TWM452961U

TWM452961U - 生物反應模組

Info

Publication number: TWM452961U
Application number: TW101218676U
Authority: TW
Inventors: Wen-Po Tsou; Chun-Ming Ho
Original assignee: Wen-Po Tsou; Chun-Ming Ho
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-05-11
Also published as: CN203247269U

Description

生物反應模組

本創作係關於一種生物反應模組，尤其關於一種包含一包埋(entrap)有微生物之生物反應膜的生物反應模組。

利用微生物之生物活性進行各式反應，如食品發酵、酒類釀造等，已有廣泛而久遠的歷史，近年來更應用於藥品製造與污水處理等方面。基於經濟或量產上的考量，一般期望能將微生物應用於較大規模之營運模式上，以於工廠設備或槽體中進行大量處理或製造。因此，基於實際應用上的需求，而有各式生物反應器之研究與開發。

生物反應器依其操作形式，可概分為攪拌槽型、充填型以及膜型等。攪拌槽型生物反應器又可分為批次式(batchwise)或連續式(continuous)。攪拌槽型生物反應器之特性為於反應過程中，反應物及產物係直接與微生物或酵素接觸並混合，因此反應後須利用其它步驟將微生物或酵素自混合物中分離並不斷補充以維持反應之效果。此外，連續式攪拌槽型生物反應器另需考慮在反應過程中微生物或酵素隨反應之流體相流失的問題。基於上述原因，攪拌槽型生物反應器於使用上仍存在諸多限制。

充填型生物反應器係針對攪拌槽型生物反應器所為之改良，其係經由擔體結合法(例如共價鍵結合法、離子結合法及物理吸附法等)或截留法(例如格子型及微膠囊型)，將酵素或微生物固定於一介質中，再使反應所須之原料通過該結合有微生物或酵素之介質，以產生所欲之產物。於充填型生物反應器中，由於微生物或酵素係經固定而不會於反應過程中流失，具有可重複利用性，且單位體積內活性物質之濃度及耐受性因此提高，故可增加反應效率，因而被運用於多項工業製程(如異構糖之製造)中。然而，充填型生物反應器仍具有數種缺點，例如固定化技術的過程易導致微生物死亡或酵素失活而喪失反應性、反應速率較無法維持恆定、若介質中含有微粒時容易造成填充床堵塞等。因此，充填型生物反應器仍有待改進之處。

為改善充填型生物反應器的缺點，自1970年代起開始膜型生物反應器之研究。膜型生物反應器主要可分為游離型及強制透過型二種。游離型膜反應器是綜合攪拌槽型生物反應器與膜分離裝置，其中，微生物或酵素與反應物係在反應器內保持游離狀態而進行所欲之反應，低分子量生成物則可通過該膜裝置而自反應器之出料端收集。至於強制透過型膜生物反應器，則係將酵素固定於膜內，在加壓下使反應物通過該膜而同時進行酵素反應，所得透過液就是成品。

儘管膜型生物反應器於反應效率及製程操作上具有許多優點，但迄今僅尚無法有效地將微生物固定於反應膜上，故可實際應用之範疇仍然有限。因此，業界對於固定有微生物之膜型生物反應器，仍存在相當之需求。

本創作即針對上述需求所為之改良，提供一生物反應模組，其包含一固定有微生物之生物反應膜。

本創作之一目的在於提供一種生物反應模組，其係包含：一框架結構，以提供一平面框或立體架構；以及一生物反應膜，作為該平面框或立體架構之一表面，其中，該生物反應膜係一透氣親水膜且含有一第一微生物包埋於其中。

本創作之另一目的在於提供一種生物反應模組，其係包含：一框架結構，以提供一立體架構；以及二或多個表面，配合該立體架構而形成一封閉的容納空間，其中，該二或多個表面之至少一者係由一生物反應膜所構成，該生物反應膜係一透氣親水膜且含有一第一微生物包埋於其中。較佳地，該容納空間中另存在一第二微生物。

本創作之詳細技術及較佳實施態樣，將描述於以下內容中，以供本創作所屬領域具通常知識者據以明瞭本創作之特徵。

於本文中(尤其後附申請專利範圍中)，除非另外說明，所使用之「一」、「該」及類似用語應理解為包含單數及複數形式。

本創作係關於一種生物反應模組，包含一框架結構，以提供一平面框或一立體架構；以及一生物反應膜，作為該平面框或立體架構之一表面。其中，該生物反應膜係一透氣親水膜且含有一第一微生物包埋於其中。

於本創作之生物反應模組中，該框架結構所提供之平面框並無特殊限制，可為橢圓形框、圓形框或多邊形框(如：三角形框、正方形框、長方形框或六邊形框等)。舉例言之，參考第1圖，顯示本創作生物反應模組之一實施態樣，其中，生物反應模組1係包含一四邊形平面框11以及一生物反應膜12，即，以生物反應膜12作為四邊形平面框的表面。

此外，本創作之生物反應模組之平面框未必是一連續框，可由多個部件(如：壓條、夾具或其他固定件)組合而成。如第1圖所示，平面框11係由側邊11A、11B、11C及11D所構成，圍繞並固定生物反應膜12。該平面框亦可為可拆卸框，且當平面框係以多個部件環繞組合而成時，各該部件亦視需要為可拆卸部件，以利於視需要更新生物反應膜。

本創作生物反應模組中之框架結構所提供的立體架構亦無特殊限制，只要可以定義出一立體空間即可。該立體空間可為例如正方體、長方體、圓錐體、圓柱體、多角錐或多角柱之規則形狀，亦可為不規則形狀。

舉例言之，第2圖顯示本創作生物反應模組之框架結構之一態樣，所示框架結構係一圓錐體架構20，由一圓形框21與三或多根條狀支架22所構成，從而定義出一圓錐體空間。其中，條狀支架22可以各具不同長度。

第3圖顯示本創作生物反應模組之框架結構之另一態樣，所示框架結構係一圓柱體架構30，由二圓形框31A、31B與二或多根條狀支架32所構成，從而定義出一圓柱體空間。其中，圓形框31A、31B未必是如圖中所示之具相同尺寸者，亦可以具不同尺寸，且其中，條狀支架32可以各具不同長度。

第4圖顯示本創作生物反應模組之框架結構之又一態樣，所示框架結構係一三角柱架構40，由二個三角形框41A、41B與三根條狀支架42所構成，從而定義出一個三角柱空間。三角形框41A、41B未必是如圖中所示之具相同尺寸者，亦可以具不同尺寸。此外，條狀支架42可以各具不同長度。

第5圖顯示本創作生物反應模組之框架結構之再一態樣，所示框架結構係一三角錐架構50，由一個三角框51與三根條狀支架52所構成，以定義出一個三角錐空間，且其中，條狀支架52可以各具不同長度。

第6圖顯示本創作生物反應模組之框架結構之再一態樣，所示框架結構係一長方體架構60，由二個長方形框61A、61B與四根條狀支架62所構成，以定義出一個長方體空間。長方形框61A、61B未必是如圖中所示之具相同尺寸者，亦可以具不同尺寸。此外，條狀支架62可以各具不同長度。

於本創作之生物反應模組中，當所包含之框架結構係形成一立體架構時，可以相同或不同之材料層提供二或多個表面，以配合該立體架構而形成一密閉的容納空間，其前提為，該二或多個表面之至少一者係由一生物反應膜所構成，其餘表面則由相同或不同之生物反應性的透氣或不透氣層所構成。其中，該生物反應膜係一透氣親水膜且係含有一第一微生物包埋於其中。同樣地，可將立體架構中用以固定該生物反應膜的部份，設計為可拆卸之活動形式，以視需要更新該生物反應膜。此外，可視需要於該二或多個表面之至少一者上，設置一可開啟之填料口，以視需要裝填、補充物料至該容納空間。

於本文中，所謂「密閉的容納空間」，係指對於微生物或酵素等高分子物質而言，並無法通過該容納空間之表面層而進出該容納空間，故其對於前述物質便形成一「密閉空間」，惟對於小分子、離子或氣體等物質而言，仍可通過該透氣親水膜之孔隙而進出該容納空間，故其對於彼等小分子物質而言仍為一「開放空間」。因此，可於本創作之生物反應模組之容納空間中，存在一或多種選自以下群組之具反應性物質：具催化活性之金屬、酵素、以及不同於第一微生物的第二微生物，提升該生物反應模組之應用性。

根據本創作之生物反應模組，其框架結構之材質並無特別限制，惟應具有不易與欲處理之物質反應之特性。該等材質可為例如金屬、聚合物或木材等材料。

本創作之生物反應膜，係一透氣親水膜，且含有一第一微生物包埋(entrap)於其中。較佳地，該透氣親水膜之材料係包含以下群組之一或多者：洋菜膠、明膠、褐藻膠、鹿角菜膠(carrageenan)、聚丙烯醯胺、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、價錢便宜且易於取得，尤其適於製備本創作之透氣親水膜。

適用於本創作生物反應模組之透氣親水膜，依其厚度可為層狀形式或薄膜狀形式。較佳地，該透氣親水膜為薄膜狀形式，如具有厚度0.5毫米至10毫米之薄膜，較佳為0.8毫米至3毫米，且可視需要而調整該透氣親水膜之厚度。

本創作所使用之固定有第一微生物之透氣親水膜，舉例言之，可由包含如下步驟之方法製得：(a)於水中加入以下材料之一或多者以提供一混合物：洋菜膠、明膠、褐藻膠、鹿角菜膠、聚丙烯醯胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇以及聚乙二醇；(b)加熱該混合物得一均勻溶液；(c)於該均勻溶液中加入一第一微生物；以及(d)將該含第一微生物之溶液注入一模具中，並以冷凍回溫方式及/或浸置於硼酸溶液或鹽類溶液(如：硝酸鈉、氯化鈣等)中等手段而成形。依所採用微生物之耐熱性，可視需要於步驟(c)加入該第一微生物之前，先冷卻該均勻溶液，以提供適於第一微生物的環境。

於本創作之生物反應模組中，該第一微生物並無特別之限制，可以為自營性微生物或異營性微生物、好氧菌、或厭氧菌等，端視生物反應模組之應用而定。舉例言之，該第一微生物可以為選自以下群組之一或多者之菌屬：Nitrosomonas、Nitrosococcus、Nitrosospira、Nitrosolobus、Nitrosovibrio、Nitrobacter、Nitrospina、Nitrococcus、 以及Nitrospira 。

當使用本創作之生物反應模組於水處理以移除氨氮污染物時，該第一微生物可包含自營性好氧氨氧化菌(ammonia oxidizingbacteria，下文簡稱為「AOB菌」)，例如，選自以下群組之AOB菌：Nitrosomonas communis、Nitrosomonas ureae、Nitrosomonas aestuarii、Nitrosomonas marina、Nitrosomonas nitrosa、Nitrosomonas eutropha、Nitrosomonas oligotropha、Nitrosomonas halophila、Nitrosococcus nitrosus、Nitrococcus mobilis、Nitrosococcus oceani、Nitrosococcus halophilus、Nitrosomonas mobilis、Nitrosospira multiformis、Nitrosospira briensis、Nitrosovibrio tenuis、Nitrosolobus multiformis、Nitrospina gracilis、Nitrospira marina、Nitrosovibrio tenuis、 及前述之組合，以將氨氮氧化為亞硝酸鹽。

於前述應用於水處理以移除氨氮污染物之態樣中，可於第一微生物中同時含有AOB菌與亞硝酸鹽氧化菌(nitrite oxidizing bacteria，下文簡稱為「NOB菌」)。從而，可透過AOB菌將氨氮氧化為亞硝酸鹽(NO₂ ^- )，再經由NOB菌，將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽(NO₃ ^- )，完成如下之硝化反應(1)。其中，該NOB菌可以為例如選自以下群組之一或多者之菌屬：Nitrobacter、Nitrospina、Nitrococcus、 以及Nitrospira 。

NH₄ ⁺ +1.82 O₂ +0.13 CO₂ → 0.026 C₅ H₇ O₂ N+0.97 NO₃ ^- +0.92 H₂ O+1.97 H⁺ (1)於此，若所採用之本創作生物反應模組係具有一封閉之容納空間時，則可於容納空間中另存在脫硝菌，作為第二微生物。如此，可透過第一微生物進行硝化反應，將氨氮污染物氧化成硝酸鹽或亞硝酸鹽，再於容納空間內，透過第二微生物、在厭氧條件下進行脫硝反應，將硝酸鹽或亞硝酸鹽還原成氮氣(N₂ )，再經由排出氮氣而完成生物除氮過程。前述脫硝反應係如下式(2)所示：4 NO₃ ^- +5 C+2 H₂ O → CO₂ +4 HCO₃ ^- +2 N₂ (2)其中，該脫硝菌可以為例如選自以下群組之一或多者：Thiobacillus denitrificans、Micrococcus denitrificans、Paracoccus denitrificans、 及Pseudomonas 。

或者，於前述使用本創作之生物反應模組於污水處理以移除氨氮污染物之態樣中，可於第一微生物中含有AOB菌但不含NOB菌，而於容納空間中存在一種自營性厭氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidizing bacteria，下文簡稱為「ANAMMOX菌」)作為第二微生物，以直接將亞硝酸鹽及剩餘之氨氮還原成氮氣並排出，而達成除氮效果，如下式(3)所示：NH₄ ⁺ +1.32 NO₂ ^- +0.066 HCO₃ ^- +0.13 H⁺ → 1.02 N₂ +0.26 NO₃ ^- +0.066 CH₂ O_0.5 N_0.15 +2.03 H₂ O (3)其中，該ANAMMOX菌可以為例如選自以下群組者：Candidatus Brocadia anammoxidans、Candidatus Brocadia fulgida、Candidatus Kuenenia stuttgartiensis、Candidatus Scalindua brodae、Candidatus Scalindua wagneri、Candidatus Scalindua sorokinii、Candidatus Scalindua arabica、Candidatus Jettenia asiatica、Candidatus Anammoxoglobus propionicus、及前述之組合。

除上述廢水處理之應用態樣以外，可藉由改變生物反應膜中的微生物種類，或改變視需要存在之密閉容納空間中所視需要容納的具活性物質種類，以進行不同反應，從而將本創作生物反應模組應用於其他用途，如食品發酵處理、藥品製造等等。

茲以下列具體實施態樣以進一步例示說明本創作。

[製作不含AOB菌之透氣親水膜]

於100克之水中加入約20克之聚乙烯醇及0至4克之褐藻膠，並置於加熱板上加熱溶解並持續攪拌，當溶液達到透明無色的程度時，再將其置於室溫下冷卻12小時。最後，將溶液注入一長30公分、寬20公分、高1毫米之盤內，再浸置於成形液(50% NaNO₃ )中使其硬化，即可製得厚度為1毫米之透氣親水膜，以無菌水沖洗數次，並浸泡於無菌食鹽水中，保存於4℃之冰箱中備用。

[製作含AOB菌之透氣親水膜]

於100克之水中加入約20克之聚乙烯醇及0至4克之褐藻膠，並置於加熱板上加熱溶解並持續攪拌，當溶液達到透明無色的程度時，再將其置於室溫下冷卻12小時。接著，將含有約20重量%之AOB菌的菌液加入至溶液中，混合攪拌均勻後，將溶液注入一長30公分、寬20公分、高1毫米之盤內，再浸置於成形液(50% NaNO₃ )中使其硬化，即可製得厚度為1毫米之透氣親水膜，以無菌水沖洗數次，並浸泡於無菌食鹽水中，保存於4℃之冰箱中備用。

[測試透氣親水膜之通透性]

為測試透氣親水膜之基質通透性及傳氧速率，設計一生物反應膜通透性測試反應槽如第7圖所示。其中，反應槽70具一槽體71，槽體71係具一長30公分、寬20公分、高25公分之長方體容納空間，槽體中央則以面積為5公分×5公分之透氣親水膜72阻隔左(模擬廢水進料側)、右(透過側)兩側的液體。利用自動化監測系統(包括pH值監測器73、溶氧量監測器74及溫度控制器75等)以定時採樣監測氨氮、硝酸鹽及亞硝酸鹽之變化情形。槽體71內的溫度，可藉由恆溫水浴循環系統透過外層壓克力來控制，並以磁石攪拌器維持槽內呈均勻混合的狀態。測試條件如表1所示，藉由改變褐藻膠的含量來調整透氣親水膜72的孔徑大小(使用掃描式電子顯微鏡觀察)，並計算及評估透氣親水膜72在低濃度(60毫克/公升)或高濃度(600毫克/公升)之基質(即，氨氮、硝酸鹽及亞硝酸鹽)之條件下的物質擴散係數與擴散機制。

通透性測試結果顯示於如下表2，透氣層擴散係數之曲線圖則顯示於第8A圖與第8B圖。此外，第9A圖至第9E圖分別顯示褐藻膠含量為0重量%、1重量%、2重量%、3重量%與4重量%之生物反應膜的掃描式電子顯微鏡圖。

如表2及第9A圖至第9E圖顯示，隨著透氣親水膜中褐藻膠含量之增加(褐藻膠含量：0重量%、1重量%、2重量%、3重量%、4重量%)，透氣膜之孔徑亦增加(1微米、2微米、3微米、4微米、5微米)，且氨、亞硝酸鹽及硝酸鹽之擴散係數因而皆有上升之趨勢(見第8A圖及第8B圖)。前述結果，說明褐藻膠可增加生物反應膜之通透性。

[建構用於污水處理之生物反應裝置]

建構一組可用於移除污水中之氨氮的生物反應裝置100，其結構透視前視圖如第10圖所示。其中，槽體110係具一長30公分、寬20公分、高25公分之長方體容納空間。於槽體110中置入5組生物反應模組120，即建構成生物反應裝置100，另將自動化監測系統(包括如pH值監測器200、溶氧量監測器300及溫度控制器400等)安裝於生物反應裝置100上。各生物反應模組120係包含一長方體架構125、位於長方體架構125的左、右兩側的透氣層表面125A與125B、以及由長方體架構125以及透氣層表面125A與125B所環繞形成的立體空間126。

利用自動化監測系統，可即時監控生物反應裝置中pH值、溶氧量、溫度及氧化還原電位的變化。其中，酸液、鹼液及氧氣係由蠕動泵及空氣泵供應，裝置內溫度可藉由恆溫水浴循環系統透過外層壓克力來控制，並以磁石攪拌器維持裝置內呈均勻混合的狀態。

[實施例1]

使用如第10圖所示之生物反應裝置100，其中生物反應模組120之表面125A與125B係由不含AOB菌之透氣親水膜構成的，並於該等生物反應模組中分別加入25毫升含ANAMMOX菌之活性污泥(包含Candidatus Brocadia anammoxidans、Candidatus Brocadia fulgida、Candidatus Kuenenia stuttgartiensis 等，混合液懸浮固體物量(MLSS)為8000毫克/公升)。於生物反應裝置100中加入1公升培養基(含有1.25公克/公升KHCO₃ 、0.14公克/公升(NH₄ )₂ SO₄ 、0.182公克/公升KNO₂ 、0.1公克/公升KH₂ PO₄ 、0.1公克/公升MgSO₄ 、0.00625公克/公升FeSO₄ 及1.25毫升/公升微量元素溶液)。改變該生物反應裝置的初始之氨氮(NH₄ ⁺ )與亞硝酸鹽(NO₂ ^- )的濃度比例(1：1、1：1.5及1：2)及溶氧濃度，維持裝置內溫度為35℃、pH值為7.8，並定時採樣監測氨氮、硝酸鹽及亞硝酸鹽之變化情形，以分別測定該二生物反應裝置的除氮效率。各批次試驗之條件如下表3所示，試驗組第1至3組之結果如表4及第11圖所示，而試驗組第4及5組之結果如第12A及12B圖所示。

另外，重複上述試驗組第1至3組之試驗，惟所使用之生物反應裝置120不含生物反應模組122，且係於生物反應裝置120中加入上述培養基與含ANAMMOX菌之活性污泥，並維持反應槽內微生物濃度於200毫克/公升。試驗結果亦顯示於表4及第11圖。

如表4及第11圖顯示，無論在何種氨氮與亞硝酸鹽之濃度比例下，生物反應裝置100中氨氮、亞硝酸鹽及硝酸鹽之比反應速率，皆較富含ANAMMOX菌之活性污泥者為高，表示生物反應裝置100之脫硝反應(厭氧氨氧化反應)效率明顯高於懸浮形式之ANAMMOX菌。此可解釋為因生物反應裝置100將ANAMMOX菌侷限於5組容積各為25毫升之生物反應模組120中，使混合液懸浮固體物量(MLSS)維持於約8000毫克/公升，為一般懸浮式ANAMMOX菌生物反應槽的40倍，故ANAMMOX菌於單位體積內的密度高，細胞間之聯繫及啟動脫硝反應訊息之擴散較容易且速度亦較快，因而大幅提升了反應速率。另一方面，已有文獻指出ANAMMOX菌對可見光具高敏感性，其會降低ANAMMOX菌約30至50%之活性，而生物反應模組120之結構係經由左、右二側之透氣層表面125A與125B包覆，可見光不會直接照射到ANAMMOX菌，故其活性較不會受到可見光抑制。

此外，如第12A及12B圖所示，當生物反應裝置100中含有溶氧時，生物反應裝置100之脫硝反應僅限於初期，而後因生物反應模組內溶氧量逐漸累積，使ANAMMOX菌的反應受到抑制，反應轉為將氨氮及亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽，因此無法進一步降低含氮污水中之總氮量。此說明，於透氣表面不含AOB菌、且容納空間中含有ANAMMOX菌的生物反應模組，須於微氧環境下操作始能確保較佳之脫硝反應效率，否則ANAMMOX菌之脫硝作用會因受到氧氣抑制而停止。

[實施例2]

實驗裝置之設置比照實施例1，但生物反應裝置120之表面125A 與125B係由含有AOB菌之透氣親水膜構成。以表5所示條件進行試驗，其中第1至4試驗組之試驗結果顯示於表6及第13A圖至第13D圖，而第5及6試驗組之試驗結果顯示於第14A圖至第14B圖。

如表6及第13A圖至第13D圖顯示，使用本創作同時含有第一微生物(AOB菌)與第二微生物(存在於汙泥中之ANAMMOX菌)之生物反應模組，可有效地同時進行部分硝化作用及脫硝作用。其中，固定於透氣層表面125A、125B上之AOB菌會先利用並消耗大氣中擴散至生物反應裝置100內部的氧氣(或溶氧)，將部分氨氮氧化成亞硝酸鹽，接著再由侷限於立體空間126內的 ANAMMOX菌將剩餘的氨氮及亞硝酸鹽進一步反應生成氮氣，並排放至大氣中，達到移除廢水中之氨氮污染物的目的。

此外，如第14A及14B圖所示，相較於實施例1中的生物反應模組(其透氣表面不含AOB菌)須於微氧環境下操作始能確保較佳之脫硝反應效率，否則脫硝作用會因受到氧氣抑制而停止，實施例2使用本創作生物反應模組於透氣親水層中包埋有AOB菌，能有效消耗掉裝置內之氧氣，使生物反應模組內之容納空間維持微氧環境，故能於開放環境下操作而仍維持容納空間中之ANAMMOX菌的具有脫硝能力，毋須嚴格控管溶氧條件。

再者，於實施例2中，由於部分硝化及脫硝作用係於同一系統中同時進行，使硝化反應產生之酸與脫硝反應產生之鹼得以相互中和，故除能減少調控系統pH值所須之酸劑與鹼劑的添加量而可降低成本外，亦可使系統維持在微生物之最適生長條件，因此使生物反應裝置100能達到優異之除氮效率。

由於本創作之生物反應模組具有易於操作、易於維持系統穩定性、以及可提升反應速率等優點，故可廣泛應用於各種生物反應之領域中。

上述實施例僅係用以例示說明本創作之原理及功效，而非用於限制本創作。任何熟於此項技藝之人士均可在不違背本創作之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。因此，本創作之權利保護範圍應如後述之申請專利範圍所列者。

10‧‧‧生物反應模組

11‧‧‧四邊形平面框

11A‧‧‧側邊

11B‧‧‧側邊

11C‧‧‧側邊

11D‧‧‧側邊

12‧‧‧生物反應膜

20‧‧‧圓錐體架構

21‧‧‧圓形框

22‧‧‧條狀支架

30‧‧‧圓柱體架構

31A‧‧‧圓形框

31B‧‧‧圓形框

32‧‧‧條狀支架

40‧‧‧三角柱架構

41A‧‧‧三角形框

41B‧‧‧三角形框

42‧‧‧條狀支架

50‧‧‧三角錐架構

51‧‧‧三角形框

52‧‧‧條狀支架

60‧‧‧長方體架構

61A‧‧‧長方形框

61B‧‧‧長方形框

62‧‧‧條狀支架

70‧‧‧生物反應膜通透性測試反應槽

71‧‧‧槽體

72‧‧‧透氣親水膜

73‧‧‧pH值監測器

74‧‧‧溶氧量監測器

75‧‧‧溫度控制器

100‧‧‧生物反應裝置

110‧‧‧槽體

120‧‧‧生物反應模組

125‧‧‧長方體架構

125A‧‧‧透氣層表面

125B‧‧‧透氣層表面

126‧‧‧立體空間

200‧‧‧pH值監測器

300‧‧‧溶氧量監測器

400‧‧‧溫度控制器

第1圖所示為本創作生物反應模組之一實施態樣之示意圖，其係含有四邊形平面框；第2圖所示為本創作生物反應模組之框架結構之一實施態樣示意圖，其係一圓錐體架構；第3圖所示為本創作生物反應模組之框架結構之一實施態樣示意圖，其係一圓柱體架構；第4圖所示為本創作生物反應模組之框架結構之一實施態樣示意圖，其係一三角柱架構；第5圖所示為本創作生物反應模組之框架結構之一實施態樣示意圖，其係一三角錐架構；第6圖所示為本創作生物反應模組之框架結構之一實施態樣示意圖，其係一長方體架構；第7圖所示為一測試生物反應膜之通透性之反應槽的透視示意圖；第8A圖所示為於基質初始濃度為60毫克/公升下，在不同褐藻膠含量之生物反應膜中之擴散係數的曲線圖；與第8B圖所示為於基質初始濃度為600毫克/公升下，在不同褐藻膠含量之生物反應膜中之擴散係數的曲線圖；第9A圖至第9E圖所示分別為褐藻膠含量為0重量%、1重量%、2重量%、3重量%與4重量%之生物反應膜的掃描式電子顯微鏡圖；第10圖所示為一使用本創作生物反應模組之生物反應裝置之透視前視圖；第11圖所示為分別使用本創作生物反應模組之一實施態樣與ANAMMOX菌活性污泥之比反應速率之比較圖；以及第12A圖及第12B圖所示分別為於透氣親水膜中不含AOB菌之生物反應裝置中，在氨氮初始濃度為25毫克/公升下，溶氧濃度為1毫克/公升與2毫克/公升時之基質濃度變化曲線圖。

第13A圖至13D圖所示為使用本創作生物反應模組之一實施態樣，於不同基質初始濃度下之基質濃度變化曲線圖。

第14A圖至14B圖所示分別為於透氣親水膜中含有AOB菌之本創作生物反應裝置之一實施態樣中，在氨氮初始濃度為60毫克/公升下，溶氧濃度為1毫克/公升與2毫克/公升時之基質濃度變化曲線圖。

60‧‧‧長方體架構

61A-61B‧‧‧長方形框

62‧‧‧條狀支架

Claims

一種生物反應模組，其係包含：一框架結構，以提供一平面框或立體架構；以及一生物反應膜，作為該平面框或立體架構之一表面，其中，該生物反應膜係一透氣親水膜且含有一第一微生物包埋於其中。
如請求項1之生物反應模組，其中該透氣親水膜之材料係包含以下群組之一或多者：洋菜膠、明膠、褐藻膠、鹿角菜膠(carrageenan)、聚丙烯醯胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇、及聚乙二醇。
如請求項2之生物反應模組，其中該第一微生物係包含一自營性好氧氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria，AOB菌)。
如請求項3之生物反應模組，其中該自營性好氧氨氧化菌係選自以下群組之菌屬：Nitrosomonas 、Nitrosococcus 、Nitrosospira 、Nitrosolobus 、Nitrosovibrio 、及前述之組合。
如請求項3之生物反應模組，其中另包含一亞硝酸鹽氧化菌(nitrite oxidizing bacteria，NOB菌)。
如請求項1至5中任一項之生物反應模組，其中該框架結構係提供一平面框，該平面框係一圓形框、一橢圓形框、或一多邊形框。
如請求項1至5中任一項之生物反應模組，其係包含：一框架結構，以提供一立體架構，以及二或多個表面，配合該立體架構而形成一封閉的容納空間，其中，該等表面係相同或不同且其中之至少一者係由該生物反應膜所構成。
如請求項7之生物反應模組，其中係於該容納空間存在一具反應性之物質。
如請求項7之生物反應模組，其中係於該容納空間存在選自以下群組之一或多者：異於該第一微生物之第二微生物、具催化性之金屬、及酵素。
如請求項7之生物反應模組，其中係於該容納空間存在一自營性厭氧氨氧化菌(ANAMMOX菌)。
如請求項7之生物反應模組，其中係於該容納空間存在選自以下群組之一或多者：Candidatus Brocadia anammoxidans 、Candidatus Brocadia fulgida 、Candidatus Kuenenia stuttgartiensis 、Candidatus Scalindua brodae 、Candidatus Scalindua wagneri 、Candidatus Scalindua sorokinii 、Candidatus Scalindua arabica 、Candidatus Jettenia asiatica 、Candidatus Anammoxoglobus propionicus 、及前述之組合。
如請求項7之生物反應模組，另包含一可開啟之填料口，設置於該二或多個表面之一者。
如請求項7之生物反應模組，其中該容納空間係一圓柱體、圓錐體、多角錐或多角柱空間。
如請求項1至5中任一項之生物反應模組，其係用於含氮污水處理。
如請求項6之生物反應模組，其係用於含氮污水處理。
如請求項7之生物反應模組，其係用於含氮污水處理。
如請求項8之生物反應模組，其係用於含氮污水處理。
如請求項9之生物反應模組，其係用於含氮污水處理。
如請求項10之生物反應模組，其係用於含氮污水處理。
如請求項11之生物反應模組，其係用於含氮污水處理。
如請求項12之生物反應模組，其係用於含氮污水處理。
如請求項13之生物反應模組，其係用於含氮污水處理。