专利名称:一种用于复壮细菌的磁电诱导生物反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于生物反应器领域，尤其涉及ー种采用磁电诱导的方法复壮细菌的生物反应器。
背景技术：
很多细菌，特别是那些人类需利用其某种特性为人类提供某种服务的细菌，会出现在高效运行一段时间，某特定活性下降甚至丧失的情形，需要反复引入新细菌才能高效地保持该性能的服务功能，例如人们在研究厌氧氨氧化脱氮细菌生物脱氮活性时就会遇到这样的情形厌氧氨氧化细菌的脱氮活性会随细菌脱氮作用时间的加长而逐渐失活以致完全丧失甚至变黑、变臭，因此及时复壮细菌，保 持其脱氮活性的稳定性，是进行工程应用、为人类消除氮污染、保证氮循环的前提。
厌氧氨氧化是自然界重要的氮循环阶段，也是废水生物脱氮研究的新领域，其在消除水体氮污染的工程利用中有着无可替代的作用，具有广泛而深远的应用前景，是目前国际上脱氮技术流域最大的研究热点之一。对于利用厌氧氨氧化作用进行工程实践的研究，虽然在国际上非常热门，但在我国，该研究多处于实验室阶段，其中的ー个主要问题是在厌氧氨氧化菌运行一段时间后，常发生脱氮活性逐渐丧失的现象，如果不及时采取一定措施，最后失活的细菌会发生大量死亡解体，菌体发黑变臭的后果。
电转化法作为ー种常规的外源DNA转移方法，具有操作简便、快速、转化效率高等优点。通过电转化的方法实现遗传物质的转移，使失去某种特性的细菌重新获得该种特性，也能加快细菌的遗传变异，是复壮细菌，获取某种具有特定性能细菌的常用方法。电转化法在放线菌基因操作中已有许多成功的应用，如在变铅青链霉菌{Streptomyces Iividans) >小链霉菌CS、酒红链霉菌(51 r/aaceiAs)、龟裂链霉菌(51等都有成功的报导。
磁致生物效应一直是磁效应领域的研究热点，国内外大量研究表明，磁场作用于生物体后，在生物体内可引起一系列的生物学反应。部分专家认为磁场会影响生物体内的蛋白质大分子和酶，使生物体内酶活性增强，提高酶反应速度；另外，磁场还会提高生物细胞膜的通透性，使水和氧分子及ー些能受磁作用活化的金属离子等易于进入细胞。通过磁化处理污水的生物效应实验，可以发现磁通密度为O. 37T时，好氧微生物活性増加17. 3%，水藻的初级生产力由对照样的每天8. 4-10g/m3提高到每天16. 9g/m3 ;脱氢酶脱色试验表明，磁场的存在对微生物的生长及新陈代谢有利，从而促进对有机物的吸附和利用，增强微生物氧化降解有机物的能力。因此，磁致生物效应和电(场)致生物效应在复壮细菌中具有重要作用。
使用外加的高压电场和磁场，基于生物介电质对复合磁电场的应激反应研究磁电作用的生物效应，在实验中确定和获得某种菌株的“频率作用窗”、“功率(振幅)作用窗”和“作用时间窗”，找到生物效应规律，激活或复壮正在逐渐失去某种活性的菌株，使得菌株重新恢复活性，維持其某种有益于人类的作用状态，对人类利用其特定性状为人类生产生活服务，是微生物利用中经常遇到和解决难题的有效途径。
目前，国内已有用于“难降解有机废水的电生物处理装置”专利(公开号CN1435379)，和“用于处理有机废水的磁生物反应分离装置”专利(公开号CN201593005U)等，但尚无用于对细菌进行磁电诱导的生物反应器。而研究表明，无论是磁场处理和电场处理，只要強度适宜，都可以对生物产生有益效应，特别是对ー些退化菌株的复壮过程，具有较好的促进作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能产生特定磁场电场的磁电诱导型生物反应器，该反应器能起到对失活细菌细胞的刺激诱导作用，引起正处于失活过程的细菌在生理生化过程发生某种改变，从而逆转失活过程，使正失活的细菌细胞活性得以恢复，达到复壮的目的。
一种用于复壮细菌的磁电诱导生物反应器，包括反应器本体和反应器本体自下而上的进水缓冲区、升流式反应室、三相分离区、磁场和电场产生系统和外周的水浴保温套，与现有技术不同的是三相分离区包括ー级三相分离区和ニ级三相分离区，在反应器本体内还设置在磁场产生系统和电场产生系统，池底还设置有内循环混合搅拌系统，磁场产生系统和电场产生系统与控制系统相连。
所述的三相分离区的ー级三相分离区的分离装置为活动型，其下部嵌套于升流式反应区内壁，上部延伸出两耳，倒扣于ニ级三相分离区下端的内壁，需要时可与反应器主体分离；ニ级三相分离区内部设置挡板共6块，挡板为活动型，以卡槽固定于ニ级三相分离器上，必要时内置挡板的数目可減少或増加，挡板间分区以导流管相通。
所述的电场产生系统包括装在反应区下部相对向的通电碳棒及极板，使用时通入稳定直流电流，产生稳定的辐射型电场。通过改变电流大小，可产生不同強度的电场；通过改变极板与碳棒方向，可产生不同方向的电场，电场产生系统与控制系统相连，外接的控制系统可自由控制电场强度的強弱，以及电场作用的时间、顺序、方式。
所述的磁场产生系统包括装于反应区下部另ー相对向或上下向的通电螺线圈，使用时通入稳定直流电流，线圈内部产生稳定的均匀磁场。通过改变电流大小，可产生不同强度的磁场；通过改变通电螺线圈方向，可产生不同方向的磁场，磁场产生系统与控制系统相连，外接的控制系统可自由控制磁场强度的強弱，以及磁场作用的时间、顺序、方式。
所述的池底内循环搅拌装置是特征是，通过沉没于底部得到内吸式内循环搅拌装置对泥水混合物的吸排，包括定位吸排及移动式吸排，既能使沉淀在进水缓冲区底部的污泥与上部污泥不断翻滚混合，保证沉淀的污泥都能充分进入磁电诱导区，接受磁电诱导作用，又使表层富氧水不易混入下层。
本发明的优点和有益效果
I)技术新磁电诱导技术结合实现对细菌的培养、复壮作用，达到激活失活厌氧氨氧化菌的目的。单ー的电诱导技术或磁诱导技术很难激活已失活或正失活的厌氧氨氧化菌。本反应器通过提供一种能产生特定电场磁场的磁电诱导型生物反应器，通过电场、磁场的组合激活技术，起到对失活细菌细胞的刺激诱导作用，引起正处于失活过程的细菌在生理生化过程发生某种改变，从而逆转失活过程，从而使正失活的细菌细胞活性得以恢复，达到复壮的目的。
2)保证接受磁电诱导作用的污泥充分、均匀混合通过池底内循环搅拌装置的沉没式内吸循环搅拌装置的吸排，使沉淀在进水缓冲区底部的污泥与上部污泥不断翻滚混合，保证沉淀的污泥都能充分进入磁电诱导区，接受磁电诱导作用，并尽可能減少氧气的混入。
3)利于研究各项作用參数、反应指标通过电场、磁场、温度控制等反应条件或參数的调控组合，有利于探索激活功能失活细菌的各项參数，如最适电压作用范围，电流作用范围，频率作用范围，以获取各參数的“最适作用窗”，为反应器在最佳作用窗ロ运行提供条件，最大限度地保证激活效率；并使在温度、进水水质等相同条件下，对比研究磁电诱导菌种与非诱导培养菌种生理生化活性上的区别成为可能。
图I是实施例中反应器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进ー步说明
见图1，本发明反应器下部进水缓冲区I为四面棱锥体，底部设有进水管10，缓冲区I往上为升流式反应区2，呈方形，再往上为三相分离区，三相分离区分为ー级三相分离区3与ニ级三相分离区4，三相分离区上部设有出水管11，顶部装有密封盖并设有出气ロ 6，升流式反应区2下部装有磁电诱导装置，包括产生电场的主要部分通电碳棒7-1及极板7-2，产生磁场的主要部分通电螺线圈8，内循环搅拌装置9。厌氧氨氧化菌以颗粒污泥的形态存在于升流式反应区2内。反应器主体外部设有水浴保温套5，其长宽为升流式反应区2的
I.5-2倍，高度相等，可用于保持反应器池体温度。
所述的棱锥体进水缓冲区I长宽高比为I: I: I. 5，下部斜面倾角为65°-75°，升流式反应区2下接进水缓冲区I上端，上接三相分离区下端，其高度占反应器主体高度的2/3-3/5. ー级三相分离装置3内置于反应区2与ニ级三相分离区4之间，为两端开ロ，中间收缩的两端对称型棱体，其总体长宽高比为1:1 :(2-2.5)。ニ级三相分离区4直接接于升流式反应区2之上，高度为反应区2高度的1/3-1/2，上端设有活动型密封盖，密封盖上设有出气ロ 6。
所述的三相分离区装置分为活动型ー级三相分离装置3与固定型三相分离区4两部分，活动型3其下部嵌套于升流式反应区2内壁，上部延伸出两耳3-1，倒扣于ニ级三相分离区下端的内壁，需要时可与反应器主体分离。收缩部分3-2截面积为开ロ面积的1/3-2/5。固定型三相分离器4与所述反应器主体的总体积比为(O. 3-0. 4) : 1，其渐扩壁与基准水平面的夹角β为45°-70°，内部设置挡板4-2共6块，挡板皆以卡槽固定，必要时可拆卸，其与基准水平面的夹角γ为65°-85°，外侧挡板与内侧挡板最高点与出水管高度持平，中间挡板高度与反应器顶部持平。挡板底部与渐扩壁内壁间距为3-7cm。挡板间分区以导流管相通。活动型三相分离器及可拆卸挡板的设计主要为了方便检修磁电诱导装置时磁电诱导装置的取出及放入。
所述磁电诱导部分分为产生电场的通电碳棒7-1及极板7-2部分，产生磁场的通电螺线圈部分8。极板材料为高纯度石墨板或导电金属板，线圈材料为绝缘型金属线。通电碳棒7-1位于通电螺线圈8中心，两者高度均为升流式反应区2的1/3-2/5，螺线圈8外围直径内切于升流式反应区2内壁，碳棒7-1直径为螺线圈8外径的1/5-1/6，通电极板7-2贴于反应区2外部，高度与碳棒7-1高度相等，宽度与反应区2外壁相等，厚度为3-5mm。碳棒7-1与极板7-2配合产生电场,螺线圈8产生磁场。
所述内循环搅拌装置9包括特制的沉没式内吸循环搅拌混合装置与控制系统，沉没式内吸循环搅拌混合装置可在控制系统控制下，以特定流量进行吸排，也可根据需要进行移位，主要用于使反应器内所有污泥进行内循环搅拌混合，从而使绝大多数污泥接受磁电诱导作用，并尽量減少氧气的混入。
本发明用有机玻璃构成，使用时，废水由底部进水管10进入，经进水缓冲区I进入升流式反应区2，与缓冲区I和反应区2内的厌氧氨氧化菌接触反应后，流经三相分离区，最后从出水管11流出。厌氧氨氧化菌在缓冲区I内受到内循环搅拌装置9的搅拌，与反应区 2下部污泥翻滚、混合，接受磁电诱导装置的作用。外周水浴部分5是用于保持反应器池体温度的水浴保温套，能有效控制污泥温度环境。
磁电诱导反应池体可用于激活活性降低或失活的厌氧氨氧化菌，能直观地研究磁场、电场、或磁电场同时作用下的厌氧氨氧化菌的活性状态，与普通状态下的厌氧氨氧化菌作对比，有利于探索反应器运行的各项參数，如最适电压作用范围，电流作用范围，频率作用范围，以获取各參数的“最适作用窗”，为反应器在最佳作用窗ロ运行提供条件，最大限度地保证激活效率；并使在温度、进水水质等相同条件下，对比研究磁电诱导菌种与非诱导培养菌种生理生化活性上的区别成为可能。
反应器启动后通过改变通电碳棒7-1-极板7-2，通电螺线圈8的立体方向，可根据电场、磁场的作用方式和方向，具有以下几种诱导方式
1、単独电场作用，径向作用方向可分为上下、前后、左右，同时每个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式；
2、単独磁场作用，径向作用方向可分为上下、前后、左右，同时每个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式；
3、电场,磁场同时作用，径向方向电场为前后方向，磁场为前后方向，同时姆个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式；
4、电场,磁场同时作用，径向方向电场为前后方向,磁场为左右方向，同时姆个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式；
5、电场,磁场同时作用，径向方向电场为前后方向，磁场为上下方向，同时姆个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式；
6、电场，磁场同时作用，径向方向电场为左右方向，磁场为前后方向，同时姆个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式；
7、电场,磁场同时作用，径向方向电场为左右方向，磁场为左右方向，同时姆个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式；
8、电场,磁场同时作用，径向方向电场为左右方向,磁场为上下方向，同时姆个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式；
9、电场,磁场同时作用，径向方向电场为上下方向，磁场为前后方向，同时姆个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式； 10、电场,磁场同时作用，径向方向电场为上下方向，磁场为左右方向，同时姆个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式；
11、电场，磁场同时作用，径向方向电场为上下方向，磁场为上下方向，同时姆个方向均有正向和反向的电流或磁场两种实施方式。
权利要求
1.一种用于复壮细菌的磁电诱导生物反应器，包括反应器本体和反应器本体自下而上的进水缓冲区、升流式反应室、三相分离区、外周水浴保温套，其特征是三相分离区包括ー级三相分离区和ニ级三相分离区，在反应器本体内还设置有磁场产生系统和电场产生系统，池底还设置有内循环混合搅拌系统，磁场产生系统和电场产生系统与控制系统相连。
2.根据权利要求
I所述的生物反应器，其特征是所述的三相分离区的ー级三相分离区的分离装置为活动型，其下部嵌套于升流式反应区内壁，上部延伸出两耳，倒扣于ニ级三相分离区下端的内壁，需要时可与反应器主体分离；ニ级三相分离区内部设置挡板共6块，挡板为活动型，以卡槽固定于ニ级三相分离器上，必要时内置挡板的数目可減少或増加，挡板间分区以导流管相通。
3.根据权利要求
I所述的生物反应器，其特征是所述的电场产生系统包括装在反应区下部相对向的通电碳棒及极板，使用时通入稳定的直流电流，产生稳定的辐射型电场；通过改变电流大小，可产生不同強度的电场；通过改变极板与碳棒方向，可产生不同方向的电场，电场产生系统与控制系统相连，外接的控制系统可自由控制电场强度的強弱，以及电场作用的时间、顺序、方式。
4.根据权利要求
I所述的生物反应器，其特征是所述的磁场产生系统包括装于反应区下部另ー相对向或上下向的通电螺线圈，使用时通入稳定的直流电流，线圈内部产生稳定的均匀磁场；通过改变电流大小，可产生不同強度的磁场；通过改变通电螺线圈方向，可产生不同方向的磁场，磁场产生系统与控制系统相连，夕卜接的控制系统可自由控制磁场强度的強弱，以及磁场作用的时间、顺序、方式。
5.根据权利要求
I所述的生物反应器，其特征是所述的池底内循环搅拌装置是通过沉没于池底的内吸式内循环搅拌装置对泥水混合物的的吸排，包括定位吸排及移动式吸排。
专利摘要
本发明公开了一种用于复壮细菌的磁电诱导生物反应器，包括反应器本体和反应器自下而上的进水缓冲区、升流式反应器、三相分离区、外周水浴保温套，其特征是三相分离区包括一级三相分离区和二级三相分离区，在反应器本体内还设置在磁场产生系统和电场产生系统，池底还设置有循环混合搅拌系统，磁场产生系统和电场产生系统与控制系统相连。本反应器可用于激活生物活性降低或濒临失活的细菌，逆转失活过程，恢复细菌细胞的生物活性，达到复壮目的。
文档编号C12M1/42GKCN102674543SQ201210165774
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月25日
发明者刘成良, 吴宇, 李天煜, 杨孔萍, 韦峰 申请人:桂林电子科技大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan