CN106399046A - 利用光能转换快速培养微生物的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用光能转换快速培养微生物的方法及装置，其包括：将水和高能氧微气泡混合，提前完成有机物、微生物与水及活性氧的充分混合；采用装设有光催化剂的透明容器来容纳微生物、有机物与水及活性氧的混合液体；采用光催化剂将光照提供的光能转换为化学能，供有机物分解用，分解的有机物为微生物的生长提供养分；以及采用光催化剂将光照提供的光能转换为生物能，供微生物生长用。本发明可以实现微生物的高效、快速培育，有利于将工程微生物在诸如污水处理方面的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种培养微生物的方法及装置，特别涉及一种培养适用于污水处理的微生物的方法及装置。
背景技术
目前污水处理技术中普遍缺乏对难降解有机污染物、可生化性比较差的污水的处理手段，原因在于目前使用的污水处理技术普遍是氧化沟技术和A/O2技术，这些技术在微生物使用中主要从经济角度考虑，利用活性污泥法提高可生化性，并利用活性污泥中的微生物进行生化处理，而活性污泥中的微生物主要是土著菌群，对污染物的氧化降解能力比较弱，因此现行的污水处理技术污水净化程度不高。
利用工程微生物替代活性污泥中的土著微生物菌群是非常好的思路，但是工程微生物使用成本比较高，如果使用中混入了少量的土著微生物菌群，将破坏工程微生物的作用，并很快将工程微生物改造成土著微生物菌群，使工程微生物失效，如此需要不断投入工程微生物，从而增大污水处理成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种利用光能转换快速培养微生物的方法及装置，可以实现微生物的高效、快速培育，有利于将工程微生物在诸如污水处理方面的应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：提供一种利用光能转换快速培养微生物的方法，其包括：将水和高能氧微气泡混合，提前完成有机物、微生物与水及活性氧的充分混合；采用装设有光催化剂的透明容器来容纳微生物、有机物与水及活性氧的混合液体；采用光催化剂将光照提供的光能转换为化学能，供有机物分解用，分解的有机物为微生物的生长提供养分；以及采用光催化剂将光照提供的光能转换为生物能，供微生物生长用。
在一些实施例中，使所述透明容器采用滤网为载体，所述光催化剂为涂敷在滤网上面的半导体光催化剂经过低温固化而成；其中，所述滤网为圆筒形，或者多层圆片形式，可以保证水流顺利通过。
在一些实施例中，使有机物、微生物与水及活性氧的混合液体在流入该透明容器时形成射流，以实现对该混合液体的搅拌。
在一些实施例中，使光源位于该透明容器的中央，并使该透明容器装设在其内表面为反射面的箱体外壳中。
在一些实施例中，所述微生物为核质红线菌群和核质腐败菌群的工程微生物。
在一些实施例中，所述光催化剂为二氧化钛、四氧化三铁或二氧化镓。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案还包括：提供一种利用光能转换快速培养微生物的装置，其包括：曝气池，用于将水和高能氧微气泡混合，提前完成有机物、微生物与水及活性氧的充分混合；装设有光催化剂的透明容器，用于容纳微生物、有机物与水及活性氧的混合液体，利用光催化剂将光照提供的光能转换为化学能来供有机物分解用，并利用光催化剂将光照提供的光能转换为生物能来供微生物生长用，分解的有机物为微生物的生长提供养分；以及高能氧微气泡发生器，用于从该透明容器抽取清水并向该曝气池中输入高能氧微气泡。
在一些实施例中，所述透明容器采用滤网为载体，所述光催化剂为涂敷在滤网上面的半导体光催化剂经过低温固化而成；其中，所述滤网为圆筒形，或者多层圆片形式，可以保证水流顺利通过。
在一些实施例中，还包括：位于该透明容器的中央的光源；以及箱体外壳，用于装设该透明容器，其内表面为反射面。
在一些实施例中，还包括：加热单元，用于保证水温不低于设定温度。
与现有技术相比，本发明的利用光能转换快速培养微生物的方法及装置，通过巧妙地将有机物、微生物与水及活性氧的充分混合，再利用光催化剂将光能转换为化学能供有机物分解用，分解的有机物为微生物的生长提供养分，并且利用光催化剂将光能转换为生物能来供微生物生长用，可以实现微生物的高效、快速培育，有利于将工程微生物在诸如污水处理方面的应用。
附图说明
图1为本发明利用光能转换快速培养微生物的方法的流程示意图。
图2为本发明利用光能转换快速培养微生物的装置的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
在进行光催化污染物降解实验过程中，本发明人发现，半导体光催化剂在光照作用下，当光的波长为8—14微米，即环境温度约39—42℃条件下，可以将高分子污染物氧化降解成小分子、生化性极强的有机污染物。与此同时，在加入了少量的工程微生物之后，经过2个小时时间，工程微生物出现了倍增现象，投入工程微生物（主要是核质红线菌和核质腐败菌）浓度为200万个/ml，2小时后工程微生物浓度超过了3000万个/ml；保持状态3—4天后发现，工程微生物浓度超过了50亿个/ml，而且没有任何转化为土著微生物菌群的迹象，仍然保持工程微生物的性态。
将这种光催化培养的工程微生物投入污水处理生化池中，投放浓度为3000万个/ml原液，投放量为3kg原液/1T污水，经过4个小时生化处理后，经过二沉池沉淀下来的污泥减少了70%，净化后的污水浓度大幅度降低，COD （化学需氧量，Chemical Oxygen Demand）从原来的90—120mg/L降低到50—70mg/L，排放水的色度接近于无色。
进一步技术分析确定，半导体光催化剂可以将光能转型，如同太阳能光伏发电将光能转化为电能一样，光催化剂可以将光能转化为化学能并作用于大分子有机污染物中（通过光催化剂分解高分子有机污染物确定），也可以将光能转化为微生物生长所需的生物能（类光合作用）（通过光催化剂促进微生物倍增作用确定）。而高分子污染物被光催化剂分解后的小分子有机污染物则成为微生物繁育生长的营养体，在保持充足的活性溶解氧供应和足够的光照条件下，一方面能快速分解大分子有机污染物，另一方面喜光好氧微生物（核质红线菌和核质腐败菌）快速繁育倍增。定量测试表明，微生物倍增效果随时间、高分子有机污染物输入量、活性溶解氧供应量、光照强度以及光催化剂的种类产生变化，2小时的微生物倍增效率最高可达30倍，2天的微生物倍增效率最高可达3000倍。
本发明使用的工程微生物为核质红线菌群和核质腐败菌群，菌群特点为喜光、喜氧、喜食污染物，繁育效率高、活性强。使用的光催化剂为二氧化钛、四氧化三铁、二氧化镓等。
本发明中，工程微生物的使用量为污水处理总量的百万分之三（1T污水使用3g菌剂），使用成本不影响污水处理成本。
本发明方法，利用半导体光催化剂的能量转换作用，在完成高分子污染物分解的同时，快速繁育工程微生物，创造极限微生物的生存环境，提高微生物对污染物的作用。
本发明装置，整体是半导体光催化作用培养箱，包括光催化剂筛网、光照系统、高分子有机污染物（一般使用污泥或植物液体）入口、高能氧微气泡曝气系统、微生物菌剂投放口等。
参见图1，图1为本发明利用光能转换快速培养微生物的方法的流程示意图。本发明方法大致包括以下几个方面。一、工程微生物的倍增过程：111、工程微生物输入至培育容器；112、提供光照；113、光照经光催化剂转换；114、提供生物能；115、获取该生物能，微生物繁育；116、工程微生物倍增；117、倍增至设定程度，可以将工程微生物输出。二、养分的供给过程：121、高分子有机物输入；122、提供光照；123、光照经光催化剂转换；124、提供化学能；125、获取该化学能，有机物分解；126、有机物转换为小分子有机物，以供给工程微生物养分。三、氧气的供给过程：131、高能氧微气泡；132、曝气，为工程微生物输的生长提供必要的氧气，为有机物分解提供必要的氧气。值得一提的是，在本实施例中，步骤112的光照与步骤122的光照是采用同一光源实现，步骤113的光催化剂与步骤123的光催化剂是混在一起的，与前述的同一光源相配合。
参见图2，图2为本发明利用光能转换快速培养微生物的装置的结构示意图。本发明装置20包括：光源201，光催化剂202，连接管203，高分子有机物进入管204，高能氧微气泡发生器205，曝气池206，氧气流量计208，富氧水输入管209，箱体外壳210，透明筒体211，以及微生物排放口212。值得一提的是，在冬季使用时，可以在该装置中加入蒸气加热或电加热单元207，以提高装置内水温达到15℃以上，保持微生物的活性和溶解氧的活性。
本发明装置的工作原理大致包括：首先点亮光源201，箱体外壳210的内表面采用镜面材料制作，以反射光；将高分子有机物（消除了土著菌微生物的污泥或者植物液体材料）和工程微生物从高分子有机物进入管204输入到高能氧微气泡曝气池206中；同时通过高能氧微气泡发生器205通过连接管203从透明筒体211抽取清水，向曝气池206中输入高能氧微气泡，输入的氧气量由氧气流量计208计量；含有高分子有机物和工程微生物的富氧水经过富氧水输入管209进入透明筒体211中；在透明筒体211中，在光照的条件下，光催化剂202将光能转化为化学能和生物能，高分子有机物在化学能和高能氧微气泡的作用下快速氧化降解，少部分分解消除，大部分分解成小分子有机物，供应微生物繁育使用；工程微生物在生物能和高能氧微气泡的作用下，从小分子有机物中吸收营养，快速繁育，形成工程微生物倍增效应；倍增工程微生物通过倍增微生物排放口212排放到指定的区域（如污水处理生化池）中，发挥微生物氧化降解作用。通过本发明装置，可以快速得到倍增微生物。
本发明的利用光能转换快速培养微生物的方法及装置，通过巧妙地将有机物、微生物与水及活性氧的充分混合，再利用光催化剂将光能转换为化学能供有机物分解用，分解的有机物为微生物的生长提供养分，并且利用光催化剂将光能转换为生物能来供微生物生长用，可以实现微生物的高效、快速培育，有利于将工程微生物在诸如污水处理方面的应用。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用光能转换快速培养微生物的方法，其特征在于，包括：将水和高能氧微气泡混合，提前完成有机物、微生物与水及活性氧的充分混合；采用装设有光催化剂的透明容器来容纳微生物、有机物与水及活性氧的混合液体；采用光催化剂将光照提供的光能转换为化学能，供有机物分解用，分解的有机物为微生物的生长提供养分；以及采用光催化剂将光照提供的光能转换为生物能，供微生物生长用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述透明容器采用滤网为载体，所述光催化剂为涂敷在滤网上面的半导体光催化剂经过低温固化而成；其中，所述滤网为圆筒形，或者多层圆片形式，可以保证水流顺利通过。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使有机物、微生物与水及活性氧的混合液体在流入该透明容器时形成射流，以实现对该混合液体的搅拌。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使光源位于该透明容器的中央，并使该透明容器装设在其内表面为反射面的箱体外壳中。
5.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述微生物为核质红线菌群和核质腐败菌群的工程微生物。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述光催化剂为二氧化钛、四氧化三铁或二氧化镓。
7.一种利用光能转换快速培养微生物的装置，其特征在于，包括：曝气池，用于将水和高能氧微气泡混合，提前完成有机物、微生物与水及活性氧的充分混合；装设有光催化剂的透明容器，用于容纳微生物、有机物与水及活性氧的混合液体，利用光催化剂将光照提供的光能转换为化学能来供有机物分解用，并利用光催化剂将光照提供的光能转换为生物能来供微生物生长用，分解的有机物为微生物的生长提供养分；以及高能氧微气泡发生器，用于从该透明容器抽取清水并向该曝气池中输入高能氧微气泡。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述透明容器采用滤网为载体，所述光催化剂为涂敷在滤网上面的半导体光催化剂经过低温固化而成；其中，所述滤网为圆筒形，或者多层圆片形式，可以保证水流顺利通过。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：位于该透明容器的中央的光源；以及箱体外壳，用于装设该透明容器，其内表面为反射面。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：加热单元，用于保证水温不低于设定温度。
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