CN107099460A - 喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物富集装置及其方法，该装置包括：反应器、曝气装置、喷淋装置、搅拌装置、循环泵、循环水管、循环气管、甲烷储瓶、石蜡油储罐、尾气处理装置；其中，反应器底部设有曝气装置，顶部设有喷淋装置，搅拌装置从反应器顶部伸入中部；循环气管分别与曝气装置和反应器顶部相连，循环水管分别与喷淋装置和反应器下部相连；石蜡油储罐与进/出水管相连，甲烷储瓶与循环气管相连。利用本发明的装置，加入接种物，用添加石蜡油的液体培养基，按照序批方式运行，用以富集厌氧甲烷氧化微生物。反应器内，泥水混合物经循环泵的作用提升至反应器上端，再通过喷淋装置重新进入反应器内，实现泥水循环全混合的状态。本发明可以提高甲烷利用率，缩短厌氧甲烷氧化微生物的富集时间。

Description

喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置及其方法
技术领域
本发明涉及生物培养装置，具体涉及一种喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置及其方法。
背景技术
甲烷是一种重要的温室气体，其引起的温室效应是等摩尔CO2的26倍，对全球气候变暖的“贡献率”约占20％。研究表明，每年有4×108吨甲烷通过微生物进行的厌氧甲烷氧化(anaerobic oxidation of methane,AOM)消耗，相当于全球甲烷年产生量的7-25％，AOM过程有效控制了大气的甲烷浓度，对缓解日趋严重的温室效应具有重要的意义。
厌氧甲烷氧化微生物生长相对缓慢，其中亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化细菌倍增时间甚至长达14-25天，获得此类微生物的富集培养物已成为加快其进一步研究的关键所在。由于甲烷难溶于水，因此提高甲烷的传质效率是获得高效富集培养物的重要因素之一。
已有报道采用提高气相分压与增强液相扰动的方法来提高甲烷的传质效率。虽然两者都能一定程度提高传质效率，但高压生物反应器设备复杂、成本高昂、操作繁琐、危险性高，不利于广泛应用，而搅拌等扰动方法又往往不够均匀与彻底。因此研发新型的高效甲烷传质效率的富集装置对于加速厌氧甲烷氧化细菌的富集培养很有帮助。
发明内容
本发明目的在于克服现有装置混合传递性能差、富集效率低等不足，提供一种喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物富集装置。
喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置，包括反应器、反应器盖板、搅拌装置、曝气装置、液体循环泵、循环流出水管、循环流进水管、喷淋装置、气体循环泵、循环出气管、循环进气管、气体电磁阀、进气管、进/出水管、甲烷储瓶、石蜡油储罐、控制柜、液体流量计、石蜡油进液管、进/出水阀门、排气管和尾气处理装置，反应器底部设有曝气装置，反应器内部设有喷淋装置，反应器上端设有反应器盖板，在反应器盖板上设有循环进气管、循环出气管、循环流进水管、搅拌装置、进/出水管和排气管，排气管外侧接有尾气处理装置，进/出水管一端伸入反应器内，其中部经液体流量计与石蜡油进液管相连，另一端与进/出水阀门相连；石蜡油进液管与石蜡油储罐连接，反应器侧壁设有循环流出水管，循环流出水管一端与液体循环泵相连，液体循环泵另一端与循环流进水管相连，循环流进水管另一端与反应器内的喷淋装置相连；循环进气管一端经气体循环泵与循环出气管相连，另一端连接反应器内的曝气装置，循环进气管上端外侧经进气管与甲烷储瓶前端的气体电磁阀相连，控制柜分别与气体电磁阀、液体流量计相连。
所述反应器为圆柱体，其高径比为1.5～2：1。
进/出水管伸入距反应器底端1/2～1/3处。
所述的搅拌装置的搅拌桨叶伸入反应器内部培养基液面以下。
控制柜通过控制气体电磁阀控制甲烷气体的进出，控制柜通过控制液体流量计来控制石蜡油的流量。
基于上述装置的喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集方法，其步骤为：向反应器中加入液体培养基和含有厌氧甲烷氧化微生物的污泥，进行厌氧甲烷氧化微生物的富集；富集过程中，反应器内培养基中逸出的气体经循环出气管、气体循环泵后，在循环进气管中与经气体电磁阀、进气管进入循环进气管的甲烷气体混合，混合气通过曝气装置以微小气泡的形式进入反应器内的培养基中，同时利用搅拌装置的搅拌作用使反应器内培养基和污泥混合；完全混匀的泥水混合物经反应器侧壁的循环流出水管，在液体循环泵的作用下提升至反应器上端，经循环流进水管、通过反应器内的喷淋装置以喷淋方式重新进入反应器内。
本发明的优点如下：
1)将搅拌反应器与循环流喷淋式反应器结合，可以扩大传质面积，强化传递性能，增加扰动，提高甲烷传质效率和热传递性能，大幅提高厌氧甲烷氧化微生物的富集效率，而且具有结构简单、易密封、造价低、能耗低等优点；
2)新鲜培养液首先进至反应器内，在搅拌装置的搅拌作用下与反应器内的培养液混合，提高反应器抗水力负荷和基质负荷冲击的能力；
3)通过控制柜在新鲜培养基中添加石蜡油，增大了甲烷在液体中的溶解度，提高了甲烷到微生物的传质效率，从而进一步提高甲烷利用率，与此同时，进一步缩短厌氧甲烷氧化微生物的富集培养时间；
4)甲烷气体的循环利用，不仅提高了反应器的气含率，而且可以大幅提高甲烷气体的利用率，外加尾气处理装置的辅助可有效减少厌氧甲烷氧化微生物富集过程中甲烷废气的排放。
附图说明
图1为一种喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置示意图。
图中：反应器1、反应器盖板2、搅拌装置3、曝气装置4、液体循环泵5、循环流出水管6、循环流进水管7、喷淋装置8、气体循环泵9、循环出气管10、循环进气管11、气体电磁阀12、进气管13、进/出水管14、甲烷储瓶15、石蜡油储罐16、控制柜17、液体流量计18、石蜡油进液管19、进/出水阀门20、排气管21、尾气处理装置22。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，一种喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置，包括反应器1、反应器盖板2、搅拌装置3、曝气装置4、液体循环泵5、循环流出水管6、循环流进水管7、喷淋装置8、气体循环泵9、循环出气管10、循环进气管11、气体电磁阀12、进气管13、进/出水管14、甲烷储瓶15、石蜡油储罐16、控制柜17、液体流量计18、石蜡油进液管19、进/出水阀门20、排气管21、尾气处理装置22；反应器1底部设有曝气装置4，反应器1内设有喷淋装置8，反应器1上端设有反应器盖板2，在反应器盖板2上设有搅拌装置3、循环流进水管7、循环出气管10、循环进气管11、进/出水管14、排气管21，排气管21外侧接有尾气处理装置22，进/出水管14一端伸入反应器1内，其中部经液体电磁阀18与石蜡油进液管19相连，另一端与进/出水阀门20相连；石蜡油进液管19与石蜡油储罐16连接，反应器1侧壁设有循环流出水管6，循环流出水管6一端与液体循环泵5相连，液体循环泵5另一端与循环流进水管7相连，循环流进水管7另一端与反应器1内的喷淋装置8相连；循环进气管11一端经气体循环泵9与循环出气管10相连，另一端连接反应器1内的曝气装置4，循环进气管11上端外侧经进气管13与甲烷储瓶15前端的气体电磁阀12相连，控制柜17分别与气体电磁阀12、液体流量计18相连。
反应器1为圆柱体，其高径比为1～1.5：1，容积为5L。进/出水管14伸入距反应器1底端1/2～1/3处。搅拌装置3的搅拌桨叶伸入反应器1内部培养基液面以下。控制柜17通过控制气体电磁阀12控制甲烷气体的进出，控制柜17通过控制液体流量计18来控制培养基中石蜡油的添加。在液体培养基中添加石蜡油，在不影响到微生物正常的新陈代谢的基础上，增大甲烷在液体中的溶解度，提高甲烷到微生物的传质效率，从而进一步提高甲烷利用率，与此同时，进一步缩短厌氧甲烷氧化微生物的富集培养时间。
基于上述喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置，其富集方法为：向反应器1中加入液体培养基和含有厌氧甲烷氧化微生物的污泥，进行厌氧甲烷氧化微生物的富集；富集过程中，反应器1内培养基中逸出的气体经循环出气管10、气体循环泵9后，在循环进气管11中与经气体电磁阀12、进气管13进入循环进气管11的甲烷气体混合，混合气通过曝气装置4以微小气泡的形式进入反应器1内的培养基中，同时利用搅拌装置3的搅拌作用使反应器1内培养基和污泥混合；完全混匀的泥水混合物经反应器1侧壁的循环流出水管6，在液体循环泵5的作用下提升至反应器1上端，经循环流进水管7通过反应器1内的喷淋装置8重新进入反应器1内。如此，增加了甲烷气体与微生物的接触面积，提高了甲烷到微生物的传质效率，提高了甲烷的利用率，能使厌氧甲烷氧化微生物在较短时间内富集。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置，其特征在于包括反应器(1)、反应器盖板(2)、搅拌装置(3)、曝气装置(4)、液体循环泵(5)、循环流出水管(6)、循环流进水管(7)、喷淋装置(8)、气体循环泵(9)、循环出气管(10)、循环进气管(11)、气体电磁阀(12)、进气管(13)、进/出水管(14)、甲烷储瓶(15)、石蜡油储罐(16)、控制柜(17)、液体流量计(18)、石蜡油进液管(19)、进/出水阀门(20)、排气管(21)和尾气处理装置(22)，反应器(1)底部设有曝气装置(4)，反应器(1)内部设有喷淋装置(8)，反应器(1)上端设有反应器盖板(2)，在反应器盖板(2)上设有循环进气管(11)、循环出气管(10)、循环流进水管(7)、搅拌装置(3)、进/出水管(14)和排气管(21)，排气管(21)外侧接有尾气处理装置(22)，进/出水管(14)一端伸入反应器(1)内，其中部经液体流量计(18)与石蜡油进液管(19)相连，另一端与进/出水阀门(20)相连；石蜡油进液管(19)与石蜡油储罐(16)连接，反应器(1)侧壁设有循环流出水管(6)，循环流出水管(6)一端与液体循环泵(5)相连，液体循环泵(5)另一端与循环流进水管(7)相连，循环流进水管(7)另一端与反应器(1)内的喷淋装置(8)相连；循环进气管(11)一端经气体循环泵(9)与循环出气管(10)相连，另一端连接反应器(1)内的曝气装置(4)，循环进气管(11)上端外侧经进气管(13)与甲烷储瓶(15)前端的气体电磁阀(12)相连，控制柜(17)分别与气体电磁阀(12)、液体流量计(18)相连。
2.根据权利要求1所述的一种喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置，其特征在于：所述反应器(1)为圆柱体，其高径比为1.5～2：1。
3.根据权利要求1所述的一种喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置，其特征在于：进/出水管(14)伸入距反应器(1)底端1/2～1/3处。
4.根据权利要求1所述的一种喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置，其特征在于：所述的搅拌装置(3)的搅拌桨叶伸入反应器(1)内部培养基液面以下。
5.根据权利要求1所述的一种喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集装置，其特征在于：控制柜(17)通过控制气体电磁阀(12)控制甲烷气体的进出，控制柜(17)通过控制液体流量计(18)来控制石蜡油的流量。
6.一种使用如权利要求1所述装置的喷淋气升式厌氧甲烷氧化微生物的富集方法，其特征在于，向反应器(1)中加入液体培养基和含有厌氧甲烷氧化微生物的污泥，进行厌氧甲烷氧化微生物的富集；富集过程中，反应器(1)内培养基中逸出的气体经循环出气管(10)、气体循环泵(9)后，在循环进气管(11)中与经气体电磁阀(12)、进气管(13)进入循环进气管(11)的甲烷气体混合，混合气通过曝气装置(4)以微小气泡的形式进入反应器(1)内的培养基中，同时利用搅拌装置(3)的搅拌作用使反应器(1)内培养基和污泥混合；完全混匀的泥水混合物经反应器(1)侧壁的循环流出水管(6)，在液体循环泵(5)的作用下提升至反应器(1)上端，经循环流进水管(7)、通过反应器(1)内的喷淋装置(8)以喷淋方式重新进入反应器(1)内。
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