[发明专利]一种小型微生物电解池及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型微生物电解池及其应用，属于水处理技术领域。

背景技术

近年来，高氯酸盐在大量的水、土壤和食物中均被检测到，已经引起全世界范围内人们的高度重视。由于高氯酸盐摄入人体后会导致甲状腺激素的分泌不足，进而抑制人体正常的新陈代谢和生长发育，因此，寻找消除此类污染物的有效方法成为全世界关注的重大环境问题之一。微生物降解作用是环境中高氯酸盐污染去除的最主要途径，利用厌氧微生物在厌氧条件下将高氯酸盐最终降解为无毒无害的氯化物，而且微生物降解是最为经济简便、无二次污染的有效方法，倍受关注。

近期，针对高氯酸盐降解方法有生物降解，离子交换，膜过滤和电渗析。但是这些方法存在诸如需要处理高氯酸盐及其副产物、高能耗低效率等缺点。而采用直接电催化还原ClO4–的方法，使其还原为Cl–，是实现ClO4–的无害化处理最有效途径，优点如下：（1）无需外加电子供体，还原产物Cl–，无副产物；2）电子直接参与还原反应，电能利用效率高；（3）无类似离子交换中树脂再生问题，无二次污染。在实验室研究中，常用微生物电解池进行模拟真实环境下对自然水体中的高氯酸盐进行微生物降解实验，小型的微生物电解池因其体积小，使用方便而在实验中被广泛利用，微生物电解池一般由池体、阳极、阴极、外电路及电源组成，在阳极上有一层由产电微生物形成的生物膜，这些微生物靠代谢污水中的有机物为生。但是，现有的微生物电解池在模拟真实环境下自然水体实验时明显存在不足，同时，对小型的微生物电解池而言往往存在曝气不均匀的情况，并且不容易找到合适的曝气装置，另外，现有的微生物电解池中的搅拌子在发生搅拌作用时容易造成电极在电解质中会发生晃动，对实验结果产生影响。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种小型微生物电解池。

本发明还提供一种利用小型微生物电解池的应用。

本发明的技术方案如下：

一种小型微生物电解池，其特征在于：该电解池的结构包括法兰、电极、铜棒、微生物电解池反应器、曝气板和搅拌子，其中，所述微生物电解池反应器为中空的圆柱形容器，所述圆柱形容器的顶部开口，开口的边缘处设置为向外延伸的凸台，所述法兰与凸台固定连接，所述法兰的中心设置有通孔，通孔外设置有一圈贯穿法兰的电极孔，所述电极包括聚苯胺石墨电极和普通石墨电极，聚苯胺石墨电极为负极，普通石墨电极为正极，电极的一端固定连接有铜棒，所述铜棒贯穿法兰上的电极孔，所述圆柱形容器的内壁上设置有向圆柱形容器内部延伸的一圈凸脚，所述凸脚位于同一水平面内，在凸脚上安放曝气板，所述曝气板呈圆盘形，曝气板的上表面中心处设置有固定PH探针、DO探针或电导探针的探针卡槽，探针卡槽外设置有一圈固定电极的电极卡槽，所述曝气板上还设置有贯穿曝气板的曝气孔，所述圆柱形容器的外壁上设置有水平向外延伸的端口，所述端口为曝气口和出水口，所述曝气口设置于出水口的下方，所述电极的末端固定设置在曝气板上的电极卡槽内，所述搅拌子设置于圆柱形容器的底部，法兰的通孔内设置有橡胶塞。

上述装置所采用的聚苯胺石墨电极依照中国专利CN102320687B所述的方法制得。

根据本发明，优选的，所述圆柱形容器的底部边缘处设置为向外延伸的底座。

根据本发明，优选的，所述圆柱形容器的底部安放有搅拌槽，所述搅拌槽为中心部向下凹陷的圆弧形器皿。此设计的好处在于，可以将搅拌子放置于搅拌槽内，相对地增加了微生物电解池反应器底部的厚度，避免搅拌子长时间搅拌使反应器底部受损。

根据本发明，优选的，所述法兰通过螺栓与凸台固定连接。

根据本发明，优选的，所述电极的数量为两个以上。

根据本发明，优选的，所述法兰上的电极孔的直径为0.2mm-0.5mm。

根据本发明，优选的，所述曝气板下表面距离底座上表面的垂直距离为1.5-3cm。

根据本发明，优选的，曝气板上曝气孔的直径为0.2mm-0.5mm，曝气板上每平方厘米曝气孔的数量为20-30个。此设计的优点在于，细小的曝气孔可以使曝气时气泡均匀，避免充入N₂时气体突然增大，造成曝气不稳定，使溶液腐蚀铜棒，影响实验效果。

根据本发明，优选的，所述出水口包括第一出水口和第二出水口，所述曝气口、第一出水口和第二出水口设置于同一垂直线上。

根据本发明，优选的，所述曝气口距离底座上表面的垂直距离为1-1.5cm，第一出水口距离底座上表面的垂直距离为4-6cm，第二出水口距离底座上表面的垂直距离为8-10cm。