专利名称：改善比表面积、生物亲合性和流动性的生物膜载体的制作方法
技术领域：
本发明涉及填充在食品或药品生产以及污水处理的微生物培养槽中的生物膜载体。更具体地说，涉及改善比表面积、生物亲合性和流动性的作为流动相的生物膜载体和提高耐久性、改善设置方法使其可简便设置的作为固定相的生物膜载体。
现有技术目前，把多种材料物质加工成比表面积大的形状，作为生物膜载体利用。其中，多使用把合成树脂线加工成纤毛状或刷帚状等纤维状的生物膜载体和把泡沫树脂加工成气泡互连的海绵状的微生物载体。但是，设置纤维状的以往方式是固定相，即在把加工成培养床的纤维状载体前端弯曲和封裁所形成的设置口上插入环棒，把纤维状载体设置在反应槽中。因此，加工、设置和增设困难，阻碍反应液的混合，妨碍内部装置的修缮，特别是不能承受微生物附着繁殖引起的重量加重，与环棒接触的部分载体被断裂破坏，因此存在耐久性很差的问题。
尽管与自身强度和耐久性差无关，上述海绵状载体还因为切成小尺寸的正六面体形式放进反应槽，容易磨损，而且通过反应液的流入集中在反应槽的流出口，难以实现圆滑流动。为了在填充海绵状载体的反应槽中均匀分布载体，用气动升液泵进行强制循环，因此需要超大动力，而且因为机械循环，磨损率进一步上升。作为典型的例子，可举出德国企业开发的Linpor process(Linpor工艺)。
为解决这些问题，本申请人开发商用化的作为流动相的生物膜载体是把比表面积和空隙率大的纤维状微生物接触材料插入设置在坚固网状合成树脂外壳内，因此为了不浮在水面且在反应槽内圆滑流动，在其内部插入比重大的陶瓷，使组合后生物膜载体的加权平均比重调整到近似于反应液的比重。
上述作为流动相的生物膜载体在反应槽内圆滑流动，因此对生物膜的生长也有利。但是，为调节比重，在载体内部装入比表面积小的块状陶瓷，因此陶瓷本身并不象上面所述的那样提供微生物附着生长的有效空隙和表面积，而只是作为比重调节手段使用，而且陶瓷插入量引起该反应槽容量的减少。作为解决上述缺点的方法，为了在上述纤维内部或上述外壳内部混入陶瓷粉末，采用了混合陶瓷粉末的合成树脂进行纺线或射出的方法。但是，如果在微细纤维中混合陶瓷粉末，容易断裂或减弱伸张强度，容易切断，而且混合有陶瓷的外壳与外面的其他载体或反应槽壁面冲撞时，容易破裂或磨损。
发明内容
为解决上述问题，提出了本发明。本发明的目的是提供改善比表面积和生物亲合性的、调整比重的作为流动相的生物膜载体。
本发明的另一目的是提供改善比表面积和生物亲合性的、耐久性好且设置方便的作为固定相的生物膜载体。
为达到上述目的，本发明提供的作为流动相的生物膜载体，其特征在于在无毒性且生物亲合性尽可能大的合成树脂线的表面上涂布陶瓷粉末或附着粒状陶瓷，并把它织成或重叠形成表面积和空隙率大的形状的纤维状微生物接触材料，然后将其插入到坚固的网状的合成树脂外壳内。
其中，上述陶瓷是粉末或不规则形状的粒状，与块状相比比表面积较大，因此附着在合成树脂线表面上时，合成树脂线表面形成不规则的突起，变粗，由此比表面积增大。利用陶瓷特性，不仅改善纤维状微生物接触材料的生物亲合性，而且增大比重。
上述纤维状的微生物接触材料是在由大量的线、纺布、无纺布、刷帚、纤毛形成的织布状的纤维状上搓捻多根线形成的多重线，或编织多根线且重叠中空状多重线形成的材料，可以多种方式形成。当无纺布等多重重叠形成时，为了在无纺布和无纺布之间也能圆滑地通过水和气泡，附着并生长生物膜，在其中间插入麦秆等间隙材料。
另外，用合成树脂线首先形成纤维状微生物接触材料，在形成上述纤维状微生物接触材料的合成树脂线表面涂布或附着陶瓷，该方法也理应包含在本发明的范围内。
为了使组合后的上述生物膜载体在反应槽中圆滑流动，优选生物膜载体比重接近反应液的比重，因此，如果调节上述纤维状微生物接触材料上附着的陶瓷比重和附着量，通过组合后的各材料重量和体积，加权平均的湿润比重就能接近于反应液比重。
上述网状外壳可采用圆筒形、多角形、正六面体等形状，形状上没有限制，但考虑流动性和冲撞引起的耐磨损性，优选采用圆球形。
另外，为了消除以往的海绵状微生物接触材料的缺点，本发明采用在无毒性且生物亲合性大的合成树脂上混合陶瓷粉末或粒状陶瓷，发泡使其空隙相通，增大比表面积和空隙率，增大比重，形成海绵状微生物接触材料，并且把该海绵状微生物接触材料插入到坚固的网状合成树脂外壳内，形成生物膜载体。另外，通过调整海绵状微生物接触材料比重，使其在反应槽中圆滑流动，并且通过调整陶瓷的比重和混合量，调整组合后载体的比重。
本发明的由上述海绵状微生物接触材料形成的作为流动相的生物膜载体是由坚固的外壳来保护耐久性低的海绵状微生物接触材料，因此磨损程度减少。如果在外壳内部大量充填小尺寸的海绵状微生物接触材料，这些微生物接触材料不仅使其内部进行厌氧化，而且增大载体的大小和流动性，因此解决了需要通过气动升液泵强制进行内部循环的Linpor工艺的问题。海绵状具有多个方向交错的结构，因此不同于微细纤维，即使其内部混合陶瓷粉末，也不容易切断和破损。
在已发泡的刷帚状生物膜接触材料的表面上附着陶瓷粉末或粒状陶瓷，这也包含在本发明的范围内。
另外，本发明中即使不添加陶瓷，也可简便地调整生物膜载体的比重。由无毒性且生物亲合性大的合成树脂线组成的纤维状微生物接触材料插入到坚固网状的合成树脂外壳内，组合成生物膜载体。为了使上述生物膜载体在反应槽中圆滑流动，选择上述合成树脂线或上述合成树脂外壳中之一，使其由比重大的聚尿烷、PVC、PVDC之一材料组成，另一个由比重小的PE、PP、尼龙之一组成。这样组合后，反应槽中圆滑流动的载体的加权平均比重可简便调整接近于反应液的比重。
该方法当然也适用于海绵状微生物接触材料，即把无毒性且生物亲合性大的合成树脂发泡使其空隙相通的海绵状微生物接触材料插入到坚固网状的合成树脂外壳内，组合成生物膜载体。为了使上述生物膜载体在反应槽中圆滑流动，选择上述海绵状微生物接触材料或上述合成树脂外壳中之一，使其由比重大的聚尿烷、PVC、PVDC等材料组成，另一个由比重小的PE、PP、尼龙等组成。这样组合后，组合后载体的加权平均比重可以简便地调整，使其在水中圆滑流动。
为了改善以往固定相的耐久性和繁琐的设置及增设方法，本发明把无毒性且生物亲合性大的合成树脂线织成或重叠形成表面积和空隙率大的多种形状的纤维状微生物接触材料，并把该纤维状微生物接触材料插入到坚固网状的合成树脂外壳内，形成固定相。其中，该合成树脂外壳具有用于安装并固定纤维状微生物接触材料的组合装置和把组合后的固定相载体设置在反应槽内指定位置的固定装置。上述微生物接触材料通过上述组合装置固定在上述外壳外侧而不可脱离，形成载体单元，上述载体单元通过上述外壳具有的固定装置设置在反应槽内指定位置。
作为固定相的上述生物膜载体的具体设置方法，利用细长圆形或长方形结构材料的上述载体单元中具有的固定装置，固定一个以上的上述载体单元，并在上述结构材料上设置梯凳或悬架台，不抽起反应槽内的反应液，也能立在反应槽底部，从反应槽上面悬挂设置在反应槽内指定位置上。
另外，本发明中设置在组成作为固定相的上述生物膜载体的外壳内的上述微生物接触材料是把无毒性且生物亲和性大的合成树脂发泡使其空隙相互连通，且增大比表面积和空隙率的海绵状微生物接触材料。为了增大上述微生物接触材料表面的比表面积和改善生物亲合性，涂布或附着有陶瓷粉末。
如果组成上述纤维状微生物接触材料的纤维的断面不是圆形，而是薄的细长飘带状纤维，其比表面积就会增大。特别是，这些飘带状纤维形成螺旋状时，比表面积进一步增大，使微生物附着生长的表面积大幅度增大。
本发明的生物膜载体比表面积和生物亲和性大，可通过调整比重改善流动性，提高微生物的大量生长，反应效率良好。而且，可容易地设置和增设在反应槽内，耐久性提高，设置和组合简便，寿命可达到半永久性，可用于生物学污水处理，也可多方面地作为除臭塔、吸收塔或除去有害气体的洗涤塔的填充剂大量利用。
另外，本发明通过一个模具铸塑的外壳，把微生物载体两面坚固地保护起来，组合容易，节约模具制作费，不需要其他部件，因此容易储存保管。
图1是本发明的作为流动相的生物膜载体的部分切开斜视图；图2是本发明的作为流动相的生物膜载体的横断面图；图3是本发明的作为固定相的生物膜载体单元的第1实施例的分离斜视图；图4是图3的结合横断面图；图5是本发明的作为固定相的生物膜载体单元的第2实施例的分离斜视图；图6是图5的结合斜视图；图7是图6的横断面图；图8是本发明的作为固定相的生物膜载体单元的第3实施例的分离斜视图；图9是图8的横断面图；图10是本发明的作为固定相的生物膜载体的设置状态概略图。
具体实施例方式
下面根据附图详细说明本发明的优选实施例。
图1是本发明中作为流动相的生物膜载体的实施例的部分切开斜视图。图2是横向切断图1的生物膜载体的剖面图。上述本发明第1实施例的生物膜载体10是由微生物接触材料11置入网状外壳12内的结构组成的。
在这里，上述微生物接触材料11是在其表面涂布陶瓷粉末或附着粒状陶瓷的纤维状，或在其内部混合陶瓷的海绵状。上述外壳12是为了使如图1和2所示的水流和气泡与其内部连通而在其表面形成多个开放部分12a的网状合成树脂外壳。上述外壳12是网状，只要是圆滑流动的形状就没有其他限制，但是因为圆球形外壳的流动圆滑，因此优选采用这种形状。
上述微生物接触材料11除了把陶瓷附着纤维上或混合之外，也可选择其他方式。即，微生物接触材料11可采用比重较大的聚尿烷、PVC、PVDC之中选择一个，而上述外壳12可采用比重较小的PE、PP、尼龙之中选择一个。这些微生物接触材料11和外壳12进行组合后，其比重接近于反应液的比重。当然，也可以通过把上述微生物接触材料11的比重变小、把上述外壳12的比重变大的方式调整比重。
图3至图9是本发明作为固定相的生物膜载体的实施例图。
如图3和4所示，本发明的作为固定相的生物膜载体的第1实施例20，其外壳22由在多个框架22a之间具有开放部分22b的培养床网体组成。在上述外壳22内部置入微生物接触材料21，用销状的多个固定装置23把上述微生物接触材料21固定在外壳22上。
即，如图3所示，在外壳22的框架22a上设有用于贯通销状固定装置23的连接孔22c。如图4所示，上述外壳22上设置的微生物接触材料21的背面贯通销状固定装置23，其前端插入到上述连接孔22c中，由此把微生物接触材料21固定在外壳22上。
另一方面，上述外壳22的两侧边沿具有在上述框架22a的垂直方向弯曲成形的侧板22d，而上述侧板22d具有与其他生物膜载体单元连接的多个连接口22e。
本发明的作为固定相的生物膜载体的第2实施例如图5至图7所示。如图5所示，该第2实施例中作为固定相的生物膜载体30由生物膜载体单元30组成，而生物膜载体单元30是由相向连接的一对外壳32和作为培养床的微生物接触材料31组成，而培养床设置在该外壳32之间且通过各外壳32具有的销状固定装置32f而固定。
上述各外壳32是将多个框架32a按一定间隔设置而形成，在其之间形成开放部分32b，由此构成网体。其一侧边沿部分具有与框架32a的直角方向弯曲成形的侧板32d。因此，上述一侧框架32a的内侧具有向内侧突出的销状固定装置32f。如图6所示，上述一对外壳32之间插入微生物接触材料31，各侧板32d在分别包围上述微生物接触材料31的两侧面的状态下相向地按压外壳，如图7所示，一侧外壳32具有的固定装置32f贯通微生物接触材料31，并插入到另一个外壳32的框架32a具有的连接孔32c中，如图6所示，由此完成连接成一体的载体单元30。
上述各外壳32的侧板32d具有连接口32e，该连接口与其他载体单元连接。
图8和图9表示本发明作为固定相的生物膜载体的第4实施例。
图8所示的本发明第4实施例中生物膜载体单元40包括在培养床成形的纤维状微生物接触材料41和分别夹住该微生物接触材料41的左右侧两端且用固定销43固定的一对支撑框架42。
如图8和图9所示，支撑上述微生物接触材料41的支撑框架42是通道(channel)状，即为了将上述培养床的微生物接触材料41的前端夹住并容纳在其内部，在纵向的围边具有长沟42a。上述长沟42a两侧壁具有多个销连接孔42b，用于贯通固定销43。因此，如果在上述微生物接触材料41的左右侧前端分别插入上述各支撑框架42，并且上述支撑框架42的相向一对销连接孔42b中分别插入固定销43，上述微生物接触材料41就会牢固地固定在支撑框架42，形成一个载体单元40。而且，为了多个载体单元40连接成一组，在上述支撑框架42的侧壁设置多个连接口42c。
根据上述实施例，利用从一个模具铸塑的外壳，可坚固地保护微生物载体两面，也容易组合，节约模具制作费，不需要其他部件，容易储存管理。
组成作为固定相的上述生物膜载体的微生物接触材料可以利用刷帚状、海绵状或多孔性的陶瓷等。只要是有利于微生物的附着和生长，可以使用任何的材料及其形状。上述纤维状的微生物接触材料也可以使用在纺布或无纺布的一面或两面上使合成树脂纤维突出的具有纤毛层的纤毛状。
在刷帚状或海绵状的表面涂布陶瓷粉末，增大比表面积，可改善生物亲和性。此时，因为是固定相，所以陶瓷的附着不受流动引起的比重变化影响。
图10表示本发明的作为固定相的生物膜载体设置在反应槽1中的状态概略图。如图10的左侧反应槽部分所示，至少一个以上的载体单元20、30、40用长环棒2分别连接其两侧连接口22e、32e、42c后，把上述环棒2横设在反应槽1的上端，与悬架台3连接固定。
另外，如图10的右侧反应槽1所示，至少一个以上的载体单元20、30、40用长环棒2分别连接其两侧连接口22e、32e、42c后，在环棒2下端设置梯凳4，即使不抽起反应液，也能设立在反应槽1的底部。
如上所述的本发明的作为固定相的生物膜中，上述外壳不受上述实施例的形状限制。而且，只要易于反应液的流动和安装微生物接触材料，对形状没有其他限制。如果固定装置具有能与上述结构材料连接的结构，使用上没有限制。
本发明涉及填充在食品或药品生产以及污水处理的微生物培养槽的生物膜载体。除了生物膜载体之外，也作为处理有害气体的洗涤塔等的填充剂使用。
权利要求
1.作为固定相的生物膜载体，其特征在于包括多个框架按一定间隔固定配置的网状合成树脂外壳；把无毒性合成树脂线织成或重叠形成表面积和空隙率大的形状而形成的插入到所述合成树脂外壳内的微生物接触材料；把该微生物接触材料用组合装置固定在所述合成树脂外壳中而形成的载体单元；把该载体单元固定在反应槽内指定位置上的固定装置。
2.权利要求1所述的生物膜载体，其特征在于它是通过在所述合成树脂线表面涂布陶瓷粉末或附着粒状陶瓷来增大比表面积和生物亲合性的固定相。
3.权利要求1所述的生物膜载体，其特征在于所述微生物接触材料的形状是在纺布或无纺布的一面或两面上使合成树脂纤维形成多个纤毛突起的纤毛状的纤维状。
4.权利要求1所述的生物膜载体，其特征在于所述微生物接触材料的形状是把无毒性和生物亲和性大的合成树脂发泡使其空隙相通来增大比表面积和空隙率的海绵状。
5.作为固定相的生物膜载体，其特征在于包括至少一个以上如权利要求1所述的载体单元；与所述各载体单元的固定装置结合且固定所述载体单元的环棒结构材料；为了把所述载体单元设置在反应槽底部且从反应槽上面悬挂，所述结构材料具有的梯凳或悬架台。
全文摘要
本发明提供填充在食品或药品生产以及污水处理的微生物培养槽(1)的生物膜载体。本发明一方面提供作为流动相的生物膜载体，将涂布有陶瓷粉末或附着粒状陶瓷或混合陶瓷的纤维状或海绵状微生物接触材料插入到坚固的合成树脂外壳内，以增大比表面积和生物亲合性，调整比重。另一方面本发明提供作为固定相的生物膜载体，在具有固定装置和设置装置的外壳内插入固定陶瓷载体，以容易设置在反应槽中。除了作为生物膜载体之外，本发明还具有例如用作处理有害气体的洗涤塔等的填充材料等多种用途。
文档编号C12N11/14GK1810964SQ20061000217
公开日2006年8月2日 申请日期2003年8月6日 优先权日2003年3月14日
发明者韩相培 申请人:韩相培