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(chǎng)提供電子，定期將DO或pH探針穿過(guò)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(cè)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(shuō)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(lái)，高氯酸鹽在大量的水、土壤和食物中均被檢測(cè)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(huì)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(zhǎng)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(wèn)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(wú)毒無(wú)害的氯化物，而且微生物降解是最為經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便、無(wú)二次污染的有效方法，倍受關(guān)注。
[0003]近期，針對(duì)高氯酸鹽降解方法有生物降解，離子交換，膜過(guò)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(wú)害化處理最有效途徑，優(yōu)點(diǎn)如下:
(I)無(wú)需外加電子供體，還原產(chǎn)物Cl -，無(wú)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(wú)類似離子交換中樹(shù)脂再生問(wèn)題，無(wú)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(duì)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(yáng)極、陰極、外電路及電源組成，在陽(yáng)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(duì)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(huì)發(fā)生晃動(dòng) ，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)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(kāi)口，開(kāi)口的邊緣處設(shè)置為向外延伸的凸臺(tái)，所述法蘭與凸臺(tái)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(pán)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(guó)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(duì)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(zhǎng)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(guò)螺栓與凸臺(tái)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(chǎng)提供電子。定期將DO或PH探針穿過(guò)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(cè)反應(yīng)體系的DO值或PH值。經(jīng)過(guò)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(duì)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(wú)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(duì)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(zhǎng)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(jiǎn)單，使用方便，實(shí)驗(yàn)使用效果良好，對(duì)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(shuō)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(tái)，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(guò)具體實(shí)施例對(duì)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(kāi)口，開(kāi)口的邊緣處設(shè)置為向外延伸的凸臺(tái)9，法蘭2通過(guò)螺栓與凸臺(tái)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(pán)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(kāi)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(duì)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(zhǎng)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(kāi)口，開(kāi)口的邊緣處設(shè)置為向外延伸的凸臺(tái)，所述法蘭與凸臺(tái)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(pán)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(guò)螺栓與凸臺(tái)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(hào)】H01M8/02GK103633356SQ201310671878
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)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(qǐng)人:山東大學(xué)