CN100345773C - 改进了比表面积、生物亲和性及流动性的生物膜载体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种填充于食品或医药品的生产、废水处理的微生物培养槽内部的生物膜载体，其是将涂布有陶瓷粉末、附着粒状陶瓷或者混合在其内部的海绵状微生物接触材料插入坚固合成树脂容器中制得的比表面积和亲和性增大、比重被调节、流动性优良的流动状生物膜载体，同时也提供一种在具备固定装置和设置装置的容器内部插入陶瓷载体，可简便地设置于反应槽中的固定状生物膜载体，它们除了用作生物膜载体以外，也多用作处理有害气体洗净塔等的填充材料。
Description
本申请是2002年6月12日提交的中国专利申请No.02123234.2的分案申请。
技术领域
本发明涉及生产食品或医药品、处理废水的微生物培养槽的生物膜载体，更详细讲是关于改善比表面积和生物亲和性及流动性的流动状生物膜载体，以及提高耐久性、易设置的固定状生物膜载体。
背景技术
将多种原材料的物质加工成大比表面积的形状，用作生物膜载体，其中常使用的微生物载体有：将合成树脂丝加工成纤毛状或者刷帚状的微生物载体，和通过气泡互通的发泡树脂制成的海绵状的微生物载体。
但是设置为纤维状的传统方式由于在加工成地板的纤维状载体顶部折叠、缝制而形成的设置口插入圆棒，在反应槽设计成固定状，造成加工、设置及增设困难。阻碍反应液的混合、内部装置的修理，尤其是附着增殖微生物，不能忍耐增加的自重，与圆棒接触部分的载体被剪切破坏，在耐久性方面存在严重问题。
上述海绵状载体其自身的强度和耐久性小，切成小粒径的正六面体形态，投入到反应槽中，易磨耗，而且由于反应液的流动，在偏向反应槽的流出口一侧不能顺利流动。在填充了海绵状载体的反应槽中，为使载体分布均匀，使用气升泵强制循环，需要大量动力，而且在机械性循环过程中会更加增大磨耗率，代表性的例子有德国企业开发的Linpor Process。
为改进这些问题，申请人开发并且商业化的流动状生物膜载体由于将大比表面积、孔隙率的纤维状微生物接触材料插到坚固网状的合成树脂容器内部，构成生物膜载体，无需浮在水面上就可在反应槽内部顺利流动，为此，其内部在插入大比重陶瓷而组成的生物膜载体的加权平均比重要调节到与反应液的比重类似。
上述流动状生物膜载体在反应中反应槽中能顺利流动，也有利于生物膜的增殖。但是，为了调节比重，载体的内部需要内装小比表面积的块状陶瓷，陶瓷自身几乎不能提供能使微生物附着增殖的有效孔隙和表面积，仅作为比重调节手段起作用，导致减少相当于陶瓷插入量的反应槽容量。作为解决方法，在上述纤维内部或者上述容器内部混入陶瓷粉末，为此，人们讨论了将混入陶瓷粉末的合成树脂抽丝或注射方法，在细小纤维中混入陶瓷粉末就会降低剪切及拉伸强度，易被剪断，混入陶瓷的容器与外部其它载体或反应槽的壁面冲突，产生的问题是易被割断、磨耗。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供比表面积和生物亲和性得到改善、且比重被调节的流动状生物膜载体，和耐久性以及设置方法得到改进的固定状的生物膜载体。
为达成上述目的的流动状生物膜载体的构成是在坚固网状的合成树脂容器内插入纤维状微生物接触材料，该材料是在无毒而且生物亲和性尽量大的合成树脂纤维丝的表面涂布陶瓷粉末，或者附着粒状陶瓷，将其制成大比表面积和孔隙率的形状，或使其重叠而成。
在此，上述陶瓷为粉末或不规则形态的粒状，因此与块状相比较，比表面积极大，只要附着在合成树脂丝的表面，合成树脂丝的表面就形成不规则突起，变得粗糙，从而增大比表面积，由于陶瓷的特性，纤维状的微生物接触材料的生物亲和性得到改善，而且比重增大。
上述纤维状微生物接触材料是多种丝线构成的，既是在已经形成丝线、织造布、非织造布、刷帚、纤毛的织造布状的纤维状上交织多根丝线而形成的，或者连接几种丝线，重叠成中空状的多种丝线而成。将非织造布等重叠多层，构成材料时，为使非织造布之间也能顺利通过水流和气泡，生物膜能附着增殖，要在其中插入吸管似的孔隙材料，形成所述材料。
此外，本发明也包含下述方法，先用合成树脂构成纤维状的微生物接触材料，在构成上述纤维状的微生物接触材料的合成树脂表面涂布或附着陶瓷。
组配完成后，为使上述生物膜载体在反应槽中顺利流动，希望其比重和反应液的比重类似，如果调节附着在上述纤维状微生物接触材料上的陶瓷比重和附着量，根据结合完毕后各种原材料的重量和体积，加权平均的湿比重要调节到和反应液的比重类似。
上述网状容器有圆筒形、多角形、正六面体等，在其形态方面并无限制，但是从流动性和由于冲突产生的耐磨耗性方面考虑，优选圆筒形。
为了解决传统方式海绵状微生物接触材料的诸多问题，本发明在无毒、生物亲和性高的合成树脂中混合陶瓷粉末或者粒状陶瓷，通过发泡使孔隙互通，增大比表面积和孔隙率，比重也得到增大，将这样的海绵状微生物接触材料插入坚固网状的合成树脂容器中，构成生物膜载体，为使其在反应槽中顺利流动，调节其比重，通过调节陶瓷的比重和混合量，即可调节所得载体的比重。
由上述海绵状微生物接触材料而产生的流动性生物膜载体由于在坚固容器内部受到耐久性小的海绵状微生物接触材料的保护，降低磨耗程度，如果在容器内部大量填充小尺寸海绵状微生物接触材料，其内部也不被厌氧化，载体的尺寸和流动性增大，解决了LinporProcess中需要用升气泵在内部强制循环的问题。海绵状的构造是在多种方向上络合，与微细纤维不同，在其内部混合陶瓷粉末也不会被切断或破损。
本发明也包括在已经发泡的刷帚状生物膜接触材料表面附着陶瓷粉末或者粒状陶瓷。
此外，在本发明中，人们也考虑了即使不添加陶瓷，也能方便调节生物膜载体比重的方法。将无毒、生物亲和性大的合成树脂纤维丝构成的纤维状接触材料插入坚固网状合成树脂容器，构成生物膜载体，为使上述生物膜载体在反应槽中顺利流动，假如上述合成树脂丝或上述合成树脂容器中的任一种是大比重的聚氨酯、聚氯乙烯、PVDC(偏二氯乙烯)等材质构成，另一种是小比重的聚乙烯、聚丙烯、尼龙等构成，组合后载体的加权平均比重可简便地调节至和反应液的比重类似，使其在反应液中顺利流动。
该方法也适用于海绵状微生物接触材料，发泡无毒、亲和性大的合成树脂，使其内部孔隙互通，这样的海绵状微生物接触材料插入坚固网状合成树脂容器，组成生物膜载体，为使上述生物膜载体在反应槽中顺利流动，上述海绵状微生物接触材料和上述合成树脂容器中的任一种为大比重的聚氨酯、聚氯乙烯、PVDC等材质构成，另一种采用小比重的聚乙烯、聚丙烯、尼龙等构成，组合后载体的加权平均比重可方便地调节至在水中顺利流动。
为了改善传统方式固定状的耐久性及繁琐的设置、增设方法，在本发明中采用大比表面积、孔隙率的形状织造无毒、生物亲和性大的合成树脂纤维丝，或者重叠，构成多种形状的纤维状微生物接触材料，将其放入坚固网状的合成树脂内部，该合成树脂具备两种组配装置，其一是将微生物接触材料容纳于内部，不使其脱离的固定装置，其二是组配后的固定状载体设置在反应槽内部一定位置的固定装置，上述微生物接触材料采用不使其脱离到上述容器外部的组配装置进行固定，构成载体单元，通过上述容器具备的固定装置，将上述载体单元放置在反应槽内部一定的位置，构成固定状生物膜载体。
即本发明提供一种固定状生物膜载体，其是通过将无毒合成树脂纤维丝进行织造或使其重叠而构成的纤维状微生物接触材料放至备有组配装置和固定装置的坚固网状合成树脂容器内部，其中上述微生物接触材料由上述组配装置固定而构成载体单元，并通过上述容器备有的固定装置，将上述载体单元设置在反应槽内部中预定的位置；而且在微生物接触材料的上述合成树脂纤维丝的表面涂布陶瓷粉末或附着粒状的陶瓷，增大比表面积和生物亲和性。
设置上述固定状的生物膜载体的具体方法是：采用上述载体单元具备的固定装置，在细长圆形或方形的材料上固定一种以上的上述载体单元，上述固定材料上备有台阶或悬挂架，即使不对反应槽的反应液抽水，也可竖立在反应槽的底部，或从反应槽的上部进行悬挂，设置在反应槽内的一定位置上。
另外在本发明中，将构成上述固定状的生物膜载体放于容器内部的上述微生物接触材料可使用海绵状微生物接触材料，该海绵状微生物接触材料是先将无毒、生物亲和性好的合成树脂发泡，使其孔隙互通，增大比表面积和孔隙率的。在上述微生物接触材料的表面涂布陶瓷，增大其比表面积，改善生物亲和性。
假如构成上述纤维状微生物接触材料的纤维的截面采用比圆形的薄，而且狭长的带状纤维构成，就会增大其比表面积。尤其是将这样的带状纤维制成螺旋状，则比表面积会更大，可以大幅度增加微生物附着增殖的表面积。
附图说明
图1：本发明中流动状生物膜载体的概念图
图2：本发明中固定状载体单元的概念图
图3：本发明中固定状载体单元的斜视图
图4：本发明中固定状生物膜载体的设置截面图
具体实施方式
下面基于附图详细叙述本发明的优选实施例。
图1是涉及本发明的流动状生物膜载体概念图，微生物接触材料1插入网状容器2的内部，构成载体的截面图。
此处的上述微生物接触材料是指表面涂布陶瓷粉末或附着粒状陶瓷的纤维状，或者是其内部混合陶瓷的海绵状，水流、气泡可在上述容器顺利流通的坚固网状合成树脂容器。只要是网状，并且能顺利流动的形状，可以是任一种形态，为了顺利流动，优选圆球形的容器。
不在上述微生物接触材料上附着或混合陶瓷，由大比重的聚氨酯、聚氯乙烯、PVDC等材质构成，上述容器由比重小的聚乙烯、聚丙烯、尼龙构成，组配后，比重可调节至和反应液类似。当然，降低上述微生物接触材料的比重，上述容器的比重用大材料构成时也可调节比重。
图2是本发明固定状生物膜载体的截面图，将纤维状或海绵状微生物接触材料1收放在固定在其内部具备组配装置3a、3b及设在反应槽内部的固定装置4的坚固网状合成树脂容器2a、2b内部，上述微生物接触材料用上述组配装置固定，不使其脱离上述容器的外部，从而构成固定状载体。通过热融合，固定上述组配装置，结合两个容器，这是极一般的装置，该过程繁琐，需要追加费用，导致不经济。
图2A是关于木地板、在由网状构成的容器2a中插入微生物接触材料1，用针状固定装置3a固定的实施例。图2B是关于木地板、由网状构成，针状固定装置3b在其自身突出的容器2b内部插入微生物接触材料1，同一形态的容器2b旋转180°，直接结合的实施例。据图2B的实施例，由一种模具注射的容器就可放置微生物载体，使其两面受到坚固的保护，是一种组配容易、模型制作费用减少、无需其它部件的容器，易于在库管理。
构成上述固定状生物膜载体的微生物接触材料只要有利于微生物的附着增殖，刷帚状、海绵状或多孔性的陶瓷等任一种的材质和形态均可使用，并无限制，在上述纤维状微生物接触材料中也包括织造布或非织造布的一面或两面有合成树脂纤维突出，形成纤毛层的纤毛状。
在刷帚状或海绵状的表面涂布陶瓷粉末，可增大比表面积，改善生物亲和性，此时其为固定状，陶瓷的附着与为流动而进行的比重调节毫无关系。
图3表示由图2B所得固定状载体单元的整体形状的斜视图。
图4表示本发明中固定状生物膜载体设置方法的截面图，采用固定装置4，将一种以上的上述载体单元10固定在细长圆棒7等构造材上，上述材料有台阶6，反应液即使不用抽水，也可立于反应槽的底部，由于具有悬挂架5，可在反应槽的上部悬挂，设置在反应槽内部的一定位置。
本发明的上述固定状生物膜载体中，上述容器不局限于实施例那样的形态，只要易于反应液的流通和微生物接触材料的收放，其形态并无限制，只要是能与上述结构的材料结合，固定装置并无特别限制。
如上所述，在本发明中比表面积和生物亲和性增大、比重可调节、流动性得到改善的流动状生物膜载体在反应槽中易于设置及增设，可增殖大量的微生物，因而反应效率高，耐久性增大，设置及组配简单的固定状生物膜载体的寿命是半永久性的，可用于生物性废水处理，也多用作除臭塔、吸收塔或除去有害气体的洗净塔的填充材料。
Claims (3)
1.一种固定状生物膜载体，其是通过将无毒合成树脂纤维丝进行织造或使其重叠而构成的纤维状微生物接触材料放至备有组配装置和固定装置的坚固网状合成树脂容器内部，其中上述微生物接触材料由上述组配装置固定而构成载体单元，并通过上述容器备有的固定装置，将上述载体单元设置在反应槽内部中预定的位置；而且在微生物接触材料的上述合成树脂纤维丝的表面涂布陶瓷粉末或附着粒状的陶瓷，增大比表面积和生物亲和性。
2.如权利要求1中记载的固定状生物膜载体，其中纤维状微生物接触材料是由在织造布或非织造布的表面突出的许多纤毛构成的纤毛状的纤维状微生物接触材料形成。
3.如权利要求1中记载的固定状生物膜载体，其特征在于，采用上述固定装置将一种以上的上述载体单元固定在圆棒状构造材上，在该构造材上设有台阶或悬挂架而将上述载体单元竖立在反应槽的底部，或悬挂在反应槽的上部。
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