CN102350256B - 微纳米泡发生装置及用该发生装置的发酵装置和发酵方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微纳米泡发生装置及用该发生装置的发酵装置，其发酵装置的发酵罐内设有微纳米泡发生装置，微纳米泡发生装置包括射流泵，微纳米泡发生装置具有由射流泵的喷嘴的进口构成的工作液体进口，微纳米泡发生装置还具有由射流泵的引射流体进口构成的进气口，射流泵的喉管与扩散管之间串设有粉碎室，粉碎室内设置有转动装配在粉碎室的室壁上的搅拌装置，发酵罐内还设置有出口与工作液体进口相连的加压泵，所述进气口与发酵罐外侧设置的气泵相连，进气口与气泵之间设置有气体净化器。本发明通过射流泵产生气泡并通过串设在喉管与扩散管之间的粉碎室内的搅拌装置将生成的气泡打碎使之成为细小的微纳米泡，以满足菌类培养的需要。

Description

微纳米泡发生装置及用该发生装置的发酵装置和发酵方法

技术领域

本发明涉及一种能产生微米级气泡和纳米级气泡的微纳米泡发生装置，同时本发明还涉及用该微纳米泡发生装置的发酵装置。

背景技术

在好氧深层培养中，氧气的供应往往是发酵能否成功的重要限制因素之一，因此，溶氧是需氧发酵控制最重要的参数之一。由于氧在水中的溶解度很小，纯氧在纯水中的溶解度为1.26mmol/l；含在空气中的氧气在纯水中的溶解度为0.25mmol/l；含在空气中的氧气在发酵液中的溶解度更低，溶氧的大小对菌体生长和产物的形成及产量都会产生不同的影响。因此，需要不断的对发酵液通风和搅拌，才能满足不同发酵过程对氧的需求，但加大通气量和搅拌会引起过多泡沫，这种体积较大的气泡不会悬浮在发酵液中，他们会在发酵液中移动并冲到发酵液的表面并破裂，气泡的移动会对菌类产生冲击，造成菌类死亡。并且由于较大的气泡最终会逃离发酵液，从而造成氧气的浪费，无法增大发酵液中的含氧量。为了防止气泡产生，可以使用消泡剂，而消泡剂的使用又不利于氧的溶解。现有的发酵罐主要通过内循环方式的增加溶氧，主要是靠搅拌装置的搅拌桨来分散和打碎气泡，减小气泡的体积，使得气泡的上升速度降低甚至使得其可以悬浮在发酵液中，以便增加溶氧量，为了使得气泡的体积足够小，需要加快搅拌速度，但搅拌速度过高的话，搅拌桨就会对细胞造成损伤，同时搅拌装置的使用会增加传热负担。

现今的微生物发酵工程已逐渐趋于成熟，并在工业生产中创造出了巨大的经济效益。创立了划时代的发酵工业。现代微生物发酵工艺与我们民间延续了几千年的传统的发酵技术有着很大的不同，主要表现在；所使用的微生物是经过选育的优良菌种并经过纯化，具有更强的生产能力；发酵条件的选用更加合理，并加以自动控制等条件，生产效率更高；生产规律模大，产品种类繁多。据估计，全球发酵产品的市场有120～130亿美元，其中抗生素占46％，氨基酸占16.3％，有机酸占13．2％，酶占10％，其它占14．5％。发酵产品市场的增大与发酵技术的进步分不开。现代生物技术的进展推动了发酵工业的发展，发酵工业的收率和纯度都比过去有了极大的提高。许多公司对发酵工艺进行了调整，从而降低了生产成本。如ADM（Archer Danie1s Mid1and）和Cargill公司在20世纪90年代初对其发酵装置进行改造，将以碳水化合物为原料的生产工艺改为以玉米粉为原料，从而降低了生产成本，ADM公司生产的赖氨酸成本比原先降低了一半。因此不断提高菌株活力、发酵水平、生化反应过程、分离纯化水平，依然是生物化工面临的课题。 

现在国内发酵工业尚存在许多问题，其中最为突出的就是生产技术上，工艺、设备不配套，上下游技术不配套，产物的收得率低。行业内企业间的生产水平相差悬殊，企业技术装备水平达到20世纪80年代以后国际先进水平的仅占20％～30％，多数处于20世纪60～70年代水平。我国虽然某些产品如柠檬酸、乳酸等发酵水平较高，但大多数产品的收率都低于国外，酶制剂的活力也明显低于国外，生化反应器和分离纯化技术更是落后国外15～20年。每年都要花费大量资金从国外进口生物反应器、细胞破碎机、分离纯化设备及分离介质、生物传感器和计算机监控设备。这跟我们基础研究薄弱，技术创新能力不强，企业的技术开发、技术吸收能力差，生产发展多数依靠传统的夕蜒型、粗放型扩大投资的增长模式，效益低、市场竞争力低。 改造传统发酵产品生产技术，不断提高发酵法产品的生产技术水平，开发生物反应器，提高我国生物化工产品分离和提纯技术，大规模开发生物化工装备等应首先提上议事日程。

现代发酵工业大多数是好气性发酵，好气性微生物的生长发育和代谢活动都需要消耗氧气，因为好气性微生物只有氧分子存在情况下才能完成生物氧化作用，因此供氧对需氧微生物是必不可少的，在生物反应过程中必须供给适量无菌空气，才能使菌体生长繁殖和积累所需要的代谢产物。需氧微生物的氧化酶系是存在于细胞内原生质中，因此在生物反应过程中，微生物只能利用溶解状态下的氧（最近有报道在气-液界处的微生物也能直接利用气相中的氧）。氧是很难溶解的气体，在25℃、100MPa下，空气中的氧在水中的溶解度0.25mmol/L。由于微生物不断消耗发酵液中的氧，而氧的溶解度很低，由于微生物在人工环境内比较集中，浓度大；另外在这种稠厚的培养液氧的溶解度比在水中更小，就必须采用强化供氧。

目前,在发酵工业上氧的利用率很低，因此提高传氧效率,就能大大降低空气消耗量,从而降低设备费和动力消耗,且减少泡沫形成和染菌的机会, 大大提高设备利用率。近年来，好气性发酵中氧的需求超过现有的生物反应设备的氧传递的能力，其后果是氧传递速率成为产量的限制因素。氧的供应不足可能引起生产菌种的不可弥补的损失或可能导致细胞代谢转向所不需的化合物的产生。

一般进行液体培养时，可通过增加液体与氧的接触面积或提高氧分压来提供溶氧速率，主要措施包括：①浅层液体培养；②利用往复式或旋转式摇床对三角瓶培养物作振荡培养；③在深层液体培养器的底部通入加压空气，并用气体分布器使其以小气泡形式均匀喷出；④对培养液进行机械搅拌，并在培养器的壁上设置阻挡装置。

现有的发酵装置大多采用以上的方法提供氧气用于发酵，主要装置包括：

机械搅拌通风发酵罐：其原理主要是（1）搅拌把大的空气气泡打成小气泡，增加了接触面积，而且小气泡的上升的速度要比大气泡慢，因此接触时间也增长。（2）搅拌使液体作涡流运动，使气泡不是直线上升而是做螺旋运动上升，延长了气泡的运动路线，即增加了气液的接触时间。（3）搅拌使发酵液呈湍流运动，从而减少了气泡周围液膜的厚度，减少液膜阻力，因而增大了kLa。（4）搅拌使菌体分散，避免结团，有利于固液传递过程中的接触面积增加，使推动力均一。但在发酵罐中进行搅拌容易对细胞产生剪切力，一定程度上对微生物的生长存在损害。

气升式发酵罐：其原理主要是将无菌空气通过喷孔以一定速度喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用使气泡碎裂，同时形成的气液混合物由于密度较低向上运动，而发酵液则向下运动，形成循环流动，实现混合。其优势在于无搅拌传动设备，节约动力，操作简便，减少杂菌感染。缺点在于若培养液粘度较大时，由于气泡在液体中阻力大而气升式仅用喷射来提供动力，很难实现气液混匀，融氧系数低。

发酵过程产生的泡沫会带来多种危害，如降低生产能力、引起原料浪费、影响菌呼吸、引起染菌等。泡沫的产生通常与通气和搅拌的强烈程度相关，通气量越大、搅拌越强烈泡沫越多。在发酵前期由于培养基营养成分消耗少，培养基成分丰富，易起泡，因此应先开较小的通气量，再逐步加大。而通气量过小又限制了培养基的融氧，不利于微生物的生长。目前，一般是采用在基础料中加入消泡剂的方法除泡，此方法虽然可以消除气泡，但是，消泡剂会影响溶氧量，并且，在收获菌类时还需要提取菌类将消泡剂分离出来，使发酵过程更加复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳米泡发生装置，已经解决现有技术中在向发酵液中通气增氧时因产生较大的气泡而造成的菌类死亡以及发酵液的溶氧率低的问题。同时本发明的目的还在于提供用该发生装置的发酵装置和发酵方法。

为实现上述目的，本发明的微纳米泡发生装置采用如下技术方案：一种微纳米泡发生装置，包括射流泵，所述微纳米泡发生装置具有由射流泵的喷嘴的进口构成的工作液体进口，微纳米泡发生装置还具有由射流泵的引射流体进口构成的进气口，所述射流泵的喉管与扩散管之间串联设置有粉碎室，粉碎室内设置有转动装配在粉碎室的室壁上的搅拌装置。 

所述的粉碎室与扩散管之间串设有一段混合管，混合管具有波纹管段。

所述的混合管为具有一个折弯的弯管。

所述的射流泵的扩散管的出口处封设有具有泄流孔的粉碎板。

所述喷嘴的出口直接与喉管的一端连通，所述进气口设置在喉管上。

本发明的用微纳米泡发生装置的发酵装置采用如下技术方案：

一种用微纳米泡发生装置的发酵装置，包括发酵罐，发酵罐内设置有微纳米泡发生装置，微纳米泡发生装置包括射流泵，微纳米泡发生装置具有由射流泵的喷嘴的进口构成的工作液体进口，微纳米泡发生装置还具有由射流泵的引射流体进口构成的进气口，所述射流泵的喉管与扩散管之间串联设置有粉碎室，粉碎室内设置有转动装配在粉碎室的室壁上的搅拌装置，发酵罐内还设置有出口与工作液体进口相连的加压泵，所述进气口与发酵罐外侧设置的气泵相连，进气口与气泵之间设置有气体净化器。

所述的粉碎室与扩散管之间串设有一段具有一个折弯的混合管，混合管具有波纹管段。

所述的射流泵的扩散管的出口处封设有具有泄流孔的粉碎板。

本发明的发酵方法采用如下技术方案：

一种发酵方法，该方法包括向设置有微纳米泡发生装置的发酵设备中配置培养基，然后灭菌、冷却、接入菌种。

所述微纳米泡发生装置具有由射流泵的喷嘴的进口构成的工作液体进口，微纳米泡发生装置还具有由射流泵的引射流体进口构成的进气口，所述射流泵的喉管与扩散管之间串联设置有粉碎室，粉碎室内设置有转动装配在粉碎室的室壁上的搅拌装置，将微纳米泡发生装置的工作液体进口与发酵设备中设置的加压泵的进口连通，同时将微纳米泡发生装置的进气口与发酵设备外侧设置的气泵连通，同时在进气口与气泵之间设置上气体净化器。 

所述的粉碎室与扩散管之间串设有一段具有一个折弯的混合管，混合管具有波纹管段。

所述的射流泵的扩散管的出口处封设有具有泄流孔的粉碎板。

当本发明的用微纳米泡发生装置的发酵装置的微纳米泡发生装置的工作液体进口中进入高压液体时，由喷嘴中喷出的射流会将由气体进口中进入气体吸入，液体与气体在喉管中混合形成气泡，混合流体在流经粉碎室时气泡会被搅拌装置打碎形成细小的微纳米泡，微纳米泡随液体经扩散管流出微纳米泡发生装置进入发酵装置。微纳米泡具有上升速度慢的特性。直径1mm的气泡在水中上的升速度为6 m / min，而直径10μm的气泡在水中的上升速度为3mm/min，后者是前者的1/2000。微纳米泡能增加自身的压力，通常微纳米泡内部的压力远远大于外界液体的压力，可以增加气泡内的气体溶解到水中的速度，并会出现气泡溶解消失的现象。相对于微纳米泡的体积，其比表面积非常大，具有超常的气体溶解能力。直径10微米的气泡同直径1mm的气泡相比，考虑气泡内部压力及比表面积的效果，前者的气体溶解能力为后者的100倍，如果考虑气泡的上升速度的影响，直径10微米的气泡在理论上有20万倍于直径1mm气泡的气体溶解能力。采用微纳米泡发生装置向发酵罐中添加微纳米泡有效的解决了现有中在向发酵液中通气增氧时因产生较大的气泡而造成的菌类死亡以及发酵液的溶氧率低的问题。

本发明的微纳米泡发生装置的粉碎室与扩散管之间串设有一段具有波纹管端的混合管，来自粉碎室的携带有气泡的液体被波纹管管壁上波纹阻碍，液体的搅动加剧，构成水气混合的增强结构，气、液流体被波纹管的波纹状管壁剪切、分割，气液流中的气体和液体会因冲击、碰撞而充分混合，从而让气泡变得更加微小。

本发明的微纳米泡发生装置的波纹管为弯管，气液流在具有转弯的波纹管中流动时会产生反射，使得气液流中气泡在撞击中变得更加细小。

本发明的微纳米泡发生装置的射流泵的扩散管的出口处封设有具有泄流孔的粉碎板，在粉碎板的作用下，气液流中的气泡在泄流孔中流动时会受到剪切而变得更加细小。

附图说明

图1是本发明的用微纳米泡发生装置的发酵装置的结构示意图；

图2是本发明的微纳米泡发生装置的结构示意图。

具体实施方式

一种用微纳米泡发生装置的发酵装置的实施例，在图1、图2中，包括发酵罐12，发酵罐12的内腔中设置有微纳米泡发生装置6，纳米气泡发生装置包括一个射流泵，射流泵的喷嘴10的进口构成微纳米泡发生装置的工作液体进口，喷嘴10的出口与喉管11的一端直接相连，喉管11上设置有引射流体进口，引射流体进口即为微纳米泡发生装置的进气口9。喉管11的另一端与扩散管7连通，喉管11与扩散管7之间串联设置有一个粉碎室13，粉碎室13的内腔中设置有搅拌装置14，这里的搅拌装置即为现有的搅拌装置，搅拌装置通过转轴转动装配在粉碎室13的室壁上，搅拌装置14的搅拌扇叶位于粉碎室13内。

在粉碎室13与扩散管7之间串设有一段混合管8，混合管8的一端与粉碎室13连通，另一端与扩散管7连通，混合管8为具有一个折弯的弯管，混合管8的折弯为90度的折弯，混合管8具有一端波纹管段，波纹管段处于混合管的靠近扩散管7的一端。

扩散管7的出口处设置有一个粉碎板（图中未示出），粉碎板将扩散管7的出口封上了，粉碎板上具有容许扩散管7中的气液流体流出去的泄流孔。

微纳米泡发生装置6设置在一个壳体内，喷嘴10的进口、微纳米气泡发生装置的进气口9以及扩散管7的出口均伸出壳体之外。喷嘴10的进口与加压泵4的出口相连，加压泵设置在发酵罐12内，加压泵4将来自发酵罐12内的液体加压并送入喷嘴10内。微纳米泡发生装置的进气口9通过发酵罐12的上端设置的转接气口5与气泵1相连。气泵1的出口与转接气口5之间设置有气体净化器2，气泵的出口与气体净化器2的出口相连，气体净化器2的出口与过滤器3的进口相连， 过滤器3的出口与转接器口相连。扩散管7的出口伸出壳体并处在发酵罐12的内腔中。

一种用微纳米泡发生装置的实施例，在图2中结合图1，本实施例中的微纳米泡发生装置6即为上述用微纳米泡发生装置的发酵装置的实施例中的微纳米泡发生装置，本实施例中的微纳米泡发生装置包括一个射流泵，射流泵的喷嘴10的进口构成微纳米泡发生装置的工作液体进口，喷嘴10的出口与喉管11的一端直接相连，喉管11上设置有引射流体进口，引射流体进口即为微纳米泡发生装置的进气口9。喉管11的另一端与扩散管7连通，喉管11与扩散管7之间串联设置有一个粉碎室13，粉碎室13的内腔中设置有搅拌装置14，这里的搅拌装置即为现有的搅拌装置，搅拌装置通过转轴转动装配在粉碎室13的室壁上，搅拌装置14的搅拌扇叶位于粉碎室13内。

在粉碎室13与扩散管7之间串设有一段混合管8，混合管8的一端与粉碎室13连通，另一端与扩散管7连通，混合管8为具有一个折弯的弯管，混合管8的折弯为90度的折弯，混合管8具有一端波纹管段，波纹管段处于混合管的靠近扩散管7的一端。

扩散管7的出口处设置有一个粉碎板（图中未示出），粉碎板将扩散管7的出口封上了，粉碎板上具有容许扩散管7中的气液流体流出去的泄流孔。

以上实施例中的射流泵的喷嘴的出口直接与喉管的一端连通，射流泵的引射流体进口设置在喉管，其射流泵也可以像基本的射流泵那样设置一个混合室，使得喷嘴的出口伸入混合室中并将引射流体进口设置在混合室上，喉管的一端与混合室连通，让喷嘴的出口通过混合室与喉管的一端连通。

上述实施例中的微纳米泡发生装置主要是利用射流原理来产生微纳米泡的。来自加压泵的高压液体由喷嘴中喷出形成射流将来自气泵的气体吸入，气液两相在喉管中混合，气体以处于液体中的气泡形式存在，来自喉管中气液流进入粉碎室，在粉碎室的搅拌装置的作用下，液体内的大气泡被打碎形成小气泡。气液流继续向前流动进入混合管，由于混合管为弯管，气液流会在弯管中形成反射，来来回回的在混合管中流动，流动过程中摩擦力和剪切力会将气液流中的气泡剪切得更小。另外，混合管靠近扩散管的一端为波纹管，波纹管对气液流的挡止阻碍作用也会将气泡变得更加细微，流出波纹管的气液流经过扩散管由粉碎板的泄流孔流出微纳米泡发生装置并进入发酵罐，使得发酵罐中充满微纳米级的气泡，这些气泡会给养殖在发酵罐中的菌类提供充足的氧气。并且这些气泡的体积较小，上升速度很小甚至不会上升而是直接悬浮在液体中，这样这些气泡就不会产生影响菌类生存的剪切力，并且气泡的上升速度小或是没有上升速度，使得气泡在液体中的存在时间很长，可以充分的保证气泡内的氧气溶于液体。

一种发酵方法的实施例，结合图1和图2，该发酵方法包括如下步骤：首先是向设置了微纳米泡发生装置的发酵设备中配置培养基，然后对培养基进行灭菌操作，灭菌技术为现有技术，这里可以采用通常使用的高温灭菌技术，在确定菌类的含量到培养标准后，对培养基进行冷却，冷却到合适的温度后，向培养基中添加适量的菌种，然后进入发酵程序，在发酵过程中，通过微纳米泡发生装置产生微纳米泡，产生的气泡会充满培养基，为所要培养的微生物提供充足的氧气。

本实施例中使用的微纳米泡发生装置包括一个射流泵，射流泵的喷嘴10的进口构成微纳米泡发生装置的工作液体进口，喷嘴10的出口与喉管11的一端直接相连，喉管11上设置有引射流体进口，引射流体进口即为微纳米泡发生装置的进气口9。喉管11的另一端与扩散管7连通，喉管11与扩散管7之间串联设置有一个粉碎室13，粉碎室13的内腔中设置有搅拌装置14，这里的搅拌装置即为现有的搅拌装置，搅拌装置通过转轴转动装配在粉碎室13的室壁上，搅拌装置14的搅拌扇叶位于粉碎室13内。

在粉碎室13与扩散管7之间串设有一段混合管8，混合管8的一端与粉碎室13连通，另一端与扩散管7连通，混合管8为具有一个折弯的弯管，混合管8的折弯为90度的折弯，混合管8具有一端波纹管段，波纹管段处于混合管的靠近扩散管7的一端。

扩散管7的出口处设置有一个粉碎板（图中未示出），粉碎板将扩散管7的出口封上了，粉碎板上具有容许扩散管7中的气液流体流出去的泄流孔。

以上实施例中的射流泵的喷嘴的出口直接与喉管的一端连通，射流泵的引射流体进口设置在喉管，其射流泵也可以像基本的射流泵那样设置一个混合室，使得喷嘴的出口伸入混合室中并将引射流体进口设置在混合室上，喉管的一端与混合室连通，让喷嘴的出口通过混合室与喉管的一端连通。

在发酵过程中，将微纳米泡发生装置的工作液体进口与发酵设备中设置的加压泵的进口连通，同时将微纳米泡发生装置的进气口与发酵设备外侧设置的气泵连通，同时在进气口与气泵之间设置上气体净化器，这样，微纳米泡发生装置就会工作长生微纳米泡。

本实施例中的微纳米泡发生装置为一种特定的微纳米发生装置，也可以采用现有技术中的微纳米泡发生装置来产生气泡。目前，微纳米泡已成功应用于工业废水的处理中。利用微纳米泡的超强的气体溶解能力可以用于设计新型MBR的曝气系统及各种高浓度化工废水处理设备的开发。

在日本宫城县的某食品加工厂,日排水量在200-300t/日,COD为2500-

2800mg/L, SS为300-400mg/L,水中油份(N-H)约为800mg/L,采用臭氧微纳米泡曝气法处理后，BOD及COD均下降至10mg/L以下，出水水质透明，接近清水。与原来的活性污泥法相比，污泥产量降低，并且减少了臭气产生，虽然增加了臭氧发生器的电量消耗，但由于微纳米泡的臭氧利用率提高（80%以上），与减少的污泥处理量的处理成本相比，仍具有相当大的优势。

在制造纤维的含有PVA的化工排水处理中，由于自身PVA难分解的化学品，直接使用生物法处理也比较困难。通常利用铁粉和过氧化水的芬顿法来进行处理，处理成本高，并且生成的污泥中含有大量铁，不利于后续处理，在实验室中将PVA加入蒸馏水同时使用微纳米泡进行曝气，经2小时后测得TOC去除量为30%以上，利用工厂的原水（TOC为1200mg）进行微纳米泡曝气实验，经40小时后可将TOC降至原水的1/10，并且，可通过增大臭氧的浓度来缩短处理时间。臭氧、紫外线、微纳米泡的协同作用，单独处理时，可对高难度的有机废水起到强氧化作用，对废水的COD、色度等进行降解；也可作为废水的预处理和深度处理，其处理后的废水更容易生化处理或其它的物化絮凝处理，在废水的中水回用和达标排放都有很好的作用。可以广泛用于：制药化工废水、垃圾渗透液、食品及皮革废水等的预处理和深度处理，油田灌注水、工业冷却循环水的消毒灭菌的处理。作为废水的预处理将极大改善后段处理如：生化处理、絮凝沉淀处理的效果，作为深度处理可以提高废水排放、中水回用等指标。

此外，微纳米泡还可以用于水果清洗、工业清洗、造纸、美容洗浴、禽畜养殖除臭、空气除臭、垃圾填埋场后处理、医疗灭菌消毒等多领域中。

使用在上述领域中的微纳米泡发生装置均可以应用在本实施例的发酵方法中。

现有技术中的微纳米泡发生装置按产生微纳米泡的原理分为如下几种：

与现有技术相比，上述实施例中的微纳米泡发生装置是利用射流动态切割与气液加压喷射来产生微纳米泡的，首先通过对气液分别加压活化动能，然后通过气液射流混合增强结构混匀并反射撞击切割，最后利用乱流间作用力形成微纳米泡。上述实施例中的微纳米泡发生装置的气体溶解效率高、结构简单易控、气泡形成可调、气泡直径0-80 um，能产生的气泡的直径小、氧气利用率根据纳米与微纳米泡含量可调范围20%-80%，调节范围广。

发酵工业中融氧依靠气泡与发酵液混合释放氧气完成。一般将气泡分为三种：1、通常的泡（气泡）在水中上升，因此在表面“砰”的一声裂开消失。2、微泡是直径在50微米以下的微细气泡，在水中缩小，直至最后消失（完全溶解）。3、纳米泡是比微泡更小的泡，直径在数100nm以下（例如直径为100nm-200nm），是可以始终在水中存在的泡。微纳米泡是上诉微泡和纳米泡的混合泡。将微纳米泡应用到发酵工业中可以良好的解决融氧及泡沫产生问题，有利于微生物的生长及发酵的产率。

微纳米泡所具有的减少浮力、增加表面积、增大气泡表面活性、生成局部高压场以及实现静电极化而产生的表面活性作用等特性，在众多领域都有良好的应用前景。微纳米泡具有上升速度慢的效果，气泡直径1mm的气泡在水中上升的速度为6 m / min，而直径10μm的气泡在水中的上升速度为3mm/min，后者是前者的1/2000。微纳米泡具有自身增压的效果。通常微纳米泡内部的压力远远大于外界液体的压力，可以将更多的气泡内的气体溶解到水中，并伴随有自身溶解消失的现象。相对于微纳米泡的体积，其比表面积非常大，具有超常的气体溶解能力。直径10微米的气泡同直径1mm的气泡相比，考虑气泡内部压力及比表面积的效果，前者的气体溶解能力为后者的100倍，如果考虑气泡的上升速度的影响，理论上有20万倍的气体溶解能力。

目前的一些实验表明，微纳米泡有别于一般气泡，它自身有刺激促进生物成长的特性。但又有别于一般的气体溶解水，比如碳酸水、氨水这些属于利用气体溶解改变水的物理化学特性的所产生的气体机能水，表现出更强的功能性。另外，微米、纳米气泡本身极小，具有众所周知的超强的气体溶解效果之外，其气泡的衰减期也非常低，即，微米，纳米气泡可以长时间滞留于水中的特点，可以边消耗边补充水中氧气或其他参与反应的气体，具有缓释效果，气泡中承载的氧气、臭氧等气体在水中可以被充分利用。微纳米泡不像通常的泡上升到水面后破裂，而是具有持续维持在水中的特征，在一实验例中，微米泡在水中维持的时间为3分钟到4分钟左右，纳米泡在水中维持1个月之久。因此微纳米泡具有使水中的溶解氧提高、并维持的功能。例如，在生物处理装置的曝气槽中，通过使水中的溶解氧提高并进行维持，可以实现曝气槽中的节能。

所以将微纳米泡应用在发酵行业具有深远的意义。

Claims (11)

1.一种微纳米泡发生装置，包括射流泵，其特征在于：所述微纳米泡发生装置具有由射流泵的喷嘴的进口构成的工作液体进口，微纳米泡发生装置还具有由射流泵的引射流体进口构成的进气口，所述射流泵的喉管与扩散管之间串联设置有粉碎室，粉碎室内设置有转动装配在粉碎室的室壁上的搅拌装置。

2.根据权利要求1所述的微纳米泡发生装置，其特征在于：所述的粉碎室与扩散管之间串设有一段混合管，混合管具有波纹管段。

3.根据权利要求2所述的微纳米泡发生装置，其特征在于：所述的混合管为具有一个折弯的弯管。

4.根据权利要求1或2或3所述的微纳米泡发生装置，其特征在于：所述的射流泵的扩散管的出口处封设有具有泄流孔的粉碎板。

5.根据权利要求4所述的微纳米泡发生装置，其特征在于：所述喷嘴的出口直接与喉管的一端连通，所述进气口设置在喉管上。

6.一种用微纳米泡发生装置的发酵装置，包括发酵罐，其特征在于：发酵罐内设置有微纳米泡发生装置，微纳米泡发生装置包括射流泵，微纳米泡发生装置具有由射流泵的喷嘴的进口构成的工作液体进口，微纳米泡发生装置还具有由射流泵的引射流体进口构成的进气口，所述射流泵的喉管与扩散管之间串联设置有粉碎室，粉碎室内设置有转动装配在粉碎室的室壁上的搅拌装置，发酵罐内还设置有出口与工作液体进口相连的加压泵，所述进气口与发酵罐外侧设置的气泵相连，进气口与气泵之间设置有气体净化器。

7.根据权利要求6所述的用微纳米泡发生装置的发酵装置，其特征在于：所述的粉碎室与扩散管之间串设有一段具有一个折弯的混合管，混合管具有波纹管段。

8.根据权利要求6或7所述的用微纳米泡发生装置的发酵装置，其特征在于：所述的射流泵的扩散管的出口处封设有具有泄流孔的粉碎板。

9.一种发酵方法，其特征在于：该方法包括向设置有微纳米泡发生装置的发酵设备中配置培养基，然后灭菌、冷却、接入菌种，所述微纳米泡发生装置具有由射流泵的喷嘴的进口构成的工作液体进口，微纳米泡发生装置还具有由射流泵的引射流体进口构成的进气口，所述射流泵的喉管与扩散管之间串联设置有粉碎室，粉碎室内设置有转动装配在粉碎室的室壁上的搅拌装置，将微纳米泡发生装置的工作液体进口与发酵设备中设置的加压泵的进口连通，同时将微纳米泡发生装置的进气口与发酵设备外侧设置的气泵连通，同时在进气口与气泵之间设置上气体净化器。

10.根据权利要求9所述的发酵方法，其特征在于：所述的粉碎室与扩散管之间串设有一段具有一个折弯的混合管，混合管具有波纹管段。

11.根据权利要求9或10所述的发酵方法，其特征在于：所述的射流泵的扩散管的出口处封设有具有泄流孔的粉碎板。

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