CN203247269U - 生物反应模组 - Google Patents
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Abstract
一种生物反应模组，其包含一框架结构以提供一平面框或立体架构，以及一生物反应膜作为该平面框或立体架构的一表面，其中，该生物反应膜是一透气亲水膜且含有一第一微生物包埋于其中。该生物反应模组尤其适用于除氮处理，如用于水处理以移除氨氮污染物。
Description
技术领域
本实用新型是关于一种生物反应模组，尤其关于一种包含包埋（entrap）有微生物的生物反应膜的生物反应模组。
背景技术
利用微生物的生物活性进行各式反应，如食品发酵、酒类酿造等，已有广泛而久远的历史，近年来更应用于药品制造与污水处理等方面。基于经济或量产上的考量，一般期望能将微生物应用于较大规模的营运模式上，以于工厂设备或槽体中进行大量处理或制造。因此，基于实际应用上的需求，而有各式生物反应器的研究与开发。
生物反应器依其操作形式，可概分为搅拌槽型、充填型以及膜型等。搅拌槽型生物反应器又可分为批次式（batchwise）或连续式（continuous）。搅拌槽型生物反应器的特性为于反应过程中，反应物及产物是直接与微生物或酵素接触并混合，因此反应后须利用其它步骤将微生物或酵素自混合物中分离并不断补充以维持反应的效果。此外，连续式搅拌槽型生物反应器另需考虑在反应过程中微生物或酵素随反应的流体相流失的问题。基于上述原因，搅拌槽型生物反应器于使用上仍存在诸多限制。
充填型生物反应器是针对搅拌槽型生物反应器所做的一种改良生物反应器，其是经由担体结合法（例如共价键结合法、离子结合法及物理吸附法等）或截留法（例如格子型及微胶囊型），将 酵素或微生物固定于一介质中，再使反应所须的原料通过该结合有微生物或酵素的介质，以产生所要获得的产物。于充填型生物反应器中，由于微生物或酵素是经固定而不会于反应过程中流失，具有可重复利用性，且单位体积内活性物质的浓度及耐受性因此提高，故可增加反应效率，因而被运用于多项工业工艺（如异构糖的制造）中。然而，充填型生物反应器仍具有数种缺点，例如固定化技术的过程易导致微生物死亡或酵素失活而丧失反应性、反应速率较无法维持恒定、若介质中含有微粒时容易造成填充床堵塞等。因此，充填型生物反应器仍有待改进之处。
为改善充填型生物反应器的缺点，自1970年就开始了对膜型生物反应器的研究。膜型生物反应器主要可分为游离型及强制通过型二种。游离型膜反应器是综合搅拌槽型生物反应器与膜分离装置，其中，微生物或酵素与反应物是在反应器内保持游离状态而进行所要获得的反应，低分子量生成物则可通过该膜装置而自反应器的出料端收集。至于强制通过型膜生物反应器，则是将酵素固定于膜内，在加压下使反应物通过该膜而同时进行酵素反应，所得通过液就是成品。
尽管膜型生物反应器于反应效率及工艺操作上具有许多优点，但迄今仅尚无法有效地将微生物固定于反应膜上，故可实际应用的范畴仍然有限。因此，业界对于固定有微生物的膜型生物反应器，仍存在相当的需求。
本实用新型即针对上述需求所为的改良，提供一生物反应模组，其包含一固定有微生物的生物反应膜。
实用新型内容
本实用新型的一目的在于提供一种生物反应模组，其包含：
一框架结构，以提供一平面框或立体架构；以及
一生物反应膜，作为该平面框或立体架构的一表面，
其中，该生物反应膜是一透气亲水膜且含有一第一微生物包埋于其中。
本实用新型的另一目的在于提供一种生物反应模组，其包含：
一框架结构，以提供一立体架构；以及
二或多个表面，配合该立体架构而形成一封闭的容纳空间，
其中，该二或多个表面的至少一者是由一生物反应膜所构成，该生物反应膜是一透气亲水膜且含有一第一微生物包埋于其中。较佳地，该容纳空间中另存在一第二微生物。
本实用新型的有益效果在于，本实用新型的生物反应模组具有易于操作、易于维持系统稳定性、以及可提升反应速率等优点，故可广泛应用于各种生物反应的领域中。
本实用新型的详细技术及较佳实施方式，将描述于以下内容中，以供本实用新型所属领域具通常知识者据以明了本实用新型的特征。
附图说明
图1所示为本实用新型生物反应模组的一实施方式的示意图，其含有四边形平面框；
图2所示为本实用新型生物反应模组的框架结构的一实施方式示意图，其是一圆锥体架构；
图3所示为本实用新型生物反应模组的框架结构的一实施方式示意图，其是一圆柱体架构；
图4所示为本实用新型生物反应模组的框架结构的一实施方式示意图，其是一三角柱架构；
图5所示为本实用新型生物反应模组的框架结构的一实施方式示意图，其是一三角锥架构；
图6所示为本实用新型生物反应模组的框架结构的一实施方式示意图，其是一长方体架构；
图7所示为一测试生物反应膜的通透性的反应槽的透视示意图；
第8A图所示为于基质初始浓度为60毫克/升下，在不同褐藻胶含量的生物反应膜中的扩散系数的曲线图；
第8B图所示为于基质初始浓度为600毫克/升下，在不同褐藻胶含量的生物反应膜中的扩散系数的曲线图；
图9所示为一使用本实用新型生物反应模组的生物反应装置的透视前视图；
图10所示为分别使用本实用新型生物反应模组的一实施方式与ANAMMOX菌活性污泥的比反应速率的比较图；以及
图11A及图11B所示分别为于透气亲水膜中不含AOB菌的生物反应装置中，在氨氮初始浓度为25毫克/升下，溶氧浓度为1毫克/升与2毫克/升时的基质浓度变化曲线图。
图12A至图12D所示为使用本实用新型生物反应模组的一实施方式，于不同基质初始浓度下的基质浓度变化曲线图。
图13A至图13B所示分别为于透气亲水膜中含有AOB菌的本实用新型生物反应装置的一实施方式中，在氨氮初始浓度为60毫克/升下，溶氧浓度为1毫克/升与2毫克/升时的基质浓度变化曲线图。
【主要元件符号说明】
10生物反应模组 11四边形平面框
11A侧边 11B侧边
11C侧边 11D侧边
12生物反应膜 20圆锥体架构
21圆形框 22条状支架
30圆柱体架构 31A圆形框
31B圆形框 32条状支架
40三角柱架构 41A三角形框
41B三角形框 42条状支架
50三角锥架构 51三角形框
52条状支架 60长方体架构
61A长方形框 61B长方形框
62条状支架 70生物反应膜通透性测试反应槽
71槽体 72透气亲水膜
73pH值监测器 74溶氧量监测器
75温度控制器 100生物反应装置
110槽体 120生物反应模组
123长方体架构 124A透气层表面
124B透气层表面 125立体空间
200pH值监测器 300溶氧量监测器
400温度控制器。
具体实施方式
本实用新型是关于一种生物反应模组，包含一框架结构，以提供一平面框或一立体架构；以及一生物反应膜，作为该平面框或立体架构的一表面。其中，该生物反应膜是一透气亲水膜且一第一微生物包埋于其中。
于本实用新型的生物反应模组中，该框架结构所提供的平面框并无特殊限制，可为椭圆形框、圆形框或多边形框（如：三角形框、正方形框、长方形框或六边形框等）。举例言之，参考图1，显示本实用新型生物反应模组的一实施方式，其中，生物反应模组1包含一四边形平面框11以及一生物反应膜12，即，以生物反应膜12作为四边形平面框的表面。
此外，本实用新型的生物反应模组的平面框未必是一连续框， 可由多个部件（如：压条、夹具或其他固定件）组合而成。如图1所示，平面框11由侧边11A、11B、11C及11D所构成，围绕并固定生物反应膜12。该平面框亦可为可拆卸框，且当平面框以多个部件环绕组合而成时，各该部件亦视需要为可拆卸部件，以利于视需要更新生物反应膜。
本实用新型生物反应模组中的框架结构所提供的立体架构亦无特殊限制，只要可以定义出一立体空间即可。该立体空间可为例如正方体、长方体、圆锥体、圆柱体、多角锥或多角柱的规则形状，亦可为不规则形状。
举例言之，图2显示本实用新型生物反应模组的框架结构的一方式，所示框架结构是一圆锥体架构20，由一圆形框21与三或多根条状支架22所构成，从而定义出一圆锥体空间。其中，条状支架22可以各具不同长度。
图3显示本实用新型生物反应模组的框架结构的另一方式，所示框架结构是一圆柱体架构30，由二圆形框31A、31B与二或多根条状支架32所构成，从而定义出一圆柱体空间。其中，圆形框31A、31B未必是如图中所示的具相同尺寸者，亦可以具不同尺寸，且其中，条状支架32可以各具不同长度。
图4显示本实用新型生物反应模组的框架结构的又一方式，所示框架结构是一三角柱架构40，由二个三角形框41A、41B与三根条状支架42所构成，从而定义出一个三角柱空间。三角形框41A、41B未必是如图中所示的具相同尺寸者，亦可以具不同尺寸。 此外，条状支架42可以各具不同长度。
图5显示本实用新型生物反应模组的框架结构的再一方式，所示框架结构是一三角锥架构50，由一个三角框51与三根条状支架52所构成，以定义出一个三角锥空间，且其中，条状支架52可以各具不同长度。
图6显示本实用新型生物反应模组的框架结构的再一方式，所示框架结构是一长方体架构60，由二个长方形框61A、61B与四根条状支架62所构成，以定义出一个长方体空间。长方形框61A、61B未必是如图中所示的具相同尺寸者，亦可以具不同尺寸。此外，条状支架62可以各具不同长度。
于本实用新型的生物反应模组中，当所包含的框架结构形成一立体架构时，可以相同或不同的材料层提供二或多个表面，以配合该立体架构而形成一密闭的容纳空间，其前提为，该二或多个表面的至少一者由一生物反应膜所构成，其余表面则由相同或不同的生物反应性的透气或不透气层所构成。其中，该生物反应膜是一透气亲水膜且含有一第一微生物包埋于其中。同样地，可将立体架构中用以固定该生物反应膜的部份，设计为可拆卸的活动形式，以视需要更新该生物反应膜。此外，可视需要于该二或多个表面的至少一者上，设置一可开启的填料口，以视需要装填、补充物料至该容纳空间。
于本文中，所谓「密闭的容纳空间」，是指对于微生物或酵素等高分子物质而言，并无法通过该容纳空间的表面层而进出该容 纳空间，故其对于前述物质便形成一「密闭空间」，惟对于小分子、离子或气体等物质而言，仍可通过该透气亲水膜的孔隙而进出该容纳空间，故其对于这些小分子物质而言仍为一「开放空间」。因此，可于本实用新型的生物反应模组的容纳空间中，存在一或多种选自以下群组的具反应性物质：具催化活性的金属、酵素、以及不同于第一微生物的第二微生物，提升该生物反应模组的应用性。
根据本实用新型的生物反应模组，其框架结构的材质并无特别限制，惟应具有不易与欲处理的物质反应的特性。该等材质可为例如金属、聚合物或木材等材料。
本实用新型的生物反应膜，是一透气亲水膜，且含有一第一微生物包埋（entrap）于其中。较佳地，该透气亲水膜的材料包含以下群组之一或多者：洋菜胶、明胶、褐藻胶、鹿角菜胶（carrageenan）、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇、及聚乙二醇。其中聚乙烯醇因不具生物毒性、耐久度高、价钱便宜且易于取得，尤其适于制备本实用新型的透气亲水膜。
适用于本实用新型生物反应模组的透气亲水膜，依其厚度可为层状形式或薄膜状形式。较佳地，该透气亲水膜为薄膜状形式，如具有厚度0.5毫米至10毫米的薄膜，较佳为0.8毫米至3毫米，且可视需要而调整该透气亲水膜的厚度。
本实用新型所使用的固定有第一微生物的透气亲水膜，举例言之，可由包含如下步骤的方法制得：(a)于水中加入以下材料之 一或多者以提供一混合物：洋菜胶、明胶、褐藻胶、鹿角菜胶、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇以及聚乙二醇；(b)加热该混合物得一均匀溶液；(c)于该均匀溶液中加入一第一微生物；以及(d)将该含第一微生物的溶液注入一模具中，并以冷冻回温方式及/或浸置于硼酸溶液或盐类溶液（如：硝酸钠、氯化钙等）中等手段而成形。依所采用微生物的耐热性，可视需要于步骤(c)加入该第一微生物之前，先冷却该均匀溶液，以提供适于第一微生物的环境。
于本实用新型的生物反应模组中，该第一微生物并无特别的限制，可以为自营性微生物或异营性微生物、好氧菌、或厌氧菌等，端视生物反应模组的应用而定。举例言之，该第一微生物可以为选自以下群组之一或多者的菌属：亚硝酸菌属(Nitrosomonas)、亚硝化球菌属(Nitrosococcus)、亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)、亚硝化叶菌属（(Nitrosolobus)、亚硝化弧菌属(Nitrosovibrio)、硝化杆菌属(Nitrobacter)、硝化刺菌属(Nitrospina)、硝酸球菌属(Nitrococcus)、以及硝化螺旋菌属(Nitrospira)。
当使用本实用新型的生物反应模组于水处理以移除氨氮污染物时，该第一微生物可包含自营性好氧氨氧化菌（ammonia oxidizing bacteria，下文简称为「AOB菌」），例如，选自以下群组的AOB菌：普通亚硝酸菌(Nitrosomonas communis)、尿素亚硝酸菌(Nitrosomonas ureae)、河口亚硝酸菌(Nitrosomonas aestuarii)、海洋亚硝酸菌(Nitrosomonas marina)、硝化亚硝酸菌(Nitrosomonas nitrosa)、富营养亚硝酸菌(Nitrosomonas eutropha)、亚硝酸寡养菌 (Nitrosomonas oligotropha)、嗜盐亚硝酸菌(Nitrosomonas halophila)、亚硝基亚硝化球菌(Nitrosococcus nitrosus)、运动硝酸球菌(Nitrococcus mobilis)、海洋亚硝化球菌(Nitrosococcus oceani)、嗜盐亚硝化球菌(Nitrosococcus halophilus)、运动亚硝酸菌(Nitrosomonas mobilis)、多形亚硝化螺旋菌(Nitrosospira multiformis)、白里亚硝化螺旋菌(Nitrosospira briensis)、纤细亚硝化弧菌(Nitrosovibrio tenuis)、多形亚硝化叶菌(Nitrosolobus multiformis)、纤细硝化刺菌(Nitrospina gracilis)、海洋硝化螺旋菌(Nitrospira marina)、纤细亚硝化弧菌(Nitrosovibrio tenuis)、及前述的任意组合，以将氨氮氧化为亚硝酸盐。
于前述应用于水处理以移除氨氮污染物的方式中，可于第一微生物中同时含有AOB菌与亚硝酸盐氧化菌（nitrite oxidizing bacteria，下文简称为「NOB菌」）。从而，可通过AOB菌将氨氮氧化为亚硝酸盐（NO2 -），再经由NOB菌，将亚硝酸盐氧化成硝酸盐（NO3 -），完成如下的硝化反应（1）。其中，该NOB菌可以为例如选自以下群组之一或多者的菌属：Nitrobacter、Nitrospina、Nitrococcus、以及Nitrospira。
NH4 ++1.82O2+0.13CO2→
0.026C5H7O2N+0.97NO3 -+0.92H2O+1.97H+ （1）
于此，若所采用的本实用新型生物反应模组具有一封闭的容纳空间时，则可于容纳空间中另存在脱硝菌，作为第二微生物。如此，可通过第一微生物进行硝化反应，将氨氮污染物氧化成硝酸盐或亚硝酸盐，再于容纳空间内，通过第二微生物、在厌氧条 件下进行脱硝反应，将硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气（N2），再经由排出氮气而完成生物除氮过程。前述脱硝反应如下式（2）所示：
4NO3 -+5C+2H2O→CO2+4HCO3 -+2N2 （2）
其中，该脱硝菌可以为例如选自以下群组之一或多者：脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)、脱氮微球菌(Micrococcus denitrificans)、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、及假單孢菌(Pseudomonas)。
或者，于前述使用本实用新型的生物反应模组于污水处理以移除氨氮污染物的方式中，可于第一微生物中含有AOB菌但不含NOB菌，而于容纳空间中存在一种自营性厌氧氨氧化菌（anaerobic ammonium oxidizing bacteria，下文简称为「ANAMMOX菌」）作为第二微生物，以直接将亚硝酸盐及剩余的氨氮还原成氮气并排出，而达成除氮效果，如下式（3）所示：
NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→
1.02N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O （3）
其中，该ANAMMOX菌可以为例如选自以下群组者：待定厌氧氨氧化布罗卡地菌（Candidatus Brocadia anammoxidans）、待定荧光布罗卡地菌（Candidatus Brocadia fulgida）、待定斯图加特库氏菌（Candidatus Kuenenia stuttgartiensis）、待定布罗达氏菌阶梯烷菌（Candidatus Scalindua brodae）、待定伟格氏菌阶梯烷菌（Candidatus Scalindua wagneri）、待定黑海阶梯烷菌（Candidatus Scalindua sorokinii）、待定阿拉比卡阶梯烷菌（Candidatus Scalindua arabica）、待定亚洲杰特氏菌（Candidatus Jettenia asiatica）、待定丙酸厌氧氨氧化球菌（Candidatus Anammoxoglobus propionicus）、及前述的各项组合。
除上述废水处理的应用方式以外，可借助改变生物反应膜中的微生物种类，或改变视需要存在的密闭容纳空间中所视需要容纳的具活性物质种类，以进行不同反应，从而将本实用新型生物反应模组应用于其他用途，如食品发酵处理、药品制造等等。
兹以下列具体实施方式以进一步例示说明本实用新型。
[制作不含AOB菌的透气亲水膜]
于100克的水中加入约20克的聚乙烯醇及0至4克的褐藻胶，并置于加热板上加热溶解并持续搅拌，当溶液达到透明无色的程度时，再将其置于室温下冷却12小时。最后，将溶液注入一长30厘米、宽20厘米、高1毫米的盘内，再浸置于成形液（50%NaNO3）中使其硬化，即可制得厚度为1毫米的透气亲水膜，以无菌水冲洗数次，并浸泡于无菌食盐水中，保存于4℃的冰箱中备用。
[制作含AOB菌的透气亲水膜]
于100克的水中加入约20克的聚乙烯醇及0至4克的褐藻胶，并置于加热板上加热溶解并持续搅拌，当溶液达到透明无色的程度时，再将其置于室温下冷却12小时。接着，将含有约20重量%的AOB菌的菌液加入至溶液中，混合搅拌均匀后，将溶液注入一长30厘米、宽20厘米、高1毫米的盘内，再浸置于成形液（50%NaNO3）中使其硬化，即可制得厚度为1毫米的透气亲水膜，以无菌水冲洗数次，并浸泡于无菌食盐水中，保存于4℃的冰箱中 备用。
[测试透气亲水膜的通透性]
为测试透气亲水膜的基质通透性及传氧速率，设计一生物反应膜通透性测试反应槽如图7所示。其中，反应槽70具一槽体71，槽体71具一长30厘米、宽20厘米、高25厘米的长方体容纳空间，槽体中央则以面积为5厘米×5厘米的透气亲水膜72阻隔左（模拟废水进料侧）、右（通过侧）两侧的液体。利用自动化监测系统（包括pH值监测器73、溶氧量监测器74及温度控制器75等）以定时采样监测氨氮、硝酸盐及亚硝酸盐的变化情形。槽体71内的温度，可借助恒温水浴循环系统通过外层有机玻璃来控制，并以磁力搅拌器维持槽内呈均匀混合的状态。测试条件如表1所示，借助改变褐藻胶的含量来调整透气亲水膜72的孔径大小（使用扫描式电子显微镜观察），并计算及评估透气亲水膜72在低浓度（60毫克/升）或高浓度（600毫克/升）的基质（即，氨氮、硝酸盐及亚硝酸盐）的条件下的物质扩散系数与扩散机制。
表1
通透性测试结果显示于如下表2，透气层扩散系数的曲线图则显示于第8A图与第8B图。
表2
如表2显示，随着透气亲水膜中褐藻胶含量的增加（褐藻胶含量：0重量%、1重量%、2重量%、3重量%、4重量%），透气膜的孔径亦增加（1微米、2微米、3微米、4微米、5微米），且氨、亚硝酸盐及硝酸盐的扩散系数因而皆有上升的趋势（见图8A及图8B）。前述结果，说明褐藻胶可增加生物反应膜的通透性。
[建构用于污水处理的生物反应装置]
建构一组可用于移除污水中的氨氮的生物反应装置100，其结构透视前视图如图9所示。其中，槽体110具一长30厘米、宽20厘米、高25厘米的长方体容纳空间。于槽体110中置入3组生物反应模组120，即建构成生物反应装置100，另将自动化监测系统（包括如pH值监测器200、溶氧量监测器300及温度控制器400等）安装于生物反应装置100上。各生物反应模组120包含一长方体架构123、位于长方体架构123的左、右两侧的透气层表面124A与124B、以及由长方体架构123以及透气层表面124A与124B所环绕形成的立体空间125。
利用自动化监测系统，可即时监控生物反应装置中pH值、溶氧量、温度及氧化还原电位的变化。其中，酸液、碱液及氧气是由蠕动泵及空气泵供应，装置内温度可借助恒温水浴循环系统通过外层有机玻璃来控制，并以磁力搅拌器维持装置内呈均匀混合的状态。
[实施例1]
使用如图9所示的生物反应装置100，其中生物反应模组120的表面124A与124B是由不含AOB菌的透气亲水膜构成的，并于该等生物反应模组120的立体空间125中分别加入25毫升含ANAMMOX菌的活性污泥（包含待定厌氧氨氧化布罗卡地菌（Candidatus Brocadia anammoxidans）、待定荧光布罗卡地菌（Candidatus Brocadia fulgida）、待定斯图加特库氏菌（Candidatus Kuenenia stuttgartiensis）等，混合液悬浮固体浓度（MLSS为8000 毫克/升）。于生物反应装置100中加入1升培养基（含有1.25公克/升KHCO3、0.14公克/升(NH4)2SO4、0.182公克/升KNO2、0.1公克/升KH2PO4、0.1公克/升MgSO4、0.00625公克/升FeSO4及1.25毫升/升微量元素溶液）。改变该生物反应装置的初始的氨氮（NH4 +）与亚硝酸盐（NO2 -）的浓度比例（1：1、1：1.5及1：2）及溶氧浓度，维持装置内温度为35℃、pH值为7.8，并定时采样监测氨氮、硝酸盐及亚硝酸盐的变化情形，以分别测定该二生物反应装置的除氮效率。各批次试验的条件如下表3所示，试验组第1至3组的结果如表4及图10所示，而试验组第4及5组的结果如图11A及11B所示。
另外，重复上述试验组第1至3组的试验，惟所使用的生物反应装置100不含生物反应模组120，且是于生物反应装置120中加入上述培养基与含ANAMMOX菌的活性污泥，并维持反应槽内微生物浓度于200毫克/升。试验结果亦显示于表4及图10。
表3
表4
A：含ANOMMAX菌的活性污泥；C：生物反应装置100
如表4及图10显示，无论在何种氨氮与亚硝酸盐的浓度比例下，将含ANAMMOX菌的活性污泥装于生物反应模组120的立体空间125中，所提供的氨氮、亚硝酸盐及硝酸盐的比反应速率，皆较将活性污泥直接添加于生物反应装置120内的悬浮形式ANAMMOX菌为高，表示生物反应装置100的脱硝反应（厌氧氨氧化反应）效率明显高于悬浮形式的ANAMMOX菌。此可解释为因生物反应装置100将ANAMMOX菌局限于3组容积各为25毫升的生物反应模组120中，使混合液悬浮固体浓度（MLSS）维持于约8000毫克/升，为一般悬浮式ANAMMOX菌生物反应槽的40倍，故ANAMMOX菌于单位体积内的密度高，细胞间的联系及启动脱硝反应信息的扩散较容易且速度亦较快，因而大幅提升了反应速率。另一方面，已有文献指出ANAMMOX菌对可见光具高敏感性，其会降低ANAMMOX菌约30至50%的活性，而生物反应模组120的结构是经由左、右二侧的透气层表面124A与124B包覆，可见光不会直接照射到ANAMMOX菌，故其活性较不会受到可见光抑制。
此外，如图11A及11B所示，当生物反应装置100中含有溶 氧时，生物反应装置100的脱硝反应仅限于初期，而后因生物反应模组内溶氧量逐渐累积，使ANAMMOX菌的反应受到抑制，反应转为将氨氮及亚硝酸盐转化为硝酸盐，因此无法进一步降低含氮污水中的总氮量。此说明，于透气表面不含AOB菌、且容纳空间中含有ANAMMOX菌的生物反应模组，须于微氧环境下操作始能确保较佳的脱硝反应效率，否则ANAMMOX菌的脱硝作用会因受到氧气抑制而停止。
[实施例2]
实验装置的设置比照实施例1，但生物反应装置120的表面124A与124B是由含有AOB菌的透气亲水膜构成。以表5所示条件进行试验，其中第1至4试验组的试验结果显示于表6及图12A至图12D，而第5及6试验组的试验结果显示于图13A至图13B。
表5
表6
如表6及图12A至图12D显示，使用本实用新型同时含有第一微生物（AOB菌）与第二微生物（存在于污泥中的ANAMMOX菌）的生物反应模组，可有效地同时进行部分硝化作用及脱硝作用。其中，固定于透气层表面124A、124B上的AOB菌会先利用并消耗大气中扩散至生物反应装置100内部的氧气（或溶氧），将部分氨氮氧化成亚硝酸盐，接着再由局限于立体空间125内的ANAMMOX菌将剩余的氨氮及亚硝酸盐进一步反应生成氮气，并排放至大气中，达到移除废水中的氨氮污染物的目的。
此外，如图13A及13B所示，相较于实施例1中的生物反应模组（其透气表面不含AOB菌）须于微氧环境下操作始能确保较佳的脱硝反应效率，否则脱硝作用会因受到氧气抑制而停止，实施例2使用本实用新型生物反应模组于透气亲水层中包埋有AOB菌，能有效消耗掉装置内的氧气，使生物反应模组内的容纳空间维持微氧环境，故能于开放环境下操作而仍维持容纳空间中的ANAMMOX菌的具有脱硝能力，毋须严格控管溶氧条件。
再者，于实施例2中，由于部分硝化及脱硝作用是于同一系统中同时进行，使硝化反应产生的酸与脱硝反应产生的碱得以相互中和，故除能减少调控系统pH值所须的酸剂与碱剂的添加量而可降低成本外，亦可使系统维持在微生物的最适生长条件，因此 使生物反应装置100能达到优异的除氮效率。
由于本实用新型的生物反应模组具有易于操作、易于维持系统稳定性、以及可提升反应速率等优点，故可广泛应用于各种生物反应的领域中。
Claims (6)
1.一种生物反应模组，其特征在于，其包含：
一个提供平面框或立体架构的框架结构；以及
一个生物反应膜，设置于该框架结构的一个表面，其中，该生物反应膜是透气亲水膜且第一微生物包埋于该生物反应膜中。
2.如权利要求1所述的生物反应模组，其特征在于，该透气亲水膜的材料为以下群组材料的一种：洋菜胶、明胶、褐藻胶、鹿角菜胶、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇、及聚乙二醇。
3.如权利要求1或2所述的生物反应模组，其特征在于该框架结构提供平面框，该平面框为圆形框、椭圆形框、或多边形框。
4.如权利要求1或2所述的生物反应模组，其特征在于，其包含：
一个提供立体架构的框架结构;以及
二个或多个表面，配合该框架架构形成一个封闭的容纳空间，其中，所述二个或多个表面相同或不同且其中的至少一个该表面是由该生物反应膜所构成。
5.如权利要求4所述的生物反应模组，其特征在于，另包含开启的填料口，该填料口设置于该二个或多个表面中的一个表面。
6.如权利要求4所述的生物反应模组，其特征在于，该容纳空间为圆柱体、圆锥体、多角锥或多角柱空间。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20131023 Termination date: 20170410 |
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