[实用新型]一种检测电促生物反硝化脱氮过程中电子转移的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电促生物反硝化脱氮处理技术领域，具体涉及一种检测电促生物反硝化脱氮过程中电子转移的装置。

背景技术

近年来，电促生物强化技术作为一项新型水处理技术在反硝化脱氮方面已成为国内外研究的热点。目前这一技术的研究主要集中在基于提高去除效率的反应装置设计和不同因素影响脱氮效果的考察上，关于微生物与电极间的电子转移机理、微电场如何影响微生物活性及微生物分析等研究却相对较少。

现有研究发现：一方面，电极可以为一些微生物的呼吸提供电子，NO₃^-作为最终电子受体被微生物还原；另一方面，微生物通过呼吸代谢作用氧化降解有机化合物，可以将自身产生的电子传递给电极，从而生成有效电流。但电子从电极转移到微生物跟微生物细胞中的电子转移到电极这两个过程不能实现简单的逆转，故研究微生物和电极相互之间的电子转移具有重要的意义。

目前，国内外学者对微生物燃料电池的研究发现电子转移机理主要包括以下三个途径：利用细胞膜外表面的C-型细胞色素的直接电子转移，额外投加电子中介体发生的间接电子转移，通过微生物自身产生的“纳米导线”的电子转移。但现有关于微生物与电极间的相互电子转移机理主要集中在微生物燃料电池这一块，很少有关于电促生物强化系统(持续提供电源)中电子转移机理和来自于电极的电子与NO₃^-终端电子受体之间关系的研究，缺乏有效的机理研究装置和方法。

常见的生物膜反应器有平行板式反应器、阴阳分隔式反应器和圆筒式反应器，平行板式反应器的阴阳两极相互平行，阴阳分隔式反应器的阴极和阳极分别置入相连的反应器中，圆筒式反应器的圆筒为阴极，生物膜固定在其内表面上，阳极置入圆通中心。这几种反应器是废水处理中常用的反应器，均能对废水进行有效的脱氮，但是在其反应过程中，生物膜均过于分散，不能对反过程中电子的转移进行有效检测。

实用新型内容

本实用新型提供了一种检测电促生物反硝化脱氮过程中电子转移的装置，通过控制生物膜的挂膜面积可以有效的研究电促生物强化系统中微生物与电极间的电子转移情况。

一种检测电促生物反硝化脱氮过程中电子转移的装置，包括：

由下至上依次叠置的底座、阴极电极片和反应槽，所述反应槽带有注液腔，所述注液腔中插有阳极电极棒，所述注液腔底面设有通孔，所述通孔底部由所述阴极电极片封闭。

所述阳极电极棒优选为石墨棒，所述阴极电极片优选为石墨片，工作时，所述石墨棒和石墨片与电源的输出端连接，并串联一个电流检测仪或连接至电化学工作站，先向注液腔中注入含氮废水，确定基准电流，即当电流检测仪中检测出的电流值稳定时，向含氮废水中注射微生物，微生物由于重力的作用下落至通孔底部的石墨片上，反应过程中的电流变化通过电流检测仪实时监测，当电流值稳定后终止反应，检测废水中的水体指标，通过电流值变化与最终水体指标确定反应过程中的电子转移。

通孔的横截面积小于注液腔的横截面积，优选的，所述注液腔与通孔的横截面积比为1.5～5∶1，通孔的小横截面积有利于微生物在石墨片上形成小面积的生物膜，注液腔的较大空间有利于石墨棒的固定和营养液及微生物的添加。

阴极水平、阳极竖直，阴阳两极正交设置，使注射进去的微生物利用重力作用刚好落在水平石墨片上，这样微生物与阴极电极紧密接触、更容易在阴极上形成电极生物膜，大大地缩短了阴极的挂膜时间，并可以解决生物膜脱落等问题。由于通孔底部的面积确定且面积很小，可以使生物膜的面积确定且很小，这样整个电极生物膜产生的本底电流值较小，使电极与生物膜间相互作用导致的电子转移情况可以在电流检测仪或电化学工作站上明显反映出来，而不会存在微小电流变化被大的本底电流掩盖的情况。最后结合水质指标的分析结果，能够有效检测电子转移情况。本实用新型的装置轻巧方便、便于安装和卸载、不受场地影响，巧妙的结构设计使微生物与电极紧密接触，短时间内可以迅速挂膜，利于实验的进行。

优选地，所述通孔底部与所述阴极电极片接触处设有环绕所述通孔的密封垫圈。密封垫圈将通孔底部与石墨片接触处密封，防止反应液漏出。

所述阴阳两级电极相交设置，优选地，所述阳极电极棒垂直于所述阴极电极片。

优选地，所述阳极电极棒底端与所述阴极电极片之间的距离为5～30mm，更优选地，为8～20mm。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型的装置和方法可以有效、简便、快速地在线研究电促生物反硝化脱氮过程中的电子转移过程和速率；