CN207002526U - 一种用于实验教学的多功能有机废弃物生化降解装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于实验教学的多功能有机废弃物生化降解装置，包括相互连通的反应器一和反应器二，反应器一和反应器二均具有透明的器壁，反应器一和反应器二的连通处设有可拆卸的隔离件；反应器一和反应器二的顶部均设有出气口，上部均设有出水口，下部均连接有进料管，内部均装填有固定化微生物；反应器一和反应器二的外部设有水夹套。本装置结构简单、操作容易和成本低；利用该装置，学生能够通过改变反应器连接方式、进水和进气设置、颗粒种类、隔离件的类型等，学习不同生化反应器结构特点、有机物生化转化、原电池、微生物电池工作原理等，达到理想学习效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于实验教学的多功能有机废弃物生化降解装置。
背景技术
随着化石能源的快速消耗和环境污染的加重，寻找可再生能源和污染治理方法成了当务之急。生化科技除了用于医药领域，在环境污染和能源再生领域也得到了广泛应用，包括废水治理、生物传感器和生物修复等领域。其中，用于高浓度有机废水处理的厌氧反应器（如升流式污泥床反应器，UASB）等可以使废水得到快速净化，同时产生沼气能源；MFC反应器和厌氧反应器联用则降解有机废水中有机物的同时把有机质转化为电能。理论和实践结合是知识学习的高效途径，上述过程包含丰富的生物与化学知识点，包括生化反应器结构特点、有机物生化转化、原电池、微生物电池工作原理等，如果有一种相关装置可以结合实验进行学习和教学，则可以提高学生兴趣，培养学生动手能力，也使学生更直观地学习到知识，但目前此类装置较为缺乏，现有的一些教学实验装置难以用于相关知识点的学习，而工业装置和研究装置往往演示性差、规模大、成本较高，难以使每个学生都能直接操作，学习效果不佳。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种了解生化科技在能源环境领域应用的多功能有机废弃物生化降解教学装置。
本实用新型的技术方案是，提供一种用于实验教学的多功能有机废弃物生化降解装置，包括相互连通的反应器一和反应器二，反应器一和反应器二均具有透明的器壁，反应器一和反应器二的连通处设有可拆卸的隔离件；
反应器一和反应器二的顶部均设有出气口，上部均设有出水口，下部均连接有进料管，内部均装填有固定化微生物；反应器一和反应器二的外部设有水夹套。
优选地，在所述反应器一和反应器二内，上部均设三相分离器。
优选地，所述进料管为进水管和/或进气管。
优选地，所述进水管与水槽相连。
优选地，所述水夹套与温控装置相连。
优选地，所述固定化微生物为污泥。
优选地，所述装置为微生物燃料电池。
优选地，所述反应器一设有阳极电极，所述反应器二内设有阴极电极，阳极电极和阴极电极之间并联连接电流表和电压表，所述隔离件为质子交换膜，反应器一的进料管为进水管，反应器二的进料管为进气管。优选地，所述阳极电极和阴极电极之间还连接有指示灯，所述指示灯与电流表串联。
优选地，所述装置为厌氧反应器。
优选地，所述隔离件为分隔板，反应器一和反应器二的进料管均为进水管。
相比现有技术，通过以上技术方案的本发明具备如下有益效果：1、结构简单、操作容易和成本低；2、利用该装置，学生能够通过改变反应器连接方式、进水和进气设置、颗粒种类、隔离件的类型等，学习不同生化反应器结构特点、有机物生化转化、原电池、微生物电池工作原理等，达到理想学习效果。
附图说明
图1表示实施例1提供的一种微生物燃料电池装置示意图。
图2表示实施例2提供的一种厌氧反应器装置示意图。
图1、2中图示如下：1、指示灯，2、电流表，3、电压表，4、导线，5、出水口，6、三相分离器，7、反应器一，8、阳极电极，9、水夹套，10、水槽，11、泵，12、进料管，13、反应器二，14、隔离件，15、阴极电极，16、温控装置，17、固定化微生物，18、出气口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种微生物燃料电池（MFC）装置，它包括两个反应器，即反应器一7和反应器二13；反应器一7和反应器二13之间连通，连通处为隔离件14，即为质子交换膜。反应器一7和反应器二13内分别设有阳极电极8和阴极电极15；反应器一7和反应器二13内部填充有固定化微生物17，即为污泥，污泥中富含微生物。阳极电极8和阴极电极15之间通过导线4将电流表2和电压表3并联，指示灯1与电流表2串联。反应器一7和反应器二13的顶部设有三相分离器6，器壁的顶部开设有出气口18，器壁的上部开设有出水口5，器壁的下部连接有进料管12，反应器一7的进料管12为进水管，进水管与水槽10相连，反应器二13的进料管12为进气管，也可以用于进水。反应器外部设有水夹套9，用于调节反应器的温度。
上述MFC装置可用于学习微生物降解、微生物产电、有机物的转化等过程相关基础知识和实际应用：
(1)水槽10中装入人工合成有机废水或食品工业废水，废水通过蠕动泵泵入反应器一7的底部并自动从反应器顶部出水口5溢流排出；
比如采用合成废水用于模拟实际废水处理，废水COD:N:P 为350:5:1，废水主要成分为(mg⋅L−1)：葡萄糖，4000；NaHCO3，2500；KH2PO4，45；尿素，120；
(2)反应器一7和反应器二13中的固定化微生物17为不同来源污泥：比如下水道污泥、池塘底泥、污水处理厂剩余污泥、污水处理厂厌氧反应器的颗粒污泥等；
(3)电压表3与电流表2并联；阳极8和阴极15通过导线4与电流表2、电压表3、指示灯1连接形成回路；阳极电极8和阴极电极15的材料为碳纤维纸；
(4)反应器一7和反应器二13之间有一连接板14；连接板14为质子交换膜，比如杜邦公司的交换膜；
(5)空气通过气泵从反应器二13的底部泵入，从顶部排出；
(6)温控装置16将热水不断泵入反应器一7和反应器二13的水夹套9中，通过换热，使反应器一7和反应器二13的温度控制在一定值，比如35度；
(7)每日监测出水中COD的降解情况，如果COD去除率稳定超过一定值，可以逐渐提供废水泵入的速度；比如初始进水速度为0.2倍反应器体积每天，如果COD去除率达到90%，可以逐步提高到0.3/0.4/0.5/0.75/1/2倍反应器体积每天；
(8)可以用显微镜观察过程微生物生长和形态种类变化；
(9)如上装置中，反应器一7作为阳极室，反应器二13作为阴极室，反应器一7中的污泥微生物将有机物降解，并产电进入回路，质子则可以穿过质子交换膜（隔离件14）进入反应器二13（阴极室）；阴极室中，氢质子和底部泵入的空气中的氧结合，形成水。COD的降解可以反映废水处理效率，而指示灯1则反映了MFC处理有机废水过程中有机物的化学能到电能转化过程，通过改变过程的不同操作条件，让学生通过动手小实验，来学习微生物燃料电池在污水生物净化过程的应用和影响因素。
实施例2
本实施例提供一种用于教学的厌氧反应器，可通过类似实施例1的结构组成，用于学习有机废水的厌氧生物处理过程相关基础知识和实际应用（见图2），其区别在于去除了实施例1中的阴极和阳极电极，以及电流表、电压表、指示灯部分；并将反应器二的进料管直接连接到水槽，并将隔离件14设为固体分隔板。
(1)水槽10中装入人工合成有机废水或食品工业废水，废水通过蠕动泵泵入反应器一7和反应器二13的底部并自动从反应器顶部出水口5溢流排出，比如采用合成废水用于模拟实际废水处理，废水COD:N:P 为350:5:1，废水主要成分为(mg⋅L−1)：葡萄糖，4000；NaHCO3，2500；KH2PO4，45；尿素，120；
(2)隔离件14为固体分隔板，使反应器一7和反应器二13成为两个单独的反应器；
(3)反应器一7和反应器二13中的颗粒17为不同来源的污泥，比如下水道污泥、池塘底泥、污水处理厂剩余污泥、污水处理厂厌氧反应器的颗粒污泥等；
(4)温控装置16将热水不断泵入反应器一7和反应器二13的水夹套9中，通过换热，使反应器一7和反应器二13的温度控制在一定值，比如35摄氏度；
(5)每日监测出水中COD的降解情况，如果COD去除率稳定超过一定值，可以逐渐提供废水泵入的速度；比如初始进水速度为0.2倍反应器体积每天，如果COD去除率达到90%，可以逐步提高到0.3/0.4/0.5/0.75/1/2倍反应器体积每天；
(6)可以用显微镜观察过程微生物生长和形态种类变化；
(7)反应器一7和反应器二13可以由不同学生同时使用学习了解厌氧反应器运行情况，也可以由同一学生使用，用于学习不同因素和运行条件对厌氧反应器中污水COD降解、生物能源沼气形成情况的影响；
(8)将反应器一7的出水口5与和反应器二13的进口12相连，系统则变成从反应器一7的底部进水，从反应器二13的出水口5自动溢流出水的厌氧两相反应器，学生可以对比学习两个反应器一起工作比单个反应器工作的差异性。
综上所述，本发明多功能有机废弃物生化降解教学装置具有结构简单和成本低等优点，其不仅可以使用普通废水、颗粒污泥等构成普通厌氧反应器，用于污水处理学习研究（图2），而且可以通过加入阳极、阴极、质子交换膜、外接电阻等构成微生物燃料电池（MFC）（图1），让学生通过动手小实验，来学习生化反应器结构特点、有机物生化转化、原电池、微生物电池工作原理等基本知识和实际应用，达到理想学习效果。
Claims (10)
1.一种用于实验教学的多功能有机废弃物生化降解装置，其特征在于，包括相互连通的反应器一和反应器二，反应器一和反应器二均具有透明的器壁，反应器一和反应器二的连通处设有可拆卸的隔离件；
反应器一和反应器二的顶部均设有出气口，上部均设有出水口，下部均连接有进料管，内部装均装填有固定化微生物；反应器一和反应器二的外部设有水夹套。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述反应器一和反应器二内，上部均设三相分离器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进料管为进水管和/或进气管。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述进水管与水槽相连。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述进水管上设有泵。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水夹套与温控装置相连。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定化微生物为污泥。
8.如权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述装置为微生物燃料电池；所述反应器一设有阳极电极，所述反应器二内设有阴极电极，阳极电极和阴极电极之间并联连接电流表和电压表，所述隔离件为质子交换膜，反应器一的进料管为进水管，反应器二的进料管为进气管。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述阳极电极和阴极电极之间还连接有指示灯，所述指示灯与电流表串联。
10.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置为厌氧反应器；所述隔离件为分隔板，反应器一和反应器二的进料管均为进水管。
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|---|---|---|---|---|
| CN108483620A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-09-04 | 大连理工大学 | 一种电强化分离膜缓解膜污染同步促进产甲烷的装置 |
| CN110117068A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-08-13 | 上海交通大学 | 一种基于生物滤池阴极微生物燃料电池的生活污水处理装置 |
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