗(yàn)效果。
[0023]2.本發(fā)明微生物電解池采用無膜設(shè)計(jì)，使裝置在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)更接近自然水體的真實(shí)環(huán)境。
[0024]3.本發(fā)明微生物電解池在微生物電解池反應(yīng)器的底部設(shè)置有攪拌槽，可以將攪拌子放置于攪拌槽內(nèi)，相對地增加了微生物電解池反應(yīng)器底部的厚度，避免攪拌子長時(shí)間攪拌使反應(yīng)器底部磨損。
[0025]4.本發(fā)明微生物電解池外形小巧，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實(shí)驗(yàn)使用效果良好，對微生物的培養(yǎng)與運(yùn)行能夠提供很好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明微生物電解池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明微生物電解池反應(yīng)器的俯視圖。
[0028]圖3為本發(fā)明曝氣板的主視圖。
[0029]圖4為本發(fā)明曝氣板的俯視圖。
[0030]圖5為本發(fā)明電流密度的變化曲線圖。
[0031]圖6為本發(fā)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(yīng)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(shí)施方式】
[0033]結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但不限于此。
[0034]實(shí)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(jié)構(gòu)包括法蘭2、電極1、銅棒、微生物電解池反應(yīng)器4、曝氣板6和離子攪拌子8，其中，微生物電解池反應(yīng)器4為中空的圓柱形容器，圓柱形容器的底部邊緣處設(shè)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(shè)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(shè)置有通孔，通孔外設(shè)置有一圈貫穿法蘭的電極孔，電極包括3個(gè)聚苯胺石墨電極和3個(gè)普通石墨電極，聚苯胺石墨電極為負(fù)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(shè)置于法蘭2上的電極孔，電極孔的直徑為0.2mm，曝氣板上每平方厘米上曝氣孔的數(shù)量為20個(gè)，圓柱形容器的內(nèi)壁上設(shè)置有向圓柱形容器內(nèi)部延伸的一圈凸腳13，凸腳位于同一水平面內(nèi)，在凸腳上安放設(shè)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(shè)置有固定PH探針、DO探針或電導(dǎo)探針的探針卡槽14，探針卡槽外設(shè)置有一圈固定電極的電極卡槽15，曝氣板上還設(shè)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(shè)置有水平向外延伸的端口，端口為曝氣口 5和出水口，曝氣口 5設(shè)置于出水口的下方，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(shè)置于同一垂直線上，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(shè)置于曝氣板6上的電極卡槽15內(nèi)，離子攪拌子8設(shè)置于圓柱形容器的底部，法蘭2的通孔內(nèi)設(shè)置有橡膠塞12。此時(shí)，離子攪拌子8啟動(dòng)，產(chǎn)生攪拌作用，開始實(shí)驗(yàn)。附圖5為顯示了電流密度隨時(shí)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(shí)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(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所示，不同之處在于: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(shè)計(jì)的好處在于，可以將攪拌子8放置于攪拌槽7內(nèi)，相對地增加了微生物電解池反應(yīng)器底部的厚度，避免攪拌子8長時(shí)間攪拌使反應(yīng)器底部受損。
[0038]實(shí)施例3:
[0039]如圖1和圖2所示，一種小型微生物電解池，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2所示，不同之處在于:法蘭2上的電極孔的直徑為0.5mm。
[0040]實(shí)施例4:
[0041]如圖1和圖2所示，一種小型微生物電解池，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2所示，不同之處在于:曝氣板6下表面距離底座10上表面的垂直距離為3cm。
[0042]實(shí)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(jié)構(gòu)如實(shí)施例2所示，不同之處在于:曝氣板上曝氣孔的直徑為0.5mm，曝氣板上每平方厘米上曝氣孔的數(shù)量為30個(gè)。
[0044]實(shí)施例6:
[0045]如圖1所示，一種小型微生物電解池，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2所示，不同之處在于: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(shí)施例7:
[0047]如圖1所示，一種小型微生物電解池，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2所示，不同之處在于: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(shí)施例8:
[0049]一種小型微生物電解池的應(yīng)用，該微生物電解池用于實(shí)驗(yàn)室中高氯酸根還原菌的培養(yǎng)與運(yùn)行，用以降解自然水體中的高氯酸根。
【權(quán)利要求】
1.一種小型微生物電解池，其特征在于:該電解池的結(jié)構(gòu)包括法蘭、電極、銅棒、微生物電解池反應(yīng)器、曝氣板和攪拌子，其中，所述微生物電解池反應(yīng)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(shè)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(shè)置有通孔，通孔外設(shè)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(fù)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(nèi)壁上設(shè)置有向圓柱形容器內(nèi)部延伸的一圈凸腳，所述凸腳位于同一水平面內(nèi)，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(shè)置有固定PH探針、DO探針或電導(dǎo)探針的探針卡槽，探針卡槽外設(shè)置有一圈固定電極的電極卡槽，所述曝氣板上還設(shè)置有貫穿曝氣板的曝氣孔，所述圓柱形容器的外壁上設(shè)置有水平向外延伸的端口，所述端口為曝氣口和出水口，所述曝氣口設(shè)置于出水口的下方，所述電極的末端固定設(shè)置在曝氣板上的電極卡槽內(nèi)，所述攪拌子設(shè)置于圓柱形容器的底部，法蘭的通孔內(nèi)設(shè)置有橡膠塞。
2.如權(quán)利要求1所述的小型微生物電解池，其特征在于:所述圓柱形容器的底部邊緣處設(shè)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(quán)利要求1或2所述的小型微生物電解池，其特征在于:所述法蘭通過螺栓與凸臺固定連接，所述電極的數(shù)量為兩個(gè)以上。
4.如權(quán)利要求1所述的小型微生物電解池，其特征在于:所述法蘭上的電極孔的直徑為 0.2mm-Q.5mm。
5.如權(quán)利要求1所述的小型微生物電解池，其特征在于:所述曝氣板上曝氣孔的直徑為0.2mm-0.5mm,曝氣板上每平方厘米曝氣孔的數(shù)量為20-30個(gè)。
6.如權(quán)利要求1所述的小型微生物電解池，其特征在于: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(quán)利要求1所述的小型微生物電解池，其特征在于: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(shè)置于同一垂直線上。
8.如權(quán)利要求7所述的小型微生物電解池，其特征在于: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(quán)利要求8所述的小型微生物電解池，其特征在于: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(quán)利要求1所述的小型微生物電解池的應(yīng)用，其特征在于，該微生物電解池用于自養(yǎng)厭氧微生物的培養(yǎng)與運(yùn)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】高明明, 李佳佳 申請人:山東大學(xué)