一種制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器及其制備納米硒的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，它包括反應(yīng)器本體，上部設(shè)置有三相分離器，在反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)置有第一出氣口、出水口和排泥口，在反應(yīng)器本體的底部設(shè)置有布水系統(tǒng)和布?xì)庀到y(tǒng)，所述的布水系統(tǒng)分為厭氧布水支路和好氧布水支路，在反應(yīng)器本體外設(shè)置有微電腦，微電腦控制厭氧布水支路、好氧布水支路的進(jìn)水，空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣及出水管出水的工作。本發(fā)明的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器集好氧階段與厭氧階段為一體，不減小了能源的消耗，并且簡(jiǎn)便易行，過程簡(jiǎn)化，大大縮短了微生物的培養(yǎng)與納米硒的制備的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種制備納米砸的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器及其制備納米砸的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器及其制備納米硒的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]納米粒子粒徑的范圍從0.1至1000納米不等,決定了納米材料相對(duì)于傳統(tǒng)材料具有明顯的物理化學(xué)優(yōu)勢(shì):良好的非線性特性，飽和吸收及光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)特性。硒由于其特殊的物理性質(zhì)如較高的光電導(dǎo)性，熱響應(yīng)和非線性光學(xué)響應(yīng)，因而是一種重要的半導(dǎo)體功能材料。因此，硒在很多儀器中被廣泛應(yīng)用，比如蓄電池、攝影曝光米、太陽能以及細(xì)胞半導(dǎo)體整流器。此外，硒是人體所必須的營(yíng)養(yǎng)微量元素之一，研究結(jié)果表明，硒可以改善谷胱甘肽過氧化酶的活動(dòng)來減少對(duì)細(xì)胞和組織的損傷，而且硒納米顆粒具有較高的生物活性，在防癌、抗癌、預(yù)防和治療心腦血管疾病方面有重要作用。
[0003]目前已有較多研究報(bào)道了制備納米硒的方法，其中生物法制備納米硒是一種無毒無害，環(huán)境友好型的方法，因此越來越被廣泛關(guān)注。如高平利用一株假單胞菌好氧還原合成了納米硒,Mausumi Mukhopadhyay利用動(dòng)膠菌在好氧條件下合成了納米硒，好氧環(huán)境下，微生物可將電子傳遞給亞硒酸鹽，亞硒酸鹽被還原為納米硒。另外，又有研究表明，利用兼性厭氧微生物酵母菌屬也可以制備納米硒，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在厭氧狀態(tài)下制備納米硒，減少好氧曝氣所需的消耗，缺點(diǎn)是在好氧條件下培養(yǎng)酵母菌屬，然后在厭氧狀態(tài)下還原亞硒酸鹽，制備納米硒。微生物的培養(yǎng)與納米硒的制備過程分離，需要在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，過程較繁瑣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，本發(fā)明還提供一種利用該裝置制備納米硒的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，包括反應(yīng)器本體和頂蓋，所述的反應(yīng)器本體為圓柱桶形，反應(yīng)器本體內(nèi)部自下而上分為菌體床區(qū)和懸浮區(qū)，懸浮區(qū)中心上部設(shè)置有三相分離器，三相分離器由兩塊傾斜擋板構(gòu)成，兩傾斜擋板的頂部固定在頂蓋上，在懸浮區(qū)上部的反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)置有第一出氣口，在懸浮區(qū)上部的反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)有出水口，出水口通過出水管連接有出水箱，第一出氣口與出水口位于相對(duì)的兩側(cè)；位于菌體床區(qū)的反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)有排泥口，在反應(yīng)器本體的底部設(shè)置有布水系統(tǒng)和布?xì)庀到y(tǒng)，所述的布水系統(tǒng)分為厭氧布水支路和好氧布水支路，厭氧布水支路包括厭氧進(jìn)水總管、厭氧進(jìn)水支管和厭氧進(jìn)水箱，進(jìn)水總管與厭氧進(jìn)水支管相連，厭氧進(jìn)水支管與反應(yīng)器本體底部的厭氧進(jìn)水口連通，厭氧進(jìn)水總管與厭氧進(jìn)水箱連接；好氧布水支路包括好氧進(jìn)水總管、好氧進(jìn)水支管和好氧進(jìn)水箱，好氧進(jìn)水總管與好氧進(jìn)水支管相連，好氧氧進(jìn)水支管與反應(yīng)器本體底部的好氧進(jìn)水口連通，好氧進(jìn)水總管與好氧進(jìn)水箱連接；所述的布?xì)庀到y(tǒng)包括曝氣頭，曝氣頭設(shè)置在反應(yīng)器本體的底部，曝氣頭通過管路與空氣壓縮機(jī)連接，在反應(yīng)器本體外設(shè)置有微電腦，微電腦控制厭氧布水支路、好氧布水支路的進(jìn)水，空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣及出水管出水的工作。
[0007]本發(fā)明優(yōu)選的，所述的好氧進(jìn)水箱中盛納菌體生長(zhǎng)需要的菌體營(yíng)養(yǎng)水，厭氧進(jìn)水箱中盛納含亞硒酸鹽的水溶液，菌體營(yíng)養(yǎng)水的成分如下:胰蛋白胨10.0-15.0g/L，酵母提取物 5.0-10.0g/L,氯化鈉 5.0-10.0g/L, KNO3L 0-2.0g/L, MgSO4L 0-2.0g/L,KH2P042.0-3.0g/L，檸檬酸鈉5.2g/L。含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質(zhì)量濃度為36_40mol/L。
[0008]本發(fā)明優(yōu)選的，三相分離器的兩塊傾斜擋板位于懸浮區(qū)上部并將懸浮區(qū)上部分為左部排氣區(qū)、中部排氣區(qū)和右部排水區(qū)三個(gè)區(qū)域，兩塊傾斜擋板呈截頭V形，兩傾斜擋板之間的夾角為20?40°，每塊傾斜擋板與頂蓋所在的平面之間的夾角為60°?80°，第一出氣口設(shè)置在左部排氣區(qū)的反應(yīng)器本體側(cè)壁上。
[0009]本發(fā)明優(yōu)選的，在頂蓋的一側(cè)設(shè)置有第二出氣口，第二出氣口與中部排氣區(qū)連通，第一出氣口和第二出氣口共同連接集氣室。
[0010]本發(fā)明優(yōu)選的，在頂蓋的頂部設(shè)置有水封管，水封管與中部排氣區(qū)連通，水封管連接有水封罐，水封罐呈圓柱狀。
[0011]本發(fā)明優(yōu)選的，排泥口位于距反應(yīng)器本體底部3?1cm處，排泥口通過排泥管連接有排泥池，排泥池連接有循環(huán)管，循環(huán)管的端部穿過反應(yīng)器本體的頂蓋延伸至反應(yīng)器本體內(nèi)的懸浮區(qū)，在循環(huán)管的管路上設(shè)置有循環(huán)泵。
[0012]本發(fā)明優(yōu)選的，所述的好氧進(jìn)水口為3?6個(gè)，好氧進(jìn)水支管的數(shù)量與好氧進(jìn)水口相匹配，好氧進(jìn)水支管共同連接好氧進(jìn)水總管；所述的厭氧進(jìn)水口為3?6個(gè)，厭氧進(jìn)水支管的數(shù)量與厭氧進(jìn)水口相匹配，厭氧進(jìn)水支管共同連接厭氧進(jìn)水總管；曝氣頭設(shè)置在反應(yīng)器本體底部的中心位置。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的好氧進(jìn)水口為4個(gè)，厭氧進(jìn)水口為4個(gè)，4個(gè)好氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈長(zhǎng)方形分布在曝氣頭周圍；4個(gè)厭氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，厭氧進(jìn)水口設(shè)置在兩相鄰的好氧進(jìn)水口之間。
[0014]本發(fā)明優(yōu)選的，在出水管上設(shè)置有電磁閥，電磁閥控制出水的開啟和關(guān)閉，在好氧進(jìn)水總管的管路上設(shè)置有好氧進(jìn)水泵，在好氧進(jìn)水總管的管路上設(shè)置有好氧進(jìn)水泵，在厭氧進(jìn)水總管的管路上設(shè)置有厭氧進(jìn)水泵，微電腦對(duì)電磁閥、好氧進(jìn)水泵、厭氧進(jìn)水泵以及空氣壓縮機(jī)的開關(guān)進(jìn)行控制。
[0015]本發(fā)明優(yōu)選的，出水口位于距離頂蓋10?20cm位置處。
[0016]本發(fā)明優(yōu)選的，反應(yīng)器本體為有機(jī)玻璃殼體,反應(yīng)器本體的有效容積為1-10L，高度為 0.5_5m。
[0017]本發(fā)明通過控制布?xì)庀到y(tǒng)、厭氧布水支路和好氧布水支路，使布?xì)庀到y(tǒng)與好氧布水支路同步，通過好氧布水支路為酵母菌屬生長(zhǎng)提供所需能源，通過布?xì)庀到y(tǒng)提供培養(yǎng)酵母菌屬的好氧條件，使酵母菌屬能利用進(jìn)水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷生長(zhǎng)進(jìn)行培養(yǎng)，并保持其生物活性，酵母菌屬培養(yǎng)階段結(jié)束后，開啟厭氧布水支路，通過厭氧布水支路向反應(yīng)器本體內(nèi)通入含亞硒酸鹽的水溶液，在厭氧狀態(tài)下利用培養(yǎng)的酵母菌屬還原亞硒酸鹽進(jìn)行制備納米硒。
[0018]本發(fā)明的菌體床區(qū)是指菌體與生物炭粉末混合而成的區(qū)域，菌體濃度較高，在菌體床區(qū)加入生物炭為了使菌體更好的沉降，防止培養(yǎng)的酵母菌屬隨出水排出反應(yīng)器。進(jìn)水的降解以及菌體的沉降主要發(fā)生在該區(qū)域，懸浮區(qū)是指菌體濃度較低的區(qū)域，該區(qū)域主要發(fā)生三相的分尚。
[0019]本發(fā)明反應(yīng)器本體的底部設(shè)置好氧進(jìn)水口 3?6個(gè)，厭氧進(jìn)水口 3?6個(gè)，分別用于好氧階段和厭氧階段不同的進(jìn)水，好氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈長(zhǎng)方形分布在曝氣頭周圍，厭氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，厭氧進(jìn)水口設(shè)置在兩相鄰的好氧進(jìn)水口之間，使好氧階段與厭氧階段的進(jìn)水分布更加均勻，好氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈長(zhǎng)方形分布在曝氣頭周圍，進(jìn)水呈長(zhǎng)方形進(jìn)水，加之中心位置的曝氣，使使酵母菌屬與菌體營(yíng)養(yǎng)水接觸的更加均勻，使酵母菌屬更均勻的分散在水體中，為酵母菌屬的培養(yǎng)提供了良好的條件，厭氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，進(jìn)水呈菱形進(jìn)水，使酵母菌屬與亞硒酸鹽接觸的更均勻充分，提高了納米硒的生產(chǎn)效率。
[0020]利用上述制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器進(jìn)行制備納米硒的方法，包括步驟如下:
[0021]I)酵母菌屬生長(zhǎng)階段:反應(yīng)器運(yùn)行前，將酵母菌屬液體菌劑加入到反應(yīng)器本體內(nèi)菌體床區(qū)，同時(shí)添加生物炭粉末，開啟布?xì)庀到y(tǒng)與好氧布水支路上的好氧進(jìn)水泵，向反應(yīng)器內(nèi)通過菌體營(yíng)養(yǎng)水，菌體營(yíng)養(yǎng)水于好氧進(jìn)水箱通過好氧進(jìn)水總管、好氧進(jìn)水支管從反應(yīng)器本體的底部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，控制菌體營(yíng)養(yǎng)水的進(jìn)水流速為3-6L/h，進(jìn)水時(shí)間:5-10分鐘，進(jìn)水結(jié)束后，每升菌體營(yíng)養(yǎng)水中含9-10mL菌劑，每升菌體營(yíng)養(yǎng)水中含1000-1500mg生物炭，菌體營(yíng)養(yǎng)水的成分如下:胰蛋白胨10.0-15.0g/L，酵母提取物5.0-10.0g/L，氯化鈉5.0-10.0g/L, KNO3L 0-2.0g/L, MgSO4L 0-2.0g/L, ΚΗ2Ρ042.0-3.0g/L，檸檬酸鈉 5.2g/L ;同時(shí)曝氣5-5.5小時(shí),曝氣量為40-80L/h,曝氣開始后酵母菌屬開始分解菌體營(yíng)養(yǎng)水中的有機(jī)物質(zhì)，該有機(jī)物質(zhì)為酵母菌屬生長(zhǎng)提供所需能源，降解過程中產(chǎn)生C02，CH4以及曝氣過程中沒有完全利用的氧氣上升進(jìn)入三相分離器，從第一出氣口、第二出氣口排出，酵母菌屬生長(zhǎng)階段溫度保持在25±3°C ;
[0022]2)曝氣結(jié)束后，關(guān)閉布?xì)庀到y(tǒng)與好氧布水支路上的好氧進(jìn)水泵，靜置8-10分鐘進(jìn)行酵母菌屬絮狀體的沉降，沉降結(jié)束后，開啟出水管上的電磁閥進(jìn)行出水5-10分鐘，懸浮區(qū)上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3-6L/h ；
[0023]3)出水結(jié)束后,關(guān)閉出水管上的電磁閥,靜置24-60分鐘閑置排出多余的氧氣，開啟厭氧布水支路上的厭氧進(jìn)水泵，向反應(yīng)器內(nèi)通入含亞硒酸鹽的水溶液，含亞硒酸鹽的水溶液于厭氧進(jìn)水箱通過厭氧進(jìn)水總管、厭氧進(jìn)水支管從反應(yīng)器本體的底部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，控制含亞硒酸鹽的水溶液的進(jìn)水流速為3_6L/h，進(jìn)水時(shí)間5-10分鐘，
[0024]4)含亞硒酸鹽的水溶液進(jìn)水結(jié)束后，關(guān)閉厭氧布水支路上的厭氧進(jìn)水泵，開始厭氧5-5.5小時(shí)進(jìn)行納米硒的制備，納米硒的制備期間保持排氣口閥門的關(guān)閉，防止氧氣進(jìn)入，溫度保持在25±3°C，
[0025]5)納米硒的制備階段結(jié)束后，靜置8-10分鐘進(jìn)行納米硒的沉降，沉降結(jié)束后，開啟出水管上的電磁閥進(jìn)行出水5-10分鐘，排出厭氧階段的廢水，懸浮區(qū)上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3-6L/h，打開排泥口排出沉淀的菌體，然后離心、用雙蒸水和無水乙醇洗滌，得到紅色單質(zhì)納米硒。
[0026]本發(fā)明優(yōu)選的，含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質(zhì)量濃度為36_40mol/L。
[0027]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的亞硒酸鹽為亞硒酸鈉或亞硒酸鉀。
[0028]本發(fā)明優(yōu)選的，步驟5)洗滌后去除紅色單質(zhì)納米硒的產(chǎn)物通過循環(huán)泵泵入反應(yīng)器本體內(nèi)進(jìn)行循環(huán)利用。
[0029]本發(fā)明優(yōu)選的，酵母菌屬為現(xiàn)有技術(shù)，可市場(chǎng)購得。
[0030]本發(fā)明酵母菌屬生長(zhǎng)階段為好氧階段，菌體營(yíng)養(yǎng)水中有機(jī)物質(zhì)為釀酒酵母菌生長(zhǎng)提供所需能源，被降解過程中產(chǎn)生C02，CH4等氣體，含有該氣體和曝氣過程中沒有完全利用的氧氣的菌體混合液繼續(xù)上升進(jìn)入三相分離器，三相分離器將氣體和菌體混合液分離，在懸浮區(qū)的上部產(chǎn)生澄清的處理水，在該過程中釀酒酵母菌能利用進(jìn)水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不斷生長(zhǎng)，并保持其生物活性。然后沉降、出水，用于排出酵母菌處理后的廢水，以利于厭氧階段的進(jìn)水，在納米硒的制備階段:為厭氧階段，輸入含亞硒酸鹽水溶液，然后開始納米硒的制備，厭氧階段與好氧階段相似，但只含降解有機(jī)物產(chǎn)生的氣體，該氣體和菌體混合液上升進(jìn)入三相分離器，三相分離器將氣體和菌體混合液分離，在懸浮區(qū)的上部產(chǎn)生澄清的處理水。
[0031]本發(fā)明的有益效果
[0032]1、本發(fā)明的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器集好氧階段與厭氧階段為一體，將酵母菌屬的培養(yǎng)、生長(zhǎng)階段和納米硒的制備集合在一起，將微生物的培養(yǎng)與納米硒的制備過程集合在一起，只需要一次性注入酵母菌屬進(jìn)行培養(yǎng)生長(zhǎng)，不需每次制備納米硒都要培養(yǎng)，并且能保持其生物活性，減小了能源的消耗，并且簡(jiǎn)便易行，過程簡(jiǎn)化，大大縮短了微生物的培養(yǎng)與納米硒的制備的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
[0033]2、本發(fā)明的裝置既能進(jìn)行酵母菌屬的培養(yǎng)，又能進(jìn)行納米硒的制備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了裝置，能實(shí)現(xiàn)更多的功能，只需要一次性注入培養(yǎng)好的酵母菌屬，不需每次制備納米硒都要培養(yǎng)，并且能保持其生物活性，減小了能源的消耗，并且簡(jiǎn)便易行。
[0034]3、本發(fā)明厭氧進(jìn)水口以及好氧進(jìn)水口的布置，分別用于好氧階段和厭氧階段不同的進(jìn)水，好氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈長(zhǎng)方形分布在曝氣頭周圍，厭氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，厭氧進(jìn)水口設(shè)置在兩相鄰的好氧進(jìn)水口之間，使好氧階段與厭氧階段的進(jìn)水分布更加均勻，好氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈長(zhǎng)方形分布在曝氣頭周圍，進(jìn)水呈長(zhǎng)方形進(jìn)水，加之中心位置的曝氣，使使酵母菌屬與菌體營(yíng)養(yǎng)水接觸的更加均勻，使酵母菌屬更均勻的分散在水體中，為酵母菌屬的培養(yǎng)提供了良好的條件，厭氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，進(jìn)水呈菱形進(jìn)水，使酵母菌屬與亞硒酸鹽接觸的更均勻充分，提高了納米硒的生產(chǎn)效率。
[0035]4、本發(fā)明還可以收集反應(yīng)過程產(chǎn)生的可燃?xì)怏w來回收利用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖
[0037]其中，1、集氣室,2、水封罐,3、出水箱,4、排泥口，5、好氧進(jìn)水箱,6、好氧進(jìn)水泵,7、厭氧進(jìn)水箱，8、厭氧進(jìn)水泵,9、空氣壓縮機(jī),10、微電腦，11、電磁閥，12、懸浮區(qū)，13、菌體床區(qū)，14、第一出氣口，15、第二出氣口，16、水封管。
[0038]圖2為好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器底部的結(jié)構(gòu)示意圖
[0039]其中，1、3、7、9為好氧進(jìn)水口，2、4、6、8為厭氧進(jìn)水口，5、曝氣頭。

【具體實(shí)施方式】
:
[0040]實(shí)施例1
[0041]一種制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括反應(yīng)器本體和頂蓋，反應(yīng)器本體為圓柱桶形，反應(yīng)器本體內(nèi)部自下而上分為菌體床區(qū)13和懸浮區(qū)12，懸浮區(qū)12中心上部設(shè)置有三相分離器，三相分離器由兩塊傾斜擋板構(gòu)成，兩傾斜擋板的頂部固定在頂蓋上，三相分離器的兩塊傾斜擋板位于懸浮區(qū)上部并將懸浮區(qū)上部分為左部排氣區(qū)、中部排氣區(qū)和右部排水區(qū)三個(gè)區(qū)域，兩塊傾斜擋板呈截頭V形，兩傾斜擋板之間的夾角為60°，每塊傾斜擋板與頂蓋所在的平面之間的夾角為60°，在懸浮區(qū)上部的反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)置有第一出氣口 14，第一出氣口 14設(shè)置在左部排氣區(qū)的反應(yīng)器本體側(cè)壁上。在頂蓋的一側(cè)設(shè)置有第二出氣口 15，第二出氣口 15與中部排氣區(qū)連通，第一出氣口 14和第二出氣口 15共同連接集氣室I。在懸浮區(qū)上部的反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)有出水口，出水口通過出水管連接有出水箱3，第一出氣口 14與出水口位于相對(duì)的兩側(cè)；在頂蓋的頂部設(shè)置有水封管16，水封管16與中部排氣區(qū)連通，水封管連接有水封罐2，水封罐2呈圓柱狀。
[0042]位于菌體床區(qū)的反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)有排泥口 4，排泥口 4位于距反應(yīng)器本體底部3cm處，排泥口 4通過排泥管連接有排泥池。
[0043]在反應(yīng)器本體的底部設(shè)置有布水系統(tǒng)和布?xì)庀到y(tǒng)，所述的布水系統(tǒng)分為厭氧布水支路和好氧布水支路，厭氧布水支路包括厭氧進(jìn)水總管、厭氧進(jìn)水支管和厭氧進(jìn)水箱7，進(jìn)水總管與厭氧進(jìn)水支管相連，厭氧進(jìn)水支管與反應(yīng)器本體底部的厭氧進(jìn)水口(2、4、6、8)連通，厭氧進(jìn)水總管與厭氧進(jìn)水箱連接；好氧布水支路包括好氧進(jìn)水總管、好氧進(jìn)水支管和好氧進(jìn)水箱5，好氧進(jìn)水總管與好氧進(jìn)水支管相連，好氧氧進(jìn)水支管與反應(yīng)器本體底部的好氧進(jìn)水口(1、3、7、9)連通,好氧進(jìn)水總管與好氧進(jìn)水箱5連接；好氧進(jìn)水口為4個(gè)，厭氧進(jìn)水口為4個(gè)，4個(gè)好氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈長(zhǎng)方形分布在曝氣頭周圍；4個(gè)厭氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，厭氧進(jìn)水口設(shè)置在兩相鄰的好氧進(jìn)水口之間。好氧進(jìn)水支管的數(shù)量與好氧進(jìn)水口相匹配，好氧進(jìn)水支管共同連接好氧進(jìn)水總管；厭氧進(jìn)水支管的數(shù)量與厭氧進(jìn)水口相匹配，厭氧進(jìn)水支管共同連接厭氧進(jìn)水總管；好氧進(jìn)水箱中盛納菌體生長(zhǎng)需要的菌體營(yíng)養(yǎng)水，厭氧進(jìn)水箱中盛納含亞硒酸鹽的水溶液，菌體營(yíng)養(yǎng)水的成分如下:胰蛋白胨10.0g/L，酵母提取物5.0g/L，氯化鈉5.0g/L, KNO3L Og/L,MgSO4L 0-g/L,KH2P042.0g/L，檸檬酸鈉5.2g/L。含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質(zhì)量濃度為36-40mol/L0
[0044]所述的布?xì)庀到y(tǒng)包括曝氣頭5，曝氣頭5設(shè)置在反應(yīng)器本體底部的中心位置，曝氣頭通過管路與空氣壓縮機(jī)9連接，在出水管上設(shè)置有電磁閥11，電磁閥11控制出水的開啟和關(guān)閉，在好氧進(jìn)水總管的管路上設(shè)置有好氧進(jìn)水泵6，在厭氧進(jìn)水總管的管路上設(shè)置有厭氧進(jìn)水泵8，微電腦對(duì)電磁閥11、好氧進(jìn)水泵6、厭氧進(jìn)水泵8以及空氣壓縮機(jī)9的開關(guān)進(jìn)行控制。出水口位于距離頂蓋1m位置處。反應(yīng)器本體為有機(jī)玻璃殼體，反應(yīng)器本體的有效容積為5L，高度為3m。
[0045]實(shí)施例2
[0046]如實(shí)施例1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，不同之處在于，
[0047]排泥池連接有循環(huán)管，循環(huán)管的端部穿過反應(yīng)器本體的頂蓋延伸至反應(yīng)器本體內(nèi)的懸浮區(qū)，在循環(huán)管的管路上設(shè)置有循環(huán)泵。
[0048]實(shí)施例3
[0049]如實(shí)施例1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，不同之處在于，
[0050]兩傾斜擋板之間的夾角為20°，每塊傾斜擋板與頂蓋所在的平面之間的夾角為80°，排泥口 4位于距反應(yīng)器本體底部8cm處，出水口位于距離頂蓋15m位置處。
[0051]實(shí)施例4
[0052]利用實(shí)施例1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器進(jìn)行制備納米硒的方法，包括步驟如下:
[0053]I)酵母菌屬生長(zhǎng)階段:反應(yīng)器運(yùn)行前，將酵母菌屬液體菌劑加入到反應(yīng)器本體內(nèi)菌體床區(qū)，同時(shí)添加生物炭粉末，生物炭粉末的添加量？開啟布?xì)庀到y(tǒng)與好氧布水支路上的好氧進(jìn)水泵，向反應(yīng)器內(nèi)通過菌體營(yíng)養(yǎng)水，菌體營(yíng)養(yǎng)水于好氧進(jìn)水箱通過好氧進(jìn)水總管、好氧進(jìn)水支管從反應(yīng)器本體的底部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，控制菌體營(yíng)養(yǎng)水的進(jìn)水流速為3L/h，進(jìn)水時(shí)間:5分鐘，進(jìn)水結(jié)束后，每升菌體營(yíng)養(yǎng)水中含9mL菌劑，每升菌體營(yíng)養(yǎng)水中含100mg生物炭，菌體營(yíng)養(yǎng)水的成分如下:胰蛋白胨12.0g/L，酵母提取物8.0g/L，氯化鈉8.0g/L,KNO3L 5g/L,MgSO4L 5g/L,KH2P042.5g/L，檸檬酸鈉 5.2g/L ;同時(shí)曝氣 5 小時(shí)，曝氣量為 40L/h，曝氣開始后酵母菌屬開始分解菌體營(yíng)養(yǎng)水中的有機(jī)物質(zhì)，該有機(jī)物質(zhì)為酵母菌屬生長(zhǎng)提供所需能源，降解過程中產(chǎn)生C02，CH4以及曝氣過程中沒有完全利用的氧氣上升進(jìn)入三相分離器，從第一出氣口、第二出氣口排出，酵母菌屬生長(zhǎng)階段溫度保持在25°C ；
[0054]2)曝氣結(jié)束后，關(guān)閉布?xì)庀到y(tǒng)與好氧布水支路上的好氧進(jìn)水泵，靜置8分鐘進(jìn)行酵母菌屬絮狀體的沉降，沉降結(jié)束后，開啟出水管上的電磁閥進(jìn)行出水5分鐘，懸浮區(qū)上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3L/h ；
[0055]3)出水結(jié)束后，關(guān)閉出水管上的電磁閥，靜置24分鐘閑置排出多余的氧氣，開啟厭氧布水支路上的厭氧進(jìn)水泵，向反應(yīng)器內(nèi)通入含亞硒酸鹽的水溶液，含亞硒酸鹽的水溶液于厭氧進(jìn)水箱通過厭氧進(jìn)水總管、厭氧進(jìn)水支管從反應(yīng)器本體的底部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，控制含亞硒酸鹽的水溶液的進(jìn)水流速為3L/h，進(jìn)水時(shí)間5分鐘，
[0056]4)含亞硒酸鹽的水溶液進(jìn)水結(jié)束后，關(guān)閉厭氧布水支路上的厭氧進(jìn)水泵，開始厭氧5小時(shí)進(jìn)行納米硒的制備，納米硒的制備期間保持排氣口閥門的關(guān)閉，防止氧氣進(jìn)入，溫度保持在25±3°C，
[0057]5)納米硒的制備階段結(jié)束后，靜置8分鐘進(jìn)行納米硒的沉降，沉降結(jié)束后，開啟出水管上的電磁閥進(jìn)行出水5分鐘，排出厭氧階段的廢水，懸浮區(qū)上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3L/h，打開排泥口排出沉淀的菌體，然后離心、用雙蒸水和無水乙醇洗滌，得到紅色單質(zhì)納米硒。含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質(zhì)量濃度為36mol/L。所述的亞硒酸鹽為亞硒酸鈉。
[0058]實(shí)施例5
[0059]利用實(shí)施例1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器進(jìn)行制備納米硒的方法，包括步驟如下:
[0060]I)酵母菌屬生長(zhǎng)階段:反應(yīng)器運(yùn)行前，將酵母菌屬液體菌劑加入到反應(yīng)器本體內(nèi)菌體床區(qū)，同時(shí)添加生物炭粉末，生物炭粉末的添加量？開啟布?xì)庀到y(tǒng)與好氧布水支路上的好氧進(jìn)水泵，向反應(yīng)器內(nèi)通過菌體營(yíng)養(yǎng)水，菌體營(yíng)養(yǎng)水于好氧進(jìn)水箱通過好氧進(jìn)水總管、好氧進(jìn)水支管從反應(yīng)器本體的底部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，控制菌體營(yíng)養(yǎng)水的進(jìn)水流速為6L/h，進(jìn)水時(shí)間:10分鐘，進(jìn)水結(jié)束后，每升菌體營(yíng)養(yǎng)水中含1mL菌劑，每升菌體營(yíng)養(yǎng)水中含1500mg生物炭菌體營(yíng)養(yǎng)水的成分如下:胰蛋白胨15.0g/L，酵母提取物10.0g/L，氯化鈉10.0g/L,ΚΝ032.0g/L, MgS042.0g/L, KH2P043.0g/L,檸檬酸鈉 5.2g/L ;同時(shí)曝氣 5.5 小時(shí)，曝氣量為80L/h，曝氣開始后酵母菌屬開始分解菌體營(yíng)養(yǎng)水中的有機(jī)物質(zhì)，該有機(jī)物質(zhì)為酵母菌屬生長(zhǎng)提供所需能源，降解過程中產(chǎn)生C02，CH4以及曝氣過程中沒有完全利用的氧氣上升進(jìn)入三相分離器，從第一出氣口、第二出氣口排出，酵母菌屬生長(zhǎng)階段溫度保持在28°C ；
[0061]2)曝氣結(jié)束后，關(guān)閉布?xì)庀到y(tǒng)與好氧布水支路上的好氧進(jìn)水泵，靜置10分鐘進(jìn)行酵母菌屬絮狀體的沉降，沉降結(jié)束后，開啟出水管上的電磁閥進(jìn)行出水10分鐘，懸浮區(qū)上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速6L/h ；
[0062]3)出水結(jié)束后，關(guān)閉出水管上的電磁閥,靜置60分鐘閑置排出多余的氧氣，開啟厭氧布水支路上的厭氧進(jìn)水泵，向反應(yīng)器內(nèi)通入含亞硒酸鹽的水溶液，含亞硒酸鹽的水溶液于厭氧進(jìn)水箱通過厭氧進(jìn)水總管、厭氧進(jìn)水支管從反應(yīng)器本體的底部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，控制含亞硒酸鹽的水溶液的進(jìn)水流速為6L/h，進(jìn)水時(shí)間10分鐘，
[0063]4)含亞硒酸鹽的水溶液進(jìn)水結(jié)束后，關(guān)閉厭氧布水支路上的厭氧進(jìn)水泵，開始厭氧5.5小時(shí)進(jìn)行納米硒的制備，納米硒的制備期間保持排氣口閥門的關(guān)閉，防止氧氣進(jìn)入，溫度保持在28 °C，
[0064]5)納米硒的制備階段結(jié)束后，靜置10分鐘進(jìn)行納米硒的沉降，沉降結(jié)束后，開啟出水管上的電磁閥進(jìn)行出水10分鐘，排出厭氧階段的廢水，懸浮區(qū)上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速6L/h，打開排泥口排出沉淀的菌體，然后離心、用雙蒸水和無水乙醇洗滌，得到紅色單質(zhì)納米硒。含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質(zhì)量濃度為40mol/L。所述的亞硒酸鹽為亞硒酸鉀。
【權(quán)利要求】
1.一種制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，包括反應(yīng)器本體和頂蓋，所述的反應(yīng)器本體為圓柱桶形，反應(yīng)器本體內(nèi)部自下而上分為菌體床區(qū)和懸浮區(qū)，懸浮區(qū)中心上部設(shè)置有三相分離器，三相分離器由兩塊傾斜擋板構(gòu)成，兩傾斜擋板的頂部固定在頂蓋上，在懸浮區(qū)上部的反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)置有第一出氣口，在懸浮區(qū)上部的反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)有出水口，出水口通過出水管連接有出水箱，第一出氣口與出水口位于相對(duì)的兩側(cè)；位于菌體床區(qū)的反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)有排泥口，在反應(yīng)器本體的底部設(shè)置有布水系統(tǒng)和布?xì)庀到y(tǒng)，所述的布水系統(tǒng)分為厭氧布水支路和好氧布水支路，厭氧布水支路包括厭氧進(jìn)水總管、厭氧進(jìn)水支管和厭氧進(jìn)水箱，進(jìn)水總管與厭氧進(jìn)水支管相連，厭氧進(jìn)水支管與反應(yīng)器本體底部的厭氧進(jìn)水口連通，厭氧進(jìn)水總管與厭氧進(jìn)水箱連接；好氧布水支路包括好氧進(jìn)水總管、好氧進(jìn)水支管和好氧進(jìn)水箱，好氧進(jìn)水總管與好氧進(jìn)水支管相連，好氧氧進(jìn)水支管與反應(yīng)器本體底部的好氧進(jìn)水口連通，好氧進(jìn)水總管與好氧進(jìn)水箱連接；所述的布?xì)庀到y(tǒng)包括曝氣頭，曝氣頭設(shè)置在反應(yīng)器本體的底部，曝氣頭通過管路與空氣壓縮機(jī)連接，在反應(yīng)器本體外設(shè)置有微電腦，微電腦控制厭氧布水支路、好氧布水支路的進(jìn)水，空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣及出水管出水的工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，其特征在于，所述的好氧進(jìn)水箱中盛納菌體生長(zhǎng)需要的菌體營(yíng)養(yǎng)水，厭氧進(jìn)水箱中盛納含亞硒酸鹽的水溶液，菌體營(yíng)養(yǎng)水的成分如下:胰蛋白胨10.0-15.08/1，酵母提取物5.0-10.08凡，氯化鈉5.0-10.0^/1,謂0^1.0-2.0^/1,1叻041 0-2.0^/1,狃2？042丨 0-3.0^/1,檸檬酸鈉 5.2^/1。含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質(zhì)量濃度為36-40001/1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，其特征在于，三相分離器的兩塊傾斜擋板位于懸浮區(qū)上部并將懸浮區(qū)上部分為左部排氣區(qū)、中部排氣區(qū)和右部排水區(qū)三個(gè)區(qū)域，兩塊傾斜擋板呈截頭卩形，兩傾斜擋板之間的夾角為30?60。，每塊傾斜擋板與頂蓋所在的平面之間的夾角為60。?80。，第一出氣口設(shè)置在左部排氣區(qū)的反應(yīng)器本體側(cè)壁上，在頂蓋的一側(cè)設(shè)置有第二出氣口，第二出氣口與中部排氣區(qū)連通，第一出氣口和第二出氣口共同連接集氣室，在頂蓋的頂部設(shè)置有出氣管，出氣管與中部排氣區(qū)連通，出氣管連接有水封罐，水封罐呈圓柱狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，其特征在于，排泥口位于距反應(yīng)器本體底部3?10(3111處，排泥口通過排泥管連接有排泥池，排泥池連接有循環(huán)管，循環(huán)管的端部穿過反應(yīng)器本體的頂蓋延伸至反應(yīng)器本體內(nèi)的懸浮區(qū)，在循環(huán)管的管路上設(shè)置有循環(huán)泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，其特征在于，所述的好氧進(jìn)水口為3?6個(gè)，好氧進(jìn)水支管的數(shù)量與好氧進(jìn)水口相匹配，好氧進(jìn)水支管共同連接好氧進(jìn)水總管；所述的厭氧進(jìn)水口為3?6個(gè)，厭氧進(jìn)水支管的數(shù)量與厭氧進(jìn)水口相匹配，厭氧進(jìn)水支管共同連接厭氧進(jìn)水總管；曝氣頭設(shè)置在反應(yīng)器本體底部的中心位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，其特征在于，所述的好氧進(jìn)水口為4個(gè)，厭氧進(jìn)水口為4個(gè)，4個(gè)好氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈長(zhǎng)方形分布在曝氣頭周圍；4個(gè)厭氧進(jìn)水口以曝氣頭為中心呈菱形分布在曝氣頭周圍，厭氧進(jìn)水口設(shè)置在兩相鄰的好氧進(jìn)水口之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，其特征在于，在出水管上設(shè)置有電磁閥，電磁閥控制出水的開啟和關(guān)閉，在好氧進(jìn)水總管的管路上設(shè)置有好氧進(jìn)水泵，在好氧進(jìn)水總管的管路上設(shè)置有好氧進(jìn)水泵，在厭氧進(jìn)水總管的管路上設(shè)置有厭氧進(jìn)水泵，微電腦對(duì)電磁閥、好氧進(jìn)水泵、厭氧進(jìn)水泵以及空氣壓縮機(jī)的開關(guān)進(jìn)行控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器，其特征在于，出水口位于距離頂蓋10?20(^位置處，反應(yīng)器本體為有機(jī)玻璃殼體，反應(yīng)器本體的有效容積為1-101，高度為 0.5-5111。
9.利用權(quán)利要求1所述的制備納米硒的好氧-厭氧間歇曝氣反應(yīng)器進(jìn)行制備納米硒的方法，包括步驟如下: 1)酵母菌屬生長(zhǎng)階段:反應(yīng)器運(yùn)行前，將酵母菌屬液體菌劑加入到反應(yīng)器本體內(nèi)菌體床區(qū)，同時(shí)添加生物炭粉末，開啟布?xì)庀到y(tǒng)與好氧布水支路上的好氧進(jìn)水泵，向反應(yīng)器內(nèi)通過菌體營(yíng)養(yǎng)水，菌體營(yíng)養(yǎng)水于好氧進(jìn)水箱通過好氧進(jìn)水總管、好氧進(jìn)水支管從反應(yīng)器本體的底部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，控制菌體營(yíng)養(yǎng)水的進(jìn)水流速為3-61711，進(jìn)水時(shí)間:5-10分鐘，進(jìn)水結(jié)束后，每升菌體營(yíng)養(yǎng)水中含9-104菌劑，每升菌體營(yíng)養(yǎng)水中含1000-1500呢生物炭，菌體營(yíng)養(yǎng)水的成分如下:胰蛋白胨10.0-15.08/1，酵母提取物5.0-10.08凡，氯化鈉5.0-10.0^/1,謂0山 0-2.0^/1,1叻041 0-2.0^/1,狃2？042丨 0-3.0^/1,檸檬酸鈉 5.2^/1 ；同時(shí)曝氣 5-5.5 小時(shí)，曝氣量為40-801711，曝氣開始后酵母菌屬開始分解菌體營(yíng)養(yǎng)水中的有機(jī)物質(zhì)，該有機(jī)物質(zhì)為酵母菌屬生長(zhǎng)提供所需能源，降解過程中產(chǎn)生⑶2，0??！4以及曝氣過程中沒有完全利用的氧氣上升進(jìn)入三相分離器，從第一出氣口、第二出氣口排出，酵母菌屬生長(zhǎng)階段溫度保持在25±3。〇； 2)曝氣結(jié)束后，關(guān)閉布?xì)庀到y(tǒng)與好氧布水支路上的好氧進(jìn)水泵，靜置8-10分鐘進(jìn)行酵母菌屬絮狀體的沉降，沉降結(jié)束后，開啟出水管上的電磁閥進(jìn)行出水5-10分鐘，懸浮區(qū)上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3-61711 ； 3)出水結(jié)束后，關(guān)閉出水管上的電磁閥，靜置24-60分鐘閑置排出多余的氧氣，開啟厭氧布水支路上的厭氧進(jìn)水泵，向反應(yīng)器內(nèi)通入含亞硒酸鹽的水溶液，含亞硒酸鹽的水溶液于厭氧進(jìn)水箱通過厭氧進(jìn)水總管、厭氧進(jìn)水支管從反應(yīng)器本體的底部進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，控制含亞硒酸鹽的水溶液的進(jìn)水流速為3-61711，進(jìn)水時(shí)間5-10分鐘， 4)含亞硒酸鹽的水溶液進(jìn)水結(jié)束后，關(guān)閉厭氧布水支路上的厭氧進(jìn)水泵，開始厭氧5-5.5小時(shí)進(jìn)行納米硒的制備，納米硒的制備期間保持排氣口閥門的關(guān)閉，防止氧氣進(jìn)入，溫度保持在25 ±31， 5)納米硒的制備階段結(jié)束后，靜置8-10分鐘進(jìn)行納米硒的沉降，沉降結(jié)束后，開啟出水管上的電磁閥進(jìn)行出水5-10分鐘，排出厭氧階段的廢水，懸浮區(qū)上部的清液通過出水口流至出水箱中，控制出水流速流速3-61711，打開排泥口排出沉淀的菌體，然后離心、用雙蒸水和無水乙醇洗滌，得到紅色單質(zhì)納米硒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備納米硒的方法，其特征在于，含亞硒酸鹽的水溶液中亞硒酸鹽的質(zhì)量濃度為36-4011101/1，所述的亞硒酸鹽為亞硒酸鈉或亞硒酸鉀。步驟5)洗滌后去除紅色單質(zhì)納米硒的產(chǎn)物通過循環(huán)泵泵入反應(yīng)器本體內(nèi)進(jìn)行循環(huán)利用。
【文檔編號(hào)】C12M1/04GK104312899SQ201410502881
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】孫雪菲, 郭寧, 王曙光 申請(qǐng)人:山東大學(xué)