CN85109440A

CN85109440A - 气-液环流生物反应器

Info

Publication number: CN85109440A
Application number: CN 85109440
Authority: CN
Inventors: 王鸿祺; 杨筱萍; 毛忠贵
Original assignee: WUXI LIGHT INDUSTRY COLLEGE
Current assignee: WUXI LIGHT INDUSTRY COLLEGE
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1987-07-08

Abstract

本发明研制了一种气-液环流生物反应器。该反应器设置了独特结构的空气分布器、气液分离器等，可用于单细胞蛋白的大规模培养，含碳、氮素营养源污水的处理。用于培养单细胞蛋白的试验结果为：糖蜜为原料时，生产强度可达15kg(干)/m³·hr，酒精废醪为原料时，生产强度为3kg(干)/m³·hr，同时BOD的去除率为80％。本发明的反应器具有结构简单、易于制造、生产强度大、效率高的优点。

Description

本发明涉及一种改进的生物反应器，特别是用于单细胞蛋白培养和含碳、氮素营养源的污水处理，以及多种发酵过程的生物反应器。

用生物反应器培养单细胞蛋白，及处理工业污水，是国内外正在研究或采用的有效办法之一。生物反应器的形式、结构不一，各有特点，但大型化、高效率、低消耗、结构简单、易于加工的生物反应器尚不多见。本发明的目的在于提供一种改进的生物反应器，该反应器应具备大型化、高效率、结构简单、易于制作，适于一般工厂应用的特性，并能有效的用于单细胞蛋白大规模的培养及工业污水的生物处理。

本发明的生物反应器是由下述方案实施的。反应器取气液环流形式。采用外循环时，反应器主体是由升液段（图1，1）、降液段（图1，2）、上下水平连接段所构成。在升液段，空气引入反应器之后的空气分布方法是在三种形式的空气分布器中，根据条件和需要，任选一种，并可调换。这三种形式的分布器为同心环管分布器，波纹筛板分布器，和大小孔平筛板分布器。在降液通道上方，设有旋流板气液分离器，在分离器下方连接菌体细胞产品排放管道，装设扁平形式渐扩通道结构的细胞沉降槽。降液通道下方，连接文丘里结构的新鲜空气及培养液加入段。反应器上还设有进出料口、排气、换热等装置。该反应器由于采用了上述结构，使空气分布均匀，提高了传质效率，可取得高细胞浓度，并达到高产量，从而提高了反应器的效率。

本发明反应器的另一结构形式是升液段为内园筒的内循环结构。以下结合附图对发明作进一步的描述：

图1 是反应器的外循环结构示意图。

图2 是反应器的内循环结构示意图。

图3 是同心环管空气分布器示意图。

图4 是波纹板空气分布器示意图。

图5 是大小孔筛板空气分布器示意图。

图6 是细胞沉降槽示意图。

图7 是旋流板气液分离器示意图。

图8 是假丝酵母菌体，BR-COO1的模诺（Monod）特性曲线。

空气进入反应器后，通过三种形式中的任一种空气分布器，进行空气分布，为了取得好的分布效果，使用的几种空气分布器，其具体结构是：所说的同心环管空气分布器，环管上开有5～8毫米的孔，开孔率20～50%，环管两层或多层（图3）;波纹筛板分布器（图4，a）开孔率20～40%，孔径5～10毫米，波纹孤度夹角α＝90～120°（图4，b），弦长＝40～50毫米;大小孔平筛板分布器（图5），大孔直径6～12毫米，小孔直径3～6毫米，总开孔率20～40%。当使用同心环管分布器时，在分布器上方设有无缺口筛孔挡板，挡板开孔率8～60%，挡板数目与分布器数目相同。空气分布器的数目是每立方米反应器体积有2～4个。为了使引入空气均匀进入空气分配器，还在反应器升液通道外围设置空气分配管（图1，8）。经空气分布器后的空气与培养液混合，通过升液通道以切线方向进入旋流板气液分配器，以提高分离效果。旋流板气液分离器的具体结构是：旋流板开缝数及仰角以保持气体出缝速度20～40米/秒为准;旋流板级数可取1～3级，即一层至三层旋流板;分离气体后的培养液，经过产品排出管道，进行细胞沉降槽（图6），这种沉降槽采用扁平形式和渐扩通道结构，以达到进一步提高产品浓度的目的。所得到的高浓度菌体，大部分作为产品，也可将一部分作为反馈菌体回入反应器;同时通过一特殊设计的文丘里结构的新鲜空气及培养液加入段，不断加入新鲜空气及培养液;通过环流，加速反应，不断得到产品。当以糖蜜为原料时，单细胞蛋白的生产强度达15〔公斤（干）/米³小时〕，以酒精废醪为原料时，单细胞蛋白生产强度达3〔公斤（干）/米³小时〕，此两项指标为目前国内同类反应器的2～3倍。当以酒精废醪为原料时在取得单细胞蛋白的同时，BOD的去除率达80%。

本发明的反应器所采用的具体结构特征，权利要求2～5所述的空气分布器和旋流板分布器等，既适用于本发明的外循环通道生物反应器，也适用于本发明的升液段为内园筒的内循环生物反应器，但对于降液段为内园筒的内循环反应器，则不能使用。

本发明反应器由于具备溶氧速度高（KLa值高），生产强度大的特性，使用生长快速或其他代谢作用快速的菌种，将充分发挥本反应器的效能。例如将本发明反应器用于生产单细胞蛋白（饲料酵母，SCP）时，所用菌种，系特为驯化的、高生长比速的假丝酵母菌株，BR-COO1，其最大生长比速μm＝0.72（图8）。

Claims

1、一种用于单细胞蛋白培养和多种发酵过程以及污水生物过程的气一液环流生物反应器，由外部循环升降液通道，气液分离、进出料口、排气、换热等装置所组成。其特征是：空气引入反应器后的分布，采用三种形式的空气分布器，可任选一种，并可自由调换，这三种空气分布器分别是同心环管分布器(图3)，波纹筛板分布器(图4)，大小孔平筛板分布器(图5)，在降液通道上方有一旋流板气液分离器(图7)，降液通道下段连接文丘里结构的新鲜空气及培养液加入段(图1，3)，在新鲜空气及培养液加入段上方的菌体细胞产品排放管道，装设扁平形式和渐扩通道结构的细胞沉降槽(图6)，本发明的反应器也可采取升液通道为内园筒的内循环同心园筒结构(图2)但排除降液通道为内园筒的内循环同心园筒结构。

2、如权利要求1所述的生物反应器，其特征是：同心环管分布器（图3）环管上开筛孔，开孔率为20～50%，孔径为5～8毫米，环管为两层或多层，波纹筛板分布器（图4）筛板的开孔率为20～40%，孔径5～10毫米，波纹孤度夹角α＝90～120°，弦长＝40～50毫米，大小孔平筛分布器（图5），大孔直径6～12毫米，小孔直径3～6毫米，总开孔率为20～40%。

3、如权利要求1所述的生物反应器，其特征是旋流板气液分离器（图7）的开缝数目、仰角角度，以保持气体出缝速度为20～40米/秒。

4、如权利要求1所述的生物反应器，其特征是当选用同心环管分布器时，另有一与同心环管分布器相适应的无缺口筛孔挡板，挡板开孔率8～60%，挡板数目与分布器数目相同。

5、如权利要求1，2，所述的生物反应器，其特征是空气分布器的数目为每米³反应器有2～4个。

6、如权利要求1，2，4所述的生物反应器，其特征是在外循环反应器升液段外围，配有均匀引入空气的环形空气分配管（图1，8）

7、如权利要求1所述的生物反应器，其特征是三种空气分布器：同心环管分布器、波纹管分布器、大小孔平筛板分布器，以及旋流板分离器等特征可同样用于本发明的升液通道为内园筒的内循环反应器（图2）。