一种原位加速低温厌氧微生物驯化的电化学装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种原位加速低温厌氧微生物驯化的电化学装置及方法，装置包括控制系统和至少一套电极系统，所述电极系统包括：安装板；设置在安装板中心处的阴极电极；环绕阴极电极设置在安装板上的若干阳极电极；以及与所述安装板连接并驱动安装板旋转的旋转器，所述旋转器接入所述控制系统。使用时候，直接将电极系统置于现有的厌氧反应器中，在厌氧反应器正常运行过车中启动所述电化学装置；低温厌氧微生物驯化富集成功后去除所述电化学装置。本发明专利技术能够直接组装进入现有厌氧反应器中，操作简单快捷，成本低廉；安装过程不影响厌氧反应器原本运行过程，还能提高驯化阶段有机物去除效率；相比其他驯化过程，所需时间短、能耗低。

An electrochemical device and method for in situ accelerated low-temperature anaerobic microorganism domestication

The invention discloses an electrochemical device and a method for in-situ accelerating the acclimation of low-temperature anaerobic microorganisms. The device comprises a control system and at least one set of electrode systems. The electrode system comprises: a mounting plate; a cathode electrode arranged at the center of the mounting plate; a number of anode electrodes arranged on the mounting plate around the cathode electrode; A rotator connected with the mounting plate and driving the rotation of the mounting plate is connected with the control system. When in use, the electrode system is directly placed in the existing anaerobic reactor, and the electrochemical device is started in the normal operation of the anaerobic reactor; the electrochemical device is removed after the low-temperature anaerobic microorganism is acclimated and enriched successfully. The invention can be directly assembled into the existing anaerobic reactor, and the operation is simple, fast, and the cost is low; the installation process does not affect the original operation process of the anaerobic reactor, but also improves the organic matter removal efficiency in the domestication stage; compared with other domestication processes, the time required is short and the energy consumption is low.

【技术实现步骤摘要】
一种原位加速低温厌氧微生物驯化的电化学装置及方法
本专利技术属于生物电化学领域，具体涉及一种原位加速低温厌氧微生物驯化的电化学装置及方法。
技术介绍
中国大陆中北部区域大部分是四季分明的季节性气候，一年内中部区域往往有1～3个月温度极低(低于10℃)，部分高纬度北方区域低温时间可能长达4个月，而大部分时间温度会低于0℃，水温则会低于10℃。低温则会大大抑制微生物的代谢活性，从而进一步加剧废水生物处理难度。基于此，驯化一种低温条件下具备高生化活性的微生物对于冬季废水处理具有重大的意义。专利201410046012.8提供了一种低温条件下反硝化聚磷菌富集驯化方法。针对低温环境下，反硝化聚磷菌富集驯化困难和污水脱氮除磷效果差的问题。采用“两段式(先厌氧/好氧，后厌氧/缺氧)富集驯化，先高后低进水营养负荷，进水、反应、沉淀、排水的循环运行模式”这一策略，增强了除磷微生物的富集数量、提高微生物繁殖速率、为微生物繁殖创造了最优的条件。该专利技术经过40d的厌氧/好氧运行，30d的厌氧/缺氧运行，在低温环境下成功地富集驯化到反硝化聚磷菌，出水中磷浓度稳定在0.5mg/L。但是该方法步骤十分繁琐，需要大量的操作空间和设备。专利201710807525.X提供了一种低温条件下加速废水生物膜挂膜的方法，该专利技术步骤如下：1)鞘氨醇单细胞纯菌的扩大培养及低温适应性培养；2)耐低温固定化红色鞘氨醇单细胞菌小球制备；3)MBBR反应器中加入耐低温固化红色鞘氨醇单细胞菌小球。该专利技术可以加快在低温下的废水生物膜挂膜，且形成的生物膜牢固、耐冲击负荷能力强、废水处理效果好。但是该技术同样操作十分繁琐，对于微生物操作要求极高，前期处理时间较长。
技术实现思路
本专利技术提供一种原位加速低温厌氧微生物驯化的电化学装置及方法，组装方便，操作简单，效果显著。本专利技术人前期研究发现通过电刺激能够激活微生物活性，提高微生物酶活，并加速微生物生长，而且有可能刺激对低温具有适应能力的特殊微生物种群的富集。基于此，本专利技术开发了一种原位加速低温厌氧微生物驯化的电化学装置，效果显著。一种原位加速低温厌氧微生物驯化的电化学装置，包括控制系统和至少一套电极系统，所述电极系统包括：安装板；设置在安装板中心处的阴极电极；环绕阴极电极设置在安装板上的若干阳极电极；以及与所述安装板连接并驱动安装板旋转的旋转器，所述旋转器接入所述控制系统。所有阳极电极串联后与阴极电极并联且均接入旋转器然后接入控制系统。所述控制器为电化学工作站，所述旋转器为实售产品。本专利技术的工作原理为：电刺激作用下，微生物体内脱氢酶和ATP酶活性相对于没有电刺激作用的微生物提高了100％以上，因此，电刺激缓可以缓解低温对微生物代谢的抑制，致使微生物逐渐形成耐寒能力；此外，电刺激可以促进具备耐低温性质的微生物富集，从而加强整个反应体系的耐寒能力。基于该原理，本专利技术装置包括电极系统和控制系统，电极系统由多个阳极电极和单个阴极电极组成，电极与每根导线通过可旋转的轴承相连，而集合后的导线束与旋转器相连，旋转器则通过导线与外界控制系统连接。作为优选，所述安装板为圆形板，所述阴极电极和阳极电极均安装在安装板的底面，阳极电极沿安装板的边缘设置，所述安装板的直径为10～30厘米，所有电极的高度为20～200厘米。进一步优选，所有阳极电极均通过可自由转动的轴承与安装板连接。即阳极本身可绕其轴承自转。阴极电极也通过轴承安装在安装板底面。所述安装板为圆形板，所述阴极电极和阳极电极均安装在安装板的底面，阳极电极沿安装板的边缘固定，所述安装板的直径为10～30厘米，单根电极的长度为20～200厘米。进一步优选地，阳极电极的设置数量为4～6根。该装置的直径为10～30厘米，若直径过短，会导致该装置作用体积过小，降低该反应器利用率；若直径过长，会导致阳极与阴极间间距过大，从而加大了反应内阻，使得大量电能空耗。该装置的高度(即单根电极的长度)需要依据厌氧反应设备尺寸而定，若高度较小，则意味着反应器需要深入厌氧反应器底部，会提高本专利技术装置操作难度，也降低利率反应器利用率；若高度较大，则会导致电极表面电势分布不均，也提高了电极内阻的能源消耗。因此，高度优选为20～200厘米。进一步优选地，该装置直径为15～25cm；高度为80～120cm。作为优选，所有的电极均为圆筒状，直径为1～3cm。直径过短，会导致电极面积过小；直径过长，或导致装置内部电极间距反应区域较小，导致装置利用率较低。作为优选，所述阴极电极与所有阳极电极的表观面积比为1:2～10。由于废水处理过程中微生物主要是用于降解有机物，因此微生物驯化区主要以阳极为主，因此阳极面积需要大于阴极面积，但是当阳极面积过大时，为达到所需阳极电势，整体外加电压一定会很高，导致能耗较大，阴极还原电势相对过低(对阴极材料产生腐蚀作用)。因此优选阴极与阳极表观面积比为1:2～10。进一步优选为1；4～6；最优选为1:5。所述旋转器的输出轴与安装板中心处通过软线固定连接。作为优选，阳极电极材料优选为石墨，该材料具有优异生物兼容性。阴极材料优选为石墨、不锈钢、钛等稳定性较好的材料。本专利技术还提供一种原位加速低温厌氧微生物驯化的电化学方法，包括如下步骤：(1)将如权利要求1～5任一权利要求所述电化学装置置于厌氧反应器中，在厌氧反应器正常运行过车中启动所述电化学装置；(2)低温厌氧微生物驯化富集成功后去除所述电化学装置。所述厌氧反应器为现有厌氧反应器。作为优选，电化学装置的输入电压为1.4～3V。当电压过低时，阳极所获电势过低，则会降低电刺激效果，当电压过高时，阳极会产生羟基自由基，从而对微生物产生毒性。更进一步优选地，电化学装置的输入电压为2V。每个厌氧反应器可以布置多个本专利技术装置，作为优选，所述电化学装置的设置数量以电化学装置总体积与厌氧反应器体积比为1:4～10定。若装置配置过少，则驯化效果过慢，装置配置过多，则导致能源浪费。电化学装置体积的计算方法：以如前所述安装板的面积乘以电极高度。整个装置在运行过程中，通过旋转器进行匀速旋转，该操作可以使得装置与厌氧污泥充分接触，也可以通过旋转使得电极表面已驯化微生物脱落，从而给予其他微生物刺激机会，最后还可避免电活性微生物在电极表面进行成膜富集。优选地，旋转速度为30～180rmp。旋转速度过慢，则使得上文所述的刺激效果不明显，旋转速度过快会导致厌氧悬浮，从而易流失进进入其他生物反应池。进一步优选地，旋转速度为50～80rmp；最优选为60rmp。作为优选，本装置所需的驯化时间为1～4周，驯化时间过短导致耐低温菌富集不足，驯化时间过长会导致能源浪费。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术能够直接组装进入现有厌氧反应器中，操作简单快捷，成本低廉；(2)本专利技术安装过程不影响厌氧反应器原本运行过程，还能提高驯化阶段有机物去除效率；(3)本专利技术相比其他驯化过程，所需时间短、能耗低。附图说明图1是本专利技术电化学装置运行示意图。图2是本专利技术装置电极系统结构示意图。图中所示附图标记如下：1控制系统2电极系统3厌氧反应器4厌氧微生物21旋转器22安装板23阴极电极24-阳极电极25-轴承26-导线具体实施方式如图1和图2所示，一种电化学装置，包括控制系统1和至少一套电极系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位加速低温厌氧微生物驯化的电化学装置，包括控制系统和至少一套电极系统，其特征在于，所述电极系统包括：安装板；设置在安装板中心处的阴极电极；环绕阴极电极设置在安装板上的若干阳极电极；以及与所述安装板连接并驱动安装板旋转的旋转器，所述旋转器接入所述控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种原位加速低温厌氧微生物驯化的电化学装置，包括控制系统和至少一套电极系统，其特征在于，所述电极系统包括：安装板；设置在安装板中心处的阴极电极；环绕阴极电极设置在安装板上的若干阳极电极；以及与所述安装板连接并驱动安装板旋转的旋转器，所述旋转器接入所述控制系统。2.根据权利要求1所述电化学装置，其特征在于，所述安装板为圆形板，所述阴极电极和阳极电极均安装在安装板的底面，阳极电极沿安装板的边缘设置，所述安装板的直径为10～30厘米，所有电极的高度为20～200厘米。3.根据权利要求2所述电化学装置，其特征在于，所有电极均通过可自由转动的轴承与安装板连接。4.根据权利要求1所述电化学装置，其特征在于，所有的电极均为圆筒状，直径为1～3cm。5.根据权利要求1所述电化学装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯华军，梁禹翔，余晓琴，沈东升，周志阳，邓永斌，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33