本發(fā)明涉及一種培養(yǎng)微生物的方法及裝置，特別涉及一種培養(yǎng)適用于污水處理的微生物的方法及裝置。

背景技術：

目前污水處理技術中普遍缺乏對難降解有機污染物、可生化性比較差的污水的處理手段，原因在于目前使用的污水處理技術普遍是氧化溝技術和A/O2技術，這些技術在微生物使用中主要從經(jīng)濟角度考慮，利用活性污泥法提高可生化性，并利用活性污泥中的微生物進行生化處理，而活性污泥中的微生物主要是土著菌群，對污染物的氧化降解能力比較弱，因此現(xiàn)行的污水處理技術污水凈化程度不高。

利用工程微生物替代活性污泥中的土著微生物菌群是非常好的思路，但是工程微生物使用成本比較高，如果使用中混入了少量的土著微生物菌群，將破壞工程微生物的作用，并很快將工程微生物改造成土著微生物菌群，使工程微生物失效，如此需要不斷投入工程微生物，從而增大污水處理成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種利用光能轉換快速培養(yǎng)微生物的方法及裝置，可以實現(xiàn)微生物的高效、快速培育，有利于將工程微生物在諸如污水處理方面的應用。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括：提供一種利用光能轉換快速培養(yǎng)微生物的方法，其包括：將水和高能氧微氣泡混合，提前完成有機物、微生物與水及活性氧的充分混合；采用裝設有光催化劑的透明容器來容納微生物、有機物與水及活性氧的混合液體；采用光催化劑將光照提供的光能轉換為化學能，供有機物分解用，分解的有機物為微生物的生長提供養(yǎng)分；以及采用光催化劑將光照提供的光能轉換為生物能，供微生物生長用。

在一些實施例中，使所述透明容器采用濾網(wǎng)為載體，所述光催化劑為涂敷在濾網(wǎng)上面的半導體光催化劑經(jīng)過低溫固化而成；其中，所述濾網(wǎng)為圓筒形，或者多層圓片形式，可以保證水流順利通過。

在一些實施例中，使有機物、微生物與水及活性氧的混合液體在流入該透明容器時形成射流，以實現(xiàn)對該混合液體的攪拌。

在一些實施例中，使光源位于該透明容器的中央，并使該透明容器裝設在其內(nèi)表面為反射面的箱體外殼中。

在一些實施例中，所述微生物為核質(zhì)紅線菌群和核質(zhì)腐敗菌群的工程微生物。

在一些實施例中，所述光催化劑為二氧化鈦、四氧化三鐵或二氧化鎵。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案還包括：提供一種利用光能轉換快速培養(yǎng)微生物的裝置，其包括：曝氣池，用于將水和高能氧微氣泡混合，提前完成有機物、微生物與水及活性氧的充分混合；裝設有光催化劑的透明容器，用于容納微生物、有機物與水及活性氧的混合液體，利用光催化劑將光照提供的光能轉換為化學能來供有機物分解用，并利用光催化劑將光照提供的光能轉換為生物能來供微生物生長用，分解的有機物為微生物的生長提供養(yǎng)分；以及高能氧微氣泡發(fā)生器，用于從該透明容器抽取清水并向該曝氣池中輸入高能氧微氣泡。

在一些實施例中，所述透明容器采用濾網(wǎng)為載體，所述光催化劑為涂敷在濾網(wǎng)上面的半導體光催化劑經(jīng)過低溫固化而成；其中，所述濾網(wǎng)為圓筒形，或者多層圓片形式，可以保證水流順利通過。

在一些實施例中，還包括：位于該透明容器的中央的光源；以及箱體外殼，用于裝設該透明容器，其內(nèi)表面為反射面。

在一些實施例中，還包括：加熱單元，用于保證水溫不低于設定溫度。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的利用光能轉換快速培養(yǎng)微生物的方法及裝置，通過巧妙地將有機物、微生物與水及活性氧的充分混合，再利用光催化劑將光能轉換為化學能供有機物分解用，分解的有機物為微生物的生長提供養(yǎng)分，并且利用光催化劑將光能轉換為生物能來供微生物生長用，可以實現(xiàn)微生物的高效、快速培育，有利于將工程微生物在諸如污水處理方面的應用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用光能轉換快速培養(yǎng)微生物的方法的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明利用光能轉換快速培養(yǎng)微生物的裝置的結構示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)結合附圖，對本發(fā)明的較佳實施例作詳細說明。

在進行光催化污染物降解實驗過程中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，半導體光催化劑在光照作用下，當光的波長為8—14微米，即環(huán)境溫度約39—42℃條件下，可以將高分子污染物氧化降解成小分子、生化性極強的有機污染物。與此同時，在加入了少量的工程微生物之后，經(jīng)過2個小時時間，工程微生物出現(xiàn)了倍增現(xiàn)象，投入工程微生物（主要是核質(zhì)紅線菌和核質(zhì)腐敗菌）濃度為200萬個/ml，2小時后工程微生物濃度超過了3000萬個/ml；保持狀態(tài)3—4天后發(fā)現(xiàn)，工程微生物濃度超過了50億個/ml，而且沒有任何轉化為土著微生物菌群的跡象，仍然保持工程微生物的性態(tài)。

將這種光催化培養(yǎng)的工程微生物投入污水處理生化池中，投放濃度為3000萬個/ml原液，投放量為3kg原液/1T污水，經(jīng)過4個小時生化處理后，經(jīng)過二沉池沉淀下來的污泥減少了70%，凈化后的污水濃度大幅度降低，COD （化學需氧量，Chemical Oxygen Demand）從原來的90—120mg/L降低到50—70mg/L，排放水的色度接近于無色。

進一步技術分析確定，半導體光催化劑可以將光能轉型，如同太陽能光伏發(fā)電將光能轉化為電能一樣，光催化劑可以將光能轉化為化學能并作用于大分子有機污染物中（通過光催化劑分解高分子有機污染物確定），也可以將光能轉化為微生物生長所需的生物能（類光合作用）（通過光催化劑促進微生物倍增作用確定）。而高分子污染物被光催化劑分解后的小分子有機污染物則成為微生物繁育生長的營養(yǎng)體，在保持充足的活性溶解氧供應和足夠的光照條件下，一方面能快速分解大分子有機污染物，另一方面喜光好氧微生物（核質(zhì)紅線菌和核質(zhì)腐敗菌）快速繁育倍增。定量測試表明，微生物倍增效果隨時間、高分子有機污染物輸入量、活性溶解氧供應量、光照強度以及光催化劑的種類產(chǎn)生變化，2小時的微生物倍增效率最高可達30倍，2天的微生物倍增效率最高可達3000倍。

本發(fā)明使用的工程微生物為核質(zhì)紅線菌群和核質(zhì)腐敗菌群，菌群特點為喜光、喜氧、喜食污染物，繁育效率高、活性強。使用的光催化劑為二氧化鈦、四氧化三鐵、二氧化鎵等。

本發(fā)明中，工程微生物的使用量為污水處理總量的百萬分之三（1T污水使用3g菌劑），使用成本不影響污水處理成本。

本發(fā)明方法，利用半導體光催化劑的能量轉換作用，在完成高分子污染物分解的同時，快速繁育工程微生物，創(chuàng)造極限微生物的生存環(huán)境，提高微生物對污染物的作用。

本發(fā)明裝置，整體是半導體光催化作用培養(yǎng)箱，包括光催化劑篩網(wǎng)、光照系統(tǒng)、高分子有機污染物（一般使用污泥或植物液體）入口、高能氧微氣泡曝氣系統(tǒng)、微生物菌劑投放口等。

參見圖1，圖1為本發(fā)明利用光能轉換快速培養(yǎng)微生物的方法的流程示意圖。本發(fā)明方法大致包括以下幾個方面。一、工程微生物的倍增過程：111、工程微生物輸入至培育容器；112、提供光照；113、光照經(jīng)光催化劑轉換；114、提供生物能；115、獲取該生物能，微生物繁育；116、工程微生物倍增；117、倍增至設定程度，可以將工程微生物輸出。二、養(yǎng)分的供給過程：121、高分子有機物輸入；122、提供光照；123、光照經(jīng)光催化劑轉換；124、提供化學能；125、獲取該化學能，有機物分解；126、有機物轉換為小分子有機物，以供給工程微生物養(yǎng)分。三、氧氣的供給過程：131、高能氧微氣泡；132、曝氣，為工程微生物輸?shù)纳L提供必要的氧氣，為有機物分解提供必要的氧氣。值得一提的是，在本實施例中，步驟112的光照與步驟122的光照是采用同一光源實現(xiàn)，步驟113的光催化劑與步驟123的光催化劑是混在一起的，與前述的同一光源相配合。

參見圖2，圖2為本發(fā)明利用光能轉換快速培養(yǎng)微生物的裝置的結構示意圖。本發(fā)明裝置20包括：光源201，光催化劑202，連接管203，高分子有機物進入管204，高能氧微氣泡發(fā)生器205，曝氣池206，氧氣流量計208，富氧水輸入管209，箱體外殼210，透明筒體211，以及微生物排放口212。值得一提的是，在冬季使用時，可以在該裝置中加入蒸氣加熱或電加熱單元207，以提高裝置內(nèi)水溫達到15℃以上，保持微生物的活性和溶解氧的活性。

本發(fā)明裝置的工作原理大致包括：首先點亮光源201，箱體外殼210的內(nèi)表面采用鏡面材料制作，以反射光；將高分子有機物（消除了土著菌微生物的污泥或者植物液體材料）和工程微生物從高分子有機物進入管204輸入到高能氧微氣泡曝氣池206中；同時通過高能氧微氣泡發(fā)生器205通過連接管203從透明筒體211抽取清水，向曝氣池206中輸入高能氧微氣泡，輸入的氧氣量由氧氣流量計208計量；含有高分子有機物和工程微生物的富氧水經(jīng)過富氧水輸入管209進入透明筒體211中；在透明筒體211中，在光照的條件下，光催化劑202將光能轉化為化學能和生物能，高分子有機物在化學能和高能氧微氣泡的作用下快速氧化降解，少部分分解消除，大部分分解成小分子有機物，供應微生物繁育使用；工程微生物在生物能和高能氧微氣泡的作用下，從小分子有機物中吸收營養(yǎng)，快速繁育，形成工程微生物倍增效應；倍增工程微生物通過倍增微生物排放口212排放到指定的區(qū)域（如污水處理生化池）中，發(fā)揮微生物氧化降解作用。通過本發(fā)明裝置，可以快速得到倍增微生物。

本發(fā)明的利用光能轉換快速培養(yǎng)微生物的方法及裝置，通過巧妙地將有機物、微生物與水及活性氧的充分混合，再利用光催化劑將光能轉換為化學能供有機物分解用，分解的有機物為微生物的生長提供養(yǎng)分，并且利用光催化劑將光能轉換為生物能來供微生物生長用，可以實現(xiàn)微生物的高效、快速培育，有利于將工程微生物在諸如污水處理方面的應用。

應當理解的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制，對本領域技術人員來說，可以對上述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改和替換，都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。