專利名稱：磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置。
背景技術(shù)：
甲烷作為一種重要的能源，在人類的生產(chǎn)生活中扮演著重要的角色。同時，甲烷又 是大氣中含量最多的碳?xì)浠衔?，其對全球變暖的貢獻(xiàn)僅次于C02，目前對全球氣候變暖的 “貢獻(xiàn)率”達(dá)15%，它引起的溫室效應(yīng)是等摩爾C02的20 30倍。據(jù)悉，全球每年甲烷產(chǎn)生 量的85%及消耗量的60%都是基于微生物的作用。微生物進(jìn)行的甲烷厭氧氧化(anaerobic oxidation of methane)能夠使大部分甲燒氣體(90%以上)在進(jìn)入大氣圈之前就被大量地 消耗。因此，甲烷厭氧氧化在全球的甲烷排放控制過程中起了不容忽視的作用，它能有效緩 解目前日趨嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。反硝化型甲燒厭氧氧化(denitrificationanaerobic methane oxidation)是甲 烷厭氧氧化的一種，其反應(yīng)方程式如方程式(1)、(2)所示。目前，對于催化該反應(yīng)進(jìn)行的反 硝化型甲烷厭氧氧化菌的研究非常少。然而，該過程卻非常值得關(guān)注首先，通過研究該過 程有助于更好地理解生物地球氮素循環(huán)和生物地球碳素循環(huán)以及二者的有機(jī)結(jié)合；其次， 對該過程的研究有助于進(jìn)一步挖掘自然界中的微生物資源；再則，以此為基礎(chǔ)，可以開發(fā)新 型生物脫氮除碳工藝。5CH4 + 8NCV + 8H+ — 5C02 + 4N2 + 14H20(1)(AG0 = - 765 kJmoF1 CH4)3CH4 + 8NCV + 8H+ — 3C02 + 4N2 + 10H20(2)(AG0 = - 928 kJmoF1 CH4)由于反硝化型甲烷厭氧氧化的發(fā)生環(huán)境通常限于具有急劇梯度特征的區(qū)域，使該 反應(yīng)僅在幾毫米的范圍內(nèi)發(fā)生，從而導(dǎo)致該過程很難被檢測到。而且，反硝化型甲烷厭氧氧 化的功能微生物生長極其緩慢，細(xì)胞倍增時間長達(dá)一個月以上，因而很難獲得催化該過程 的富集培養(yǎng)物。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有裝置富集效率低、能耗高、密封性差、混合傳遞性能 差等不足，提供一種磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置。磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置，其特征在于包括反應(yīng)器本 體、反應(yīng)容器、反應(yīng)器蓋板、恒溫磁力攪拌器、攪拌磁子、進(jìn)水泵、進(jìn)水管、出水生物量截留 環(huán)、出水管、出水泵、循環(huán)氣出氣管、循環(huán)泵、進(jìn)氣管、進(jìn)氣泵、循環(huán)氣進(jìn)氣管、曝氣管、導(dǎo)流 筒、排氣管、溫度探頭；反應(yīng)器本體下端設(shè)有恒溫磁力攪拌器，反應(yīng)器本體底部設(shè)有攪拌磁 子、曝氣管，反應(yīng)器本體內(nèi)設(shè)有出水生物量截留環(huán)、導(dǎo)流筒，其中導(dǎo)流筒將反應(yīng)器本體分為 升氣區(qū)和降液區(qū)，升氣區(qū)位于反應(yīng)容器與導(dǎo)流筒之間，降液區(qū)位于導(dǎo)流筒內(nèi)，反應(yīng)器本體上 端設(shè)有反應(yīng)器蓋板，在反應(yīng)器蓋板上設(shè)有循環(huán)氣進(jìn)氣管、循環(huán)氣出氣管、排氣管、進(jìn)水管、溫度探頭，出水管一端與出水泵相連，出水管另一端與出水生物量截留環(huán)相連，進(jìn)水管一端與 進(jìn)水泵相連，進(jìn)水管另一端通至反應(yīng)器本體的底部，循環(huán)氣進(jìn)氣管上端的外側(cè)經(jīng)進(jìn)氣管與 進(jìn)氣泵相連，上端的內(nèi)側(cè)經(jīng)循環(huán)泵與循環(huán)氣出氣管相連，下端與曝氣管相連，攪拌磁子和溫 度探頭由恒溫磁力攪拌器控制。所述的反應(yīng)器本體為圓柱體，其高徑比為I. 5 2: I。所述的降液區(qū)與升氣區(qū)的體 積比為0. 5 1:1。所述的反應(yīng)容器下端中間為圓柱形凹陷，恒溫磁力攪拌器的攪拌盤為圓 柱形，圓柱形凹陷的深度與恒溫磁力攪拌器攪拌盤的高度相等，圓柱形凹陷的直徑與恒溫 磁力攪拌器攪拌盤的直徑相等。所述的出水生物量截留環(huán)為圓環(huán)形，導(dǎo)流筒為圓筒形，曝氣 管為圓環(huán)形，導(dǎo)流筒高度與反應(yīng)器本體高度比為0. 6 0. 7:1，曝氣管高度與反應(yīng)容器下端 中間圓柱形凹陷的深度相等。所述的進(jìn)水管位于反應(yīng)容器的軸線上，其出水ロ與攪拌磁子 之間的距離為I I. 5 cm。發(fā)明具有的有益效果1)將氣升式反應(yīng)器與磁力攪拌反應(yīng)器結(jié)合，不僅可以擴(kuò)大 傳質(zhì)面積，強(qiáng)化傳遞性能，増加循環(huán)速度及擾動，提高甲烷傳質(zhì)效率和熱傳遞性能，大幅提 高反硝化型甲烷厭氧氧化菌的富集效率，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、易密封、造價低、能耗低等優(yōu) 點；2)新鮮培養(yǎng)液首先進(jìn)至反應(yīng)器底部、攪拌磁子的上方，在攪拌磁子的攪拌作用下與反應(yīng) 器本體內(nèi)的培養(yǎng)液混合，從而降低新鮮培養(yǎng)液中亞硝酸鹽對反硝化型甲烷厭氧氧化菌的抑 制作用，同時提高反應(yīng)器抗水力負(fù)荷和基質(zhì)負(fù)荷沖擊的能力；3)使用出水生物量截留環(huán)可 減小反應(yīng)器內(nèi)生物量的流失，實現(xiàn)反硝化型甲烷厭氧氧化菌的快速富集，出水生物量截留 環(huán)截留面積較大，可有效緩解出水生物量截留環(huán)表面污泥堵塞問題；4)甲烷氣體的循環(huán)利 用，不僅提高了反應(yīng)器的氣含率，而且可以大幅提高甲烷氣體的利用率，減少反硝化型甲烷 厭氧氧化菌富集過程中甲烷廢氣的排放。

圖I是ー種磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是導(dǎo)流筒和出水生物量截留環(huán)的俯視圖。圖中反應(yīng)器本體I、反應(yīng)容器2、反應(yīng)器蓋板3、恒溫磁力攪拌器4、攪拌磁子5、進(jìn) 水泵6、進(jìn)水管7、出水生物量截留環(huán)8、出水管9、出水泵10、循環(huán)氣出氣管11、循環(huán)泵12、進(jìn) 氣管13、進(jìn)氣泵14、循環(huán)氣進(jìn)氣管15、曝氣管16、導(dǎo)流筒17、排氣管18、溫度探頭19。
具體實施方式
如圖1、2所示，磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置，其特征在 于包括反應(yīng)器本體I、反應(yīng)容器2、反應(yīng)器蓋板3、恒溫磁力攪拌器4、攪拌磁子5、進(jìn)水泵6、 進(jìn)水管7、出水生物量截留環(huán)8、出水管9、出水泵10、循環(huán)氣出氣管11、循環(huán)泵12、進(jìn)氣管 13、進(jìn)氣泵14、循環(huán)氣進(jìn)氣管15、曝氣管16、導(dǎo)流筒17、排氣管18、溫度探頭19 ;反應(yīng)器本體 I下端設(shè)有恒溫磁力攪拌器4，反應(yīng)器本體I底部設(shè)有攪拌磁子5、曝氣管16，反應(yīng)器本體I 內(nèi)設(shè)有出水生物量截留環(huán)8、導(dǎo)流筒17，其中導(dǎo)流筒17將反應(yīng)器本體I分為升氣區(qū)和降液 區(qū)，升氣區(qū)位于反應(yīng)容器2與導(dǎo)流筒17之間，降液區(qū)位于導(dǎo)流筒17內(nèi)，反應(yīng)器本體I上端 設(shè)有反應(yīng)器蓋板3，在反應(yīng)器蓋板3上設(shè)有循環(huán)氣進(jìn)氣管15、循環(huán)氣出氣管11、排氣管18、 進(jìn)水管7、溫度探頭19，出水管9 一端與出水泵10相連，出水管9另一端與出水生物量截留環(huán)8相連，進(jìn)水管7 —端與進(jìn)水泵6相連，進(jìn)水管7另一端通至反應(yīng)器本體1的底部，循環(huán) 氣進(jìn)氣管15上端的外側(cè)經(jīng)進(jìn)氣管4與進(jìn)氣泵13相連，上端的內(nèi)側(cè)經(jīng)循環(huán)泵12與循環(huán)氣出 氣管11相連，下端與曝氣管16相連，攪拌磁子5和溫度探頭19由恒溫磁力攪拌器4控制。所述的反應(yīng)器本體1為圓柱體，其高徑比為1.5 2:1。所述的降液區(qū)與升氣區(qū)的 體積比為0. 5 1:1。所述的反應(yīng)容器2下端中間為圓柱形凹陷，恒溫磁力攪拌器4的攪拌 盤為圓柱形，圓柱形凹陷的深度與恒溫磁力攪拌器4攪拌盤的高度相等，圓柱形凹陷的直 徑與恒溫磁力攪拌器4攪拌盤的直徑相等。所述的出水生物量截留環(huán)8為圓環(huán)形，導(dǎo)流筒 17為圓筒形，曝氣管16為圓環(huán)形，導(dǎo)流筒17高度與反應(yīng)器本體1高度比為0. 6 0. 7:1， 曝氣管16高度與反應(yīng)容器2下端中間圓柱形凹陷的深度相等。所述的進(jìn)水管7位于反應(yīng) 容器2的軸線上，其出水口與攪拌磁子5之間的距離為1 1. 5 cm。磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集方法是反應(yīng)器本體1內(nèi)培養(yǎng)基 中逸出的氣體一部分經(jīng)排氣管18排至反應(yīng)器本體1外，另一部分經(jīng)循環(huán)氣出氣管11、循環(huán) 泵12，在循環(huán)氣進(jìn)氣管15中與經(jīng)進(jìn)氣泵13、進(jìn)氣管14進(jìn)入循環(huán)氣進(jìn)氣管15的甲烷氣體混 合，混合氣通過曝氣管16以微小氣泡的形式進(jìn)入反應(yīng)器本體1內(nèi)的培養(yǎng)基中；新鮮培養(yǎng)基 經(jīng)進(jìn)水泵6、進(jìn)水管7至反應(yīng)器本體1的底部，在攪拌磁子5的攪拌作用下與反應(yīng)器本體1 內(nèi)原有的培養(yǎng)基混合，再在攪拌磁子5的離心力和氣升區(qū)與降液區(qū)壓力差的共同作用下進(jìn) 入反應(yīng)容器2與導(dǎo)流筒17環(huán)隙的氣升區(qū)，并自下而上流動，其中一部分繞過導(dǎo)流筒17的上 端返回到降液區(qū)，另一部分通過出水生物量截留環(huán)8、出水管9和出水泵10排至反應(yīng)器本 體1外；當(dāng)反應(yīng)器本體1內(nèi)的生物量達(dá)到1. 5 2gVSS/L后，關(guān)閉恒溫磁力攪拌器4、循環(huán) 泵12、進(jìn)氣泵13、進(jìn)水泵6和出水泵10，靜置6h時后，通過進(jìn)水管7、進(jìn)水泵6取出40 50%的富集培養(yǎng)物，取完后，開啟恒溫磁力攪拌器4、循環(huán)泵12、進(jìn)氣泵13、進(jìn)水泵6和出水 泵10，重新開始新一輪富集培養(yǎng)；其中出水泵10控制的出水流量與進(jìn)水泵6控制的進(jìn)水流 量相等，進(jìn)氣泵13控制的進(jìn)氣流量與進(jìn)水泵6控制的進(jìn)水流量的比值為0. 2 0. 3: 1，進(jìn) 氣泵13控制的進(jìn)氣流量與循環(huán)泵12控制的循環(huán)氣流量的比值為0. 02 0. 03: 1，攪拌磁 子5的攪拌速率控制為50 lOOrpm。
權(quán)利要求1.一種磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置，其特征在于包括反應(yīng)器本體(I)、反應(yīng)容器(2)、反應(yīng)器蓋板(3)、恒溫磁力攪拌器(4)、攪拌磁子(5)、進(jìn)水泵(6)、進(jìn)水管(7)、出水生物量截留環(huán)(8)、出水管(9)、出水泵(10)、循環(huán)氣出氣管(11)、循環(huán)泵(12)、進(jìn)氣管(13)、進(jìn)氣泵(14)、循環(huán)氣進(jìn)氣管(15)、曝氣管(16)、導(dǎo)流筒(17)、排氣管(18)、溫度探頭(19);反應(yīng)器本體(I)下端設(shè)有恒溫磁力攪拌器(4)，反應(yīng)器本體(I)底部設(shè)有攪拌磁子(5)、曝氣管(16)，反應(yīng)器本體(I)內(nèi)設(shè)有出水生物量截留環(huán)(8)、導(dǎo)流筒(17)，其中導(dǎo)流筒(17)將反應(yīng)器本體(I)分為升氣區(qū)和降液區(qū)，升氣區(qū)位于反應(yīng)容器(2)與導(dǎo)流筒(17)之間，降液區(qū)位于導(dǎo)流筒(17)內(nèi)，反應(yīng)器本體(I)上端設(shè)有反應(yīng)器蓋板(3)，在反應(yīng)器蓋板(3)上設(shè)有循環(huán)氣進(jìn)氣管(15)、循環(huán)氣出氣管(11)、排氣管(18)、進(jìn)水管(7)、溫度探頭(19)，出水管(9) 一端與出水泵(10)相連，出水管(9)另一端與出水生物量截留環(huán)(8)相連，進(jìn)水管(7 ) —端與進(jìn)水泵(6 )相連，進(jìn)水管(7 )另一端通至反應(yīng)器本體(I)的底部，循環(huán)氣進(jìn)氣管(15)上端的外側(cè)經(jīng)進(jìn)氣管(4)與進(jìn)氣泵(13)相連，上端的內(nèi)側(cè)經(jīng)循環(huán)泵(12)與循環(huán)氣出氣管(11)相連，下端與曝氣管(16)相連，攪拌磁子(5)和溫度探頭(19)由恒溫磁力攪拌器(4)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置，其特征在于所述的反應(yīng)器本體(I)為圓柱體，其高徑比為I. 5 2: I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置，其特征在于所述的降液區(qū)與升氣區(qū)的體積比為O. 5 1:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置，其特征在于所述的反應(yīng)容器(2)下端中間為圓柱形凹陷，恒溫磁力攪拌器(4)的攪拌盤為圓柱形，圓柱形凹陷的深度與恒溫磁力攪拌器(4)攪拌盤的高度相等，圓柱形凹陷的直徑與恒溫磁力攪拌器(4)攪拌盤的直徑相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置，其特征在于所述的出水生物量截留環(huán)(8)為圓環(huán)形，導(dǎo)流筒(17)為圓筒形，曝氣管(16)為圓環(huán)形，導(dǎo)流筒(17)高度與反應(yīng)器本體(I)高度比為0.6 O. 7:1，曝氣管(16)高度與反應(yīng)容器(2)下端中間圓柱形凹陷的深度相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置，其特征在于所述的進(jìn)水管(7)位于反應(yīng)容器(2)的軸線上，其出水口與攪拌磁子(5)之間的距離為I I. 5 cm。
專利摘要本實用新型公開了一種磁攪氣升式內(nèi)循環(huán)反硝化型甲烷厭氧氧化菌富集裝置。它包括反應(yīng)器本體、反應(yīng)容器、反應(yīng)器蓋板、導(dǎo)流筒、出水生物量截留環(huán)和曝氣管，其中導(dǎo)流筒將反應(yīng)器本體分為升氣區(qū)和降液區(qū)，升氣區(qū)位于反應(yīng)容器與導(dǎo)流筒之間，升氣區(qū)上部設(shè)有出水生物量截留環(huán)，底部設(shè)有曝氣管，降液區(qū)位于導(dǎo)流筒內(nèi)，降液區(qū)上部設(shè)有溫度探頭，底部設(shè)有攪拌磁子，攪拌磁子和溫度探頭由恒溫磁力攪拌器控制。本實用新型將氣升式反應(yīng)器和磁力攪拌反應(yīng)器巧妙結(jié)合，可以擴(kuò)大傳質(zhì)面積，強(qiáng)化傳遞性能，提高富集效率，并且實現(xiàn)甲烷氣體的循環(huán)利用，提高甲烷的利用率，減少廢氣的排放量。
文檔編號C12M1/04GK202415536SQ2012200221
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者何嶄飛, 樓莉萍, 沈李東, 胡寶蘭, 鄭平 申請人:浙江大學(xué)