CN109354208B - 一种实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器，包括进料槽、蠕动泵、曝气泵、气体流量计、反应槽、载体支架、上层隔板、上导管、脉管载体、下层隔板、下导管、支座、微孔曝气管、围挡；本发明泵入的气体通过气体流量计的调节进入微孔曝气管，形成气泡，围挡和支座将气泡聚集，气泡通过下导管、脉管载体、上导管形成的中空通道，促使并带动废水通过脉管载体内部向上流动，避免气泡和废水直接对好氧丝状生物膜的冲击，实现反应器中的好氧丝状生物膜从脉管载体内部获得氧和营养物质，从而避免反应器中的紧贴脉管载体的丝状生物膜因缺氧和营养而导致的老化和死亡，解决丝状生物膜从脉管载体上的完全脱落问题。

Description

一种实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器

技术领域

本发明属于微生物应用领域，具体的说是涉及一种实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器。

背景技术

环境中难降解有机污染物日积月累并持久存在的结果已严重危害生态系统的健康和人类社会的可持续发展，这些污染物除难降解外它们还具有较高的生物毒性和致癌、致畸、致突变危害性，是环境治理与保护工作的重点和难点。环境中这些污染物质进入水体中难以用传统的处理方法去除，研究新方法和新技术以解决这些污染物带来的日益突出的环境问题十分必要，白腐真菌因其能降解多种难降解有机物使其在环境治理中具有巨大的应用潜力。

不同类型的反应器，虽然对不同种类的难降解有机废水具有一定的处理效果，但是这些反应器都很难长时间连续稳定的运行，白腐真菌不能够在这些反应器中连续稳定的生长，导致这些反应器不能够长时间连续稳定的运行，最终致使整个降解体系崩溃。

白腐真菌的固定化培养有利于其活性的维持，但是，固定化的微生物常常出现生物膜脱落的问题，由于生物膜获得的营养物质和氧气不足，导致载体在使用过程中由于受到剪切力的作用，生物膜易脱落不能连续稳定的生长。

发明内容

本发明提供一种实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器，包括进料槽1、蠕动泵2、曝气泵3、反应槽5、载体支架6、上层隔板7、上导管8、脉管载体9、下层隔板10、下导管11、支座12、微孔曝气管13、围挡14；

所述载体支架6、上层隔板7、上导管8、脉管载体9、下层隔板10、下导管11、支座12、微孔曝气管13、围挡14设置在反应槽5内部，上层隔板7和下层隔板10分别设置在载体支架6上，一个以上的脉管载体9设置在上层隔板7和下层隔板10之间，上层隔板7和下层隔板10上分别开有一个以上通孔，通孔内插入中空的上导管8和下导管11，脉管载体9的两端分别与上导管8和下导管11相连而被安置在上层隔板7与下层隔板10之间，下导管11、脉管载体9、上导管8形成中空通道，下层隔板10设置在支座12上，支座12放置在反应槽5底部，下层隔板10下面布置有微孔曝气管13，微孔曝气管13的外周设有围挡14，围挡14与支座12连接，围挡14与反应槽5底部不接触，进料槽1通过蠕动泵2与反应槽5相连，曝气泵3与微孔曝气管13连通。

所述曝气泵3与微孔曝气管13之间设置气体流量计4。

所述脉管载体9为粘扣带，粘扣带材质不会被微生物降解。

所述上导管8和下导管11为塑料管、有机玻璃管或不锈钢管。

所述实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器，还包括排水口15，排水口15上设有阀门，排水口15设置在反应槽5底部。

所述支座12和围挡14将微孔曝气管13产生的气泡聚集，气泡通过下导管11、脉管载体9、上导管8形成的中空通道，围挡14距离反应槽5底部1cm以上，废水可以填充到支座12和围挡14内部，促使并带动废水通过脉管载体9内部向上流动，气泡小于脉管载体9内径，避免气泡和废水直接对好氧丝状生物膜的冲击，实现反应器中的好氧丝状生物膜从脉管载体9内部获得氧和营养物质，从而避免反应器中的紧贴脉管载体9的丝状生物膜因缺氧和营养而导致的老化和死亡，解决丝状生物膜从脉管载体9上的完全脱落问题。

所述上层隔板7和下层隔板10的存在，加之废水在下导管11、脉管载体9、上导管8形成的中空通道内向上流动，促使废水沿反应槽5侧壁向下运动，进入微孔曝气管13外周的外周支座12和围挡14内，并在气泡作用下，通过下导管11、脉管载体9、上导管8形成的中空通道，实现废水的循环，最终实现好氧丝状生物膜从脉管载体9内部和外部同时获取氧气和营养物，保证了好氧丝状生物膜的连续生长。

所述反应器的使用方法，将固定有好氧丝状生物膜的脉管载体9的两端通过上导管8和下导管11固定在上层隔板7和下层隔板10之间，通过蠕动泵2将进料槽1中的废水泵入反应槽5，废水进入反应槽5填满下层隔板10与支座12之间的空间，继续添加至废水液面高于上层隔板7后停止进料，通过曝气泵3将空气曝入微孔曝气管13，空气经过气体流量计4再经过微孔曝气管13后形成气泡，支座12和围挡14将气泡聚集，气泡往上走，通过下层隔板10上的通孔进入下导管11，从下导管11进入脉管载体9内部，穿过脉管载体9内部后进入上导管8并从上层隔板7上的通孔往上排出，气泡在往上流动的过程中，带动脉管载体9四周废水流动，使废水直接通过中空的脉管载体9内部，气泡直径小于脉管载体9的内径，避免废水对脉管载体9上的丝状生物膜直接的剪切作用，且还能够实现好氧丝状生物膜的氧和营养物质供给，避免紧贴脉管载体9的丝状生物膜因缺氧和营养而导致的老化和死亡，解决丝状生物膜从载体上的完全脱落问题。

本发明的优点和有益效果：

（1）本发明为固定化的丝状生物膜的生长提供了一个新的实现途径。

（2）本发明实现了对废水的曝气和循环流动，避免常规的曝气或搅拌对好氧丝状生物膜的剪切作用，促进好氧丝状生物膜的连续生长。

（3）本发明在反应器水平上实现从载体内部和外部向固定化的好氧丝状微生物供应营养物和氧气，从而避免紧贴载体的丝状生物膜因缺氧和营养而导致的老化和死亡，解决丝状生物膜从载体上的完全脱落问题，实现其连续生长。

（4）本发明结构简单，成本低，操作简便，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例1反应器的结构示意图；

图中：1-进料槽；2-蠕动泵；3-曝气泵；4-气体流量计；5-反应槽；6-载体支架；7-上层隔板；8-上导管；9-脉管载体；10-下层隔板；11-下导管；12-支座；13-微孔曝气管；14-围挡；15-排水口。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所涉及的内容。

实施例1

一种实现好氧丝状生物膜的静止培养和连续生长的反应器，如图1所示，包括进料槽1、蠕动泵2、曝气泵3、气体流量计4、反应槽5、载体支架6、上层隔板7、上导管8、脉管载体9、下层隔板10、下导管11、支座12、微孔曝气管13、围挡14、排水口15；

载体支架6、上层隔板7、上导管8、脉管载体9、下层隔板10、下导管11、支座12、微孔曝气管13、围挡14设置在反应槽5内部，上层隔板7和下层隔板10分别设置在载体支架6的上部和下部，80个脉管载体9设置在上层隔板7和下层隔板10之间，脉管载体9为丝质粘扣带，上层隔板7和下层隔板10上分别开有多个通孔，通孔内插入中空的上导管8和下导管11，上导管8和下导管11为塑料管，脉管载体9的上端与上导管8连通，脉管载体9的下端与下导管11连通，继而将脉管载体9安置在上层隔板7与下层隔板10之间，下导管11、脉管载体9、上导管8形成中空通道，下层隔板10设置在支座12上，支座12为两块可承压的塑料板，下层隔板10下面布置有微孔曝气管13，微孔曝气管13的外周设有围挡14，围挡14为两块塑料板，围挡14与支座12粘接在一起，围挡14比支座12矮，围挡14上端与下层隔板接触，围挡14下端与反应槽5底部不接触，围挡14距离反应槽5底部1cm，支座12放置在反应槽5底面上，为下层隔板10及以上部件提供承载力，进料槽1通过蠕动泵2与反应槽5相连，曝气泵3与微孔曝气管13连通，曝气泵3与微孔曝气管13之间设置气体流量计4，气体流量计4的型号为LZM-6T氧气流量计，可以用来调节气体流量，使反应器内的氧气达到供给要求，排水口15上设有阀门，排水口15设置在反应槽5底部，载体支架6、上层隔板7、下层隔板10为塑料板。

采用本实施例的反应器对黄孢原毛平革菌（P. chrysosporium）形成的好氧丝状生物膜进行培养：

（1）挂膜培养

挂膜是在大试管（直径：3cm；长度：20cm）中完成，准备80根大试管，分别加入一根长脉管载体9和70mL液体培养基，并用硅胶塞封口，然后放到高压灭菌锅内于121℃条件下灭菌30min，待温度降到室温后取出试管放到无菌操作台上，每根试管接种1mL的黄孢原毛平革菌（P. chrysosporium）的孢子悬浮液，然后转移至恒温摇床（37℃；160rpm）进行培养，3天后可以发现大量的菌丝固定在脉管载体9表面，将培养好的脉管载体9从试管中取出，用去离子水洗去脉管载体9表面的营养物质，放入塑料盘中以备接下来安装至反应器；

（2）在垃圾渗滤液中生长产酶

取80根步骤（1）挂好好氧丝状生物膜的脉管载体9，将脉管载体9的两端通过上导管8和下导管11固定在上层隔板7和下层隔板10之间，注意安装时的力度不要太大，以免破坏菌丝，通过蠕动泵2将进料槽1中的垃圾渗滤液泵入反应槽5，垃圾渗滤液进入反应槽5填满下层隔板10与支座12、围挡14之间的空间，继续添加至垃圾渗滤液液面高于上层隔板7后停止进料，通过曝气泵3将空气曝入微孔曝气管13，空气先经过气体流量计4的调节再经过微孔曝气管13后形成气泡进入下层隔板10、支座12、围挡14形成的空间内，由于支座12和围挡14的作用，气泡往上走、不会从围挡14与反应槽5底部的缝隙间出来，气泡通过下层隔板10上的通孔进入下导管11，从下导管11进入脉管载体9，穿过脉管载体9内部后进入上导管8并从上层隔板7上的通孔往上排出，气泡在往上流动的过程中，带动脉管载体9四周垃圾渗滤液流动，使垃圾渗滤液直接通过中空的脉管载体9内部，气泡直径小于脉管载体9的内径，避免流动的垃圾渗滤液对脉管载体9上的好氧丝状生物膜直接的剪切作用，且还能够实现反应器中好氧丝状生物膜的氧和营养物质供给。

采用序批式的运行方式，水力停留时间15天，在连续运行过程中，好氧丝状生物膜能够持续合成木质素过氧化物酶，且最高酶活可达198 U/L。

采用与在垃圾渗滤液中生长产酶相同的运行方式，在连续运行过程中，好氧丝状生物膜能够在脉管载体9上实现210天的连续生长，在连续生长期间，好氧丝状生物膜的外层会发生少量脱落现象，但是与脉管载体9接触的内层始终附着在载体上，并保持持续的生长，重新形成新的生物膜，保持了好氧丝状生物膜的连续生长。

当废液中氨氮降到低于200毫克/升，关闭曝气泵3，打开反应槽5底部的排水口15上的阀门，放出处理过的废液，加入新的废液，进行下一批次的处理，实现废水的连续处理。

可以根据需要设定脉管载体9的数量，调整围挡14与反应槽5底部间的距离。

Claims (5)

1.一种实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器，其特征在于，包括进料槽（1）、蠕动泵（2）、曝气泵（3）、反应槽（5）、载体支架（6）、上层隔板（7）、上导管（8）、脉管载体（9）、下层隔板（10）、下导管（11）、支座（12）、微孔曝气管（13）、围挡（14）；

所述载体支架（6）、上层隔板（7）、上导管（8）、脉管载体（9）、下层隔板（10）、下导管（11）、支座（12）、微孔曝气管（13）、围挡（14）设置在反应槽（5）内部，上层隔板（7）和下层隔板（10）分别设置在载体支架（6）上，一个以上的脉管载体（9）设置在上层隔板（7）和下层隔板（10）之间，上层隔板（7）和下层隔板（10）上分别开有一个以上通孔，通孔内插入中空的上导管（8）和下导管（11），脉管载体（9）的两端分别与上导管（8）和下导管（11）相连，下层隔板（10）设置在支座（12）上，支座（12）放置在反应槽（5）底部，下层隔板（10）下面布置有微孔曝气管（13），微孔曝气管（13）的外周设有围挡（14），围挡（14）与支座（12）连接，围挡（14）与反应槽（5）底部不接触，进料槽（1）通过蠕动泵（2）与反应槽（5）相连，曝气泵（3）与微孔曝气管（13）连通；

所述反应器的使用方法：将固定有好氧丝状生物膜的脉管载体（9）的两端通过上导管（8）和下导管（11）固定在上层隔板（7）和下层隔板（10）之间，通过蠕动泵（2）将进料槽（1）中的废水泵入反应槽（5），废水进入反应槽（5）填满下层隔板（10）与支座（12）之间的空间，继续添加至废水液面高于上层隔板（7）后停止进料，通过曝气泵（3）将空气曝入微孔曝气管（13），空气经过微孔曝气管（13）后形成气泡，支座（12）和围挡（14）将气泡聚集，气泡往上走，通过下层隔板（10）上的通孔进入下导管（11），从下导管（11）进入脉管载体（9）内部，穿过脉管载体（9）内部后进入上导管（8）并从上层隔板（7）上的通孔往上排出，气泡在往上流动的过程中，带动脉管载体（9）四周废水流动，使废水直接通过中空的脉管载体（9）内部，气泡直径小于脉管载体（9）的内径，避免废水对脉管载体（9）上的丝状生物膜直接的剪切作用，解决丝状生物膜从载体上的完全脱落问题，上层隔板（7）和下层隔板（10）的存在，加之废水在下导管（11）、脉管载体（9）、上导管（8）形成的中空通道内向上流动，促使废水沿反应槽（5）侧壁向下运动，进入微孔曝气管（13）外周的支座（12）和围挡（14）内，并在气泡作用下，通过下导管（11）、脉管载体（9）、上导管（8）形成的中空通道，实现废水的循环，实现好氧丝状生物膜从脉管载体（9）内部和外部同时获取氧气和营养物，实现连续生长。

2.根据权利要求1所述实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器，其特征在于，所述曝气泵（3）与微孔曝气管（13）之间设置气体流量计（4）。

3.根据权利要求1所述实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器，其特征在于，所述脉管载体（9）为粘扣带。

4.根据权利要求1所述实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器，其特征在于，所述上导管（8）和下导管（11）为塑料管、有机玻璃管或不锈钢管。

5.根据权利要求1所述实现好氧丝状生物膜静止培养和连续生长的反应器，其特征在于，还包括排水口（15），排水口（15）上设有阀门，排水口（15）设置在反应槽（5）底部。

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