專利名稱：無泡供氣-固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本實用新型涉及一種以難溶氣體為 發(fā)酵原料的無泡供氣-固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
難溶氣體指在水中溶解度較低的氣體，例如一氧化碳(CO)和氫氣(H2)。下面以 合成氣發(fā)酵和一氧化碳發(fā)酵制氫為例介紹難溶性氣體發(fā)酵。關(guān)于合成氣(主要為0)、壓和 CO2)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇、乙酸、丁醇和丁酸等化工品或液體燃料以及一氧化碳發(fā)酵制氫的研究 已有10多年的歷史，其生化反應(yīng)見式(1-9)。6C0+3H20 — CH3CH20H+4C02(1)2C02+6H2 — CH2CH20H+3H20(2)4C0+2H20 — CH3C00H+2C02(3)4H2+2C02 — CH3C00H+2H20(4)10C0+4H20 — CH3CH2CH2C00H+6C02(5)12C0+5H20 — CH3CH2CH2CH20H+86C02(6)10H2+4C02 — CH3CH2CH2C00H+6H20(7)12H2+4C02 — CH3CH2CH2CH20H+7H20(8)C0+H20 — H2+C02(9)然而，較慢的發(fā)酵反應(yīng)速率和較低的產(chǎn)物濃度限制了該技術(shù)的商業(yè)化運行。究其 原因，造成較慢反應(yīng)速率和較低產(chǎn)物濃度的原因主要為以下三個(1)較低的氣液傳質(zhì)速率。以氣體原料為底物的發(fā)酵過程涉及以下步驟氣體擴 散到氣液界面、氣體在氣液界面?zhèn)髻|(zhì)、氣體在液相中擴散到微生物細胞膜、氣體穿過細胞膜 并被微生物利用。對于難溶氣體，因其氣液傳質(zhì)系數(shù)極低，氣液傳質(zhì)是整個生物發(fā)酵過程 的限速步驟。雖然采用增加氣液流速、提高攪拌速度以及增加氣體壓力等措施可以提高氣 液傳質(zhì)系數(shù)，但是不能從根本上避免氣液傳質(zhì)步驟，因此，發(fā)酵反應(yīng)速率的提高幅度很有 限。因此，提高效率的一種方式是把原料氣體直接傳遞到微生物細胞上，從根本上避 免氣液傳質(zhì)步驟。(2)較低的氣體利用效率。對于傳統(tǒng)的反應(yīng)器，例如連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器(CSTR)， 通過淹沒式氣泡擴散器向反應(yīng)器提供氣體原料，擴散的氣泡進入主體溶液(含懸浮細胞的 培養(yǎng)基溶液)，一部分氣體被微生物細胞吸收利用生成產(chǎn)物，而一部分氣體由于氣泡的浮力 作用上升逃離主體溶液進入上部氣相，且氣泡越大，上升速率越快，氣液接觸時間越短。實 際上，80%左右的氣體還來不及傳遞到微生物細胞上就通過氣泡的形式逃離主體溶液進入 上部氣相，氣體的利用效率較低。因此，提高效率的另一種方式是把原料氣體在不形成氣泡的情況下進行傳遞，即 無泡供氣，避免原料氣體以氣泡的形式逃離主體溶液，從而提高氣體利用效率。[0017](3)較低的微生物細胞濃度。由于進行氣體發(fā)酵的微生物大部分屬于自養(yǎng) 細菌，如發(fā)酵合成氣生產(chǎn)乙酸和乙醇的Clostridium 1 jungdahlii、發(fā)酵合成氣生成 乙酸、乙醇、丁酸和丁醇的Clostridium carboxidivorans以及一氧化碳發(fā)酵制氫的 Carboxydothermushydrogenoformans等細菌，它們利用C0、C02和H2作為碳源、電子供體和 能源進行生長時，均屬于自養(yǎng)細菌。一般來講，自養(yǎng)細菌在聚能效率方面不如異養(yǎng)細菌，因 而生長繁殖較慢，造成反應(yīng)器中的微生物濃度較低。另外，對于像常見的連續(xù)攪拌槽式反應(yīng) 器(CSTR)，微生物細胞處于懸浮狀態(tài)，當(dāng)出料時，微生物細胞和產(chǎn)物溶液一起流出反應(yīng)器， 其固體(微生物)停留時間和水力停留時間不能有效分離，微生物細胞流失嚴(yán)重。因此，反 應(yīng)器不能在較高的微生物細胞濃度條件下運行，也就不可能獲得較高的發(fā)酵反應(yīng)速率和產(chǎn) 物濃度。采用固定化生物膜系統(tǒng)和微生物膜分離系統(tǒng)能夠避免微生物細胞流失，提高反應(yīng) 器中的微生物細胞濃度。因此，克服以上三種不足，開發(fā)具有較快發(fā)酵反應(yīng)速率的高效反應(yīng)器，是合成氣發(fā) 酵乃至其它難溶氣體發(fā)酵實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有難溶氣體發(fā)酵技術(shù)中的不足，即較低的氣液傳質(zhì) 速率、較低的氣體利用效率和較低的微生物細胞濃度，提供一種無泡供氣_固液分離一體 式膜生物膜反應(yīng)器，以提高難溶氣體為原料的發(fā)酵反應(yīng)速率，為合成氣發(fā)酵乃至其它難溶 氣體發(fā)酵實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。為實現(xiàn)以上目的，本實用新型采取以下的技術(shù)方案一種無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器，包括反應(yīng)器罐體，布氣管、無泡 供氣中空纖維膜組件、布水管、固液分離膜組件置于反應(yīng)器罐體內(nèi)，且無泡供氣中空纖維膜 組件和固液分離膜組件的頂端低于反應(yīng)器罐體內(nèi)液面無泡供氣中空纖維膜組件通過布氣 管連通到原料氣貯罐，布水管經(jīng)過進料泵連通到培養(yǎng)基貯罐，固液分離膜組件經(jīng)過抽吸泵 連通液體產(chǎn)物出口，反應(yīng)器罐體底部設(shè)有循環(huán)水出口，循環(huán)水出口通過循環(huán)泵連通布水管， 反應(yīng)器罐體頂部設(shè)置有氣體產(chǎn)物出口，反應(yīng)器罐體上安裝有溫度計、PH計和壓力表，便于監(jiān) 測和調(diào)整反應(yīng)器的相關(guān)運行參數(shù)，反應(yīng)器罐體上還安裝有補料口，便于添加接種物或其它 溶液。所述的無泡供氣中空纖維膜組件可以是簾式中空纖維膜組件，也可以是筒式中空 纖維膜組件，由于中空纖維膜組件與其它形式的膜組件相比，具有最大的面積/體積比，因 此，選擇中空纖維膜組件。所述的簾式中空纖維膜組件由若干根并列的中空纖維膜、兩根連接桿、一根進氣 管、一根膜封閉管和一個掛鉤組成，兩根連接桿分別連接平行的進氣管和膜封閉管，構(gòu)成一 個矩形框架，中空纖維膜并列地布置于框架內(nèi)，其中一端穿設(shè)于進氣管并用環(huán)氧樹脂固定， 另一端埋入膜封閉管并用環(huán)氧樹脂密封固定，使氣體只能從中空纖維膜一端進入且不能從 另一端流出，掛鉤將簾式中空纖維膜組件固定于反應(yīng)器罐體內(nèi)。所述的筒式中空纖維膜組件由若干根并列的中空纖維膜、進氣口、進氣端、膜封閉 板、支撐架組成，進氣口置于圓形進氣端頂部中央位置，中空纖維膜的一端穿設(shè)于進氣端并用環(huán)氧樹脂固定，另一端埋入圓形的膜封閉板并用環(huán)氧樹脂密封固定，使氣體只能從中空 纖維膜一端進入且不能從另一端流出，支撐架將筒式中空纖維膜組件固定于反應(yīng)器罐體 內(nèi)。所述的簾式中空纖維膜組件和筒式中空纖維膜組件，均為死端中空纖維膜組件， 氣體只能從中空纖維膜一端進入且不能從另一端流出，進入膜腔的氣體只能從膜孔中擴散 傳遞出去。所述的簾式中空纖維膜組件和筒式中空纖維膜組件，可根據(jù)處理能力或反應(yīng)器罐 體大小，設(shè)置單個或多個組件進行并聯(lián)，且單個組件的中空纖維膜的數(shù)量也可根據(jù)需要進 行選擇和調(diào)整，優(yōu)選的中空纖維膜的數(shù)量為30 10000根。所述的中空纖維膜為聚砜、聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯材料制成的微孔疏水透 氣薄膜，中空纖維膜的外徑為0. 015 4. 5mm,膜壁厚0. 005 0. 8mm,膜孔徑為0. 07 0. 45 μ m0所述的中空纖維膜具有如下特征中空纖維膜的透氣性膜壁作為在膜/液界面上 生物膜生長的支撐介質(zhì)，透氣性膜壁外側(cè)會形成一層厚度為10 2000 μ m的生物膜，生物 膜是一種包括微生物細胞、細胞產(chǎn)生的高聚物、截獲的非生物固體、基質(zhì)、代謝物和內(nèi)部孔 道的復(fù)雜集合體，透氣性膜壁為氣體的傳遞和生物膜的形成提供了一個較大的表面積，附 著生長有生物膜的中空纖維膜膜壁與氣體接觸緊密，氣體可以通過透氣性膜壁以最近的距 離直接傳遞到生物膜內(nèi)的固定微生物上，避免了氣液傳質(zhì)步驟，且在此傳遞過程中不會形 成氣泡，在氣體傳遞過程中絕大部分氣體被固定微生物吸收利用，極其微量的來不及被固 定微生物吸收利用的氣體傳遞到主體溶液(培養(yǎng)基溶液)中，被懸浮微生物吸收利用，因 此，能夠獲得近100%的氣體利用效率。所述的無泡供氣中空纖維膜組件，為確保無泡供氣，中空纖維膜膜腔內(nèi)氣體分壓 應(yīng)維持在起泡點壓力以下，對于孔徑為0. 07 0. 45 μ m的中空纖維膜組件，控制氣體分壓 低于0.45MPa即可保證實現(xiàn)無泡供氣。這是達到本實用新型技術(shù)目的的關(guān)鍵點之一。與現(xiàn)有的難溶氣體發(fā)酵技術(shù)相比，本實用新型的主要優(yōu)點如下(1)本實用新型反應(yīng)器中的無泡供氣中空纖維膜組件，使氣體以最近的距離直接 傳遞到生物膜中的固定細胞被吸收利用，避免了氣液傳質(zhì)步驟，提高了發(fā)酵反應(yīng)速率。(2)本實用新型反應(yīng)器中的無泡供氣中空纖維膜組件，實現(xiàn)了氣體在不形成氣泡 的情況下進行傳遞供氣，即無泡供氣，避免原料氣體以氣泡的形式逃離主體溶液而損失，從 而提高氣體利用效率。(3)本實用新型反應(yīng)器中的無泡供氣中空纖維膜組件，除了具有無泡供氣并將氣 體直接傳遞到生物膜上的功能，而且還具有細胞固定化的功能，附著在中空纖維膜上的生 物膜即為固定化細胞，細胞的固定化避免了發(fā)酵微生物的流失。(4)本實用新型反應(yīng)器中的固液分離膜組件在排放液體產(chǎn)物時能夠截流反應(yīng)器中 的發(fā)酵微生物，進一步避免微生物細胞流失，使反應(yīng)器始終在較高的發(fā)酵微生物細胞濃度 條件下運行，從而進一步提高發(fā)酵反應(yīng)速率。(5)本實用新型應(yīng)用較廣，發(fā)酵產(chǎn)物可為氣體，也可為液體。如果為氣體則從反應(yīng) 器頂部的氣體產(chǎn)物出口排出，如果為液體，則在固液分離膜組件和抽吸泵的輔助下從液體 產(chǎn)物出口排出。
5[0037](6)由于膜組件為模塊化設(shè)計，反應(yīng)器規(guī)?？纱罂尚?，以滿足不同的生產(chǎn)規(guī)模。本實用新型無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器，具有較高的發(fā)酵反應(yīng)速 率和產(chǎn)物濃度，能夠提高合成氣發(fā)酵乃至其它難溶氣體發(fā)酵的經(jīng)濟可行性。適用于各種難 溶氣體為原料的生物發(fā)酵過程，包括但不局限于合成氣發(fā)酵生產(chǎn)有機酸和醇類，一氧化碳 發(fā)酵制氫，以及生物脫硫(為脫硫微生物生長代謝提供碳源和能源)。

圖1是本實用新型無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記說明1-原料氣貯罐，2-進氣口，3-壓力表，4-氣體流量計，5-布氣管， 6-無泡供氣中空纖維膜組件，7-反應(yīng)器罐體，8-培養(yǎng)基貯罐，9-進料泵，10-布水管，11-循 環(huán)泵，12-固液分離膜組件，13-壓力表，14-抽吸泵，15-液體流量計，16-液體產(chǎn)物出口， 17-氣體產(chǎn)物出口，18-溫度計，19-pH計，20-補料口。圖2是簾式中空纖維膜組件結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記說明21_掛鉤，22-進氣管，23-連接桿，24-無泡供氣中空纖維膜， 25-膜封閉管。圖3是筒式中空纖維膜組件結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記說明26_進氣口，27-進氣端，28-無泡供氣中空纖維膜，29-膜封閉板， 30-支撐架。圖4是本實用新型無泡供氣膜生物膜工作原理圖；附圖標(biāo)記說明31_中空纖維膜，32-膜腔，33-膜壁，34-生物膜，35-培養(yǎng)基溶液， 36-懸浮微生物，37-固定微生物，38-原料氣，39-發(fā)酵產(chǎn)物。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的內(nèi)容做進一步詳細說明。應(yīng)注意的 是，本實用新型不限于以下實施例子，還可以有許多變形，凡是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能 從本實用新型公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本實用新型的保護范圍。本實施例中的無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器(參見圖1)，包括反應(yīng) 器罐體7，布氣管5、無泡供氣中空纖維膜組件6、布水管10、固液分離膜組件12置于反應(yīng)器 罐體7內(nèi)，且無泡供氣中空纖維膜組件6和固液分離膜組件12的頂端低于反應(yīng)器罐體7內(nèi) 液面30 50cm ；無泡供氣中空纖維膜組件6依次連通布氣管5、氣體流量計4、進氣口 2、原 料氣貯罐1 ；布水管10依次連通進料泵9、培養(yǎng)基貯罐8 ；固液分離膜組件12依次連通抽吸 泵14、液體流量計15、液體產(chǎn)物出口 16 ；反應(yīng)器罐體7底部設(shè)有循環(huán)水出口并通過循環(huán)泵 11連通布水管10，反應(yīng)器罐體7頂部設(shè)置有氣體產(chǎn)物出口 17，反應(yīng)器罐體7上安裝有溫度 計18、pH計19和壓力表，便于監(jiān)測和調(diào)整反應(yīng)器的相關(guān)運行參數(shù)，反應(yīng)器罐體7上還設(shè)置 有補料口 20，方便添加接種物或其它溶液。為便于調(diào)整工藝參數(shù)，在反應(yīng)器管路的多個位置 設(shè)置調(diào)節(jié)閥，氣體流量計4和抽吸泵14前端分別設(shè)置壓力表3和壓力表13。上述的無泡供氣中空纖維膜組件6可以是簾式中空纖維膜組件，也可以是筒式中 空纖維膜組件，由于中空纖維膜組件與其它形式的膜組件相比，具有最大的面積/體積比，因此，選擇中空纖維膜組件。上述的簾式中空纖維膜組件(參見圖2)，由若干根并列的中空纖維膜24、兩根連 接桿23、一根進氣管22、一根膜封閉管25和一個掛鉤21組成，兩根連接桿23分別連接平 行的進氣管22和膜封閉管25構(gòu)成一個矩形框架，中空纖維膜24并列地布置于框架內(nèi)，其 中一端穿設(shè)于進氣管22并用環(huán)氧樹脂固定，另一端埋入膜封閉管25并用環(huán)氧樹脂密封固 定，使氣體只能從中空纖維膜24 —端進入且不能從另一端流出，掛鉤21用于將簾式中空纖 維膜組件固定于反應(yīng)器罐體7內(nèi)。上述的筒式中空纖維膜組件(參見圖3)，由若干根并列的中空纖維膜28、進氣口 26、進氣端27、膜封閉板29、支撐架30組成，進氣口 26置于圓形進氣端27頂部中央位置， 中空纖維膜28的一端穿設(shè)于進氣端27內(nèi)部并用環(huán)氧樹脂固定，另一端埋入圓形的膜封閉 板29并用環(huán)氧樹脂密封固定，使氣體只能從中空纖維膜28 —端進入且不能從另一端流出， 支撐架30用于將筒式中空纖維膜組件固定于反應(yīng)器罐體7內(nèi)。上述的簾式中空纖維膜組件和筒式中空纖維膜組件，均為死端中空纖維膜組件， 氣體只能從中空纖維膜一端進入且不能從另一端流出，進入膜腔的氣體只能從膜孔中擴散 傳遞出去。上述的簾式中空纖維膜組件和筒式中空纖維膜組件，可根據(jù)處理能力以及反應(yīng)器 罐體大小，設(shè)置單個或多個組件進行并聯(lián)，且單個組件的中空纖維膜的數(shù)量也可根據(jù)需要 進行選擇調(diào)整，優(yōu)選的中空纖維膜的數(shù)量為30 10000根。上述的中空纖維膜為聚砜、聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯材料制成的微孔疏水透 氣薄膜，中空纖維膜的外徑為0. 015 4. 5mm,膜壁厚0. 005 0. 8mm,膜孔徑為0. 07 0. 45 μ m0無泡供氣膜生物膜的工作原理(參見圖4)為中空纖維膜31的透氣性膜壁33作 為在膜/液界面上生物膜34生長的支撐介質(zhì)，透氣性膜壁33外側(cè)會形成一層厚度為10 2000 μ m的生物膜34。生物膜34是一種包括微生物細胞、細胞產(chǎn)生的高聚物、截獲的非生 物固體、基質(zhì)、代謝物和內(nèi)部孔道的復(fù)雜集合體。透氣性膜壁33為膜腔32內(nèi)氣體38的傳 遞和生物膜34的形成提供了一個較大的表面積。附著生長有生物膜34的膜壁33與氣體 38接觸緊密，氣體38可以通過透氣性膜壁33以最近的距離直接傳遞到生物膜34內(nèi)的固 定微生物37上，避免了氣液傳質(zhì)步驟，且在此傳遞過程中不會形成氣泡。在氣體傳遞過程 中絕大部分氣體被固定微生物37吸收利用，極其微量的來不及被固定微生物37吸收利用 的氣體傳遞到主體溶液(培養(yǎng)基溶液35)中，被懸浮微生物36吸收利用，因此，能夠獲得近 100%的氣體利用效率。固定微生物37利用氣體生成的發(fā)酵產(chǎn)物39通過擴散作用傳遞到 生物膜34表面，在循環(huán)泵11執(zhí)行的由上到下的水力攪拌作用下，迅速將生物膜34表面的 發(fā)酵產(chǎn)物39帶走，從而保證發(fā)酵產(chǎn)物39的濃度梯度利于傳質(zhì)。為確保中空纖維膜組件的供氣方式為無泡供氣，中空纖維膜膜腔內(nèi)氣體分壓應(yīng)維 持在起泡點壓力以下，對于本實用新型中孔徑為0. 07 0. 45 μ m的中空纖維膜組件，控制 氣體分壓低于0. 45MPa即可保證實現(xiàn)無泡供氣。本實用新型中所述的中空纖維膜為常規(guī)纖維膜，可從市場購買。固液分離膜組件以及細胞分離技術(shù)，是一個已經(jīng)商業(yè)化了的產(chǎn)品及成熟技術(shù)，國 內(nèi)外多家企業(yè)如南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所、無錫市超濾設(shè)備廠、余姚膜分離設(shè)備廠、山東招遠膜分離設(shè)備廠、上海朗極化工科技有限公司、杭州凱宏膜技術(shù)有限公司、天津膜天 膜科技有限公司等均有銷售。固液分離膜組件內(nèi)裝有超濾膜或微濾膜，允許水、小分子有 機酸、醇等物質(zhì)通過，發(fā)酵細胞等顆粒物不能通過，從而使發(fā)酵細胞保留在反應(yīng)器中，而發(fā) 酵產(chǎn)物可以從反應(yīng)器中排出。因此，本實用新型的固液分離膜組件直接采用現(xiàn)有技術(shù)。本實施例中的無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器的運行過程如下在反應(yīng)器啟動時，從補料口 20向反應(yīng)器罐體7通入蒸汽進行滅菌，滅菌時間 30min，緊接著從培養(yǎng)基貯罐8通過進料泵9向反應(yīng)器罐體7泵入無菌培養(yǎng)基，直到培養(yǎng)基 液面高于無泡供氣中空纖維膜組件和固液分離膜組件頂端30 50cm，在溫度計18和pH計 19的輔助下，調(diào)節(jié)并控制反應(yīng)器罐體7內(nèi)的溫度和pH為所需值。從補料口 20添加接種液 和有機碳源(如葡萄糖溶液)，開啟循環(huán)泵11對反應(yīng)器內(nèi)的液體進行攪拌，但控制循環(huán)量不 能太大，循環(huán)量過大會減緩生物膜的形成，經(jīng)過10 20天的培養(yǎng)，無泡供氣中空纖維膜組 件6內(nèi)中空纖維膜31的膜壁33上面會形成一層厚度為10 2000 μ m的生物膜34，生物膜 34主要由固定微生物37組成，同時主體溶液(培養(yǎng)基溶液35)中仍然有懸浮微生物36。打 開原料氣貯罐1從進氣口 2向無泡供氣中空纖維膜組件6供氣，并根據(jù)壓力表3調(diào)節(jié)進氣 閥控制進氣壓力低于0. 45MPa以保證無泡供氣。原料氣38進入中空纖維膜31的膜腔32， 并從膜壁33的膜孔中擴散傳遞到生物膜34上，絕大部分氣體被生物膜34內(nèi)的固定微生物 37吸收利用生成發(fā)酵產(chǎn)物39，發(fā)酵產(chǎn)物39隨即擴散到培養(yǎng)基溶液35，來不及被固定微生物 37利用的氣體進入培養(yǎng)基溶液35，被懸浮微生物進一步利用生成發(fā)酵產(chǎn)物。如果發(fā)酵產(chǎn)物 為氣體(例如一氧化碳發(fā)酵制氫)，打開氣體產(chǎn)物出口 17，收集發(fā)酵產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物。如果 發(fā)酵產(chǎn)物為液體(例如合成氣發(fā)酵制乙醇和乙酸)，且發(fā)酵產(chǎn)物濃度達到預(yù)期值時，打開液 體產(chǎn)物出口 16并啟動抽吸泵14，在固液分離膜組件12的膜分離作用下，含發(fā)酵產(chǎn)物但不含 微生物細胞的液體從液體產(chǎn)物出口 16流出，而微生物細胞被截留在反應(yīng)器罐體7內(nèi)，從而 避免微生物細胞流失，使反應(yīng)器始終在較高的微生物細胞濃度條件下運行。在發(fā)酵過程中 定期從培養(yǎng)基貯罐8通過進料泵9向反應(yīng)器罐體7內(nèi)補充培養(yǎng)基，以保證發(fā)酵微生物正常 生長代謝所需的營養(yǎng)成分。
權(quán)利要求一種無泡供氣 固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器，包括反應(yīng)器罐體，其特征在于布氣管、無泡供氣中空纖維膜組件、布水管、固液分離膜組件置于反應(yīng)器罐體內(nèi)，無泡供氣中空纖維膜組件和固液分離膜組件的頂端低于反應(yīng)器罐體內(nèi)液面無泡供氣中空纖維膜組件通過布氣管連通到原料氣貯罐，布水管經(jīng)過進料泵連通到培養(yǎng)基貯罐，固液分離膜組件經(jīng)過抽吸泵連通液體產(chǎn)物出口；反應(yīng)器罐體底部設(shè)有循環(huán)水出口，循環(huán)水出口通過循環(huán)泵連通布水管；反應(yīng)器罐體頂部設(shè)置有氣體產(chǎn)物出口，反應(yīng)器罐體上安裝有溫度計、pH計和壓力表，反應(yīng)器罐體上還安裝有補料口；中空纖維膜膜腔內(nèi)氣體分壓低于起泡點壓力，以保證無泡供氣中空纖維膜組件實現(xiàn)無泡供氣。
2.如權(quán)利要求1所述的無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器，其特征在于所述 的無泡供氣中空纖維膜組件為死端中空纖維膜組件，是簾式中空纖維膜組件或筒式中空纖 維膜組件。
3.如權(quán)利要求2所述的無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器，其特征在于所述 的簾式中空纖維膜組件由若干根并列的中空纖維膜、兩根連接桿、一根進氣管、一根膜封閉 管和一個掛鉤組成，兩根連接桿分別連接平行的進氣管和膜封閉管，構(gòu)成一個矩形框架，中 空纖維膜并列地布置于框架內(nèi)，其中一端穿設(shè)于進氣管并用環(huán)氧樹脂固定，另一端埋入膜 封閉管并用環(huán)氧樹脂密封固定，使氣體只能從中空纖維膜一端進入且不能從另一端流出， 掛鉤將簾式中空纖維膜組件固定于反應(yīng)器罐體內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器，其特征在于所述 的筒式中空纖維膜組件由若干根并列的中空纖維膜、進氣口、進氣端、膜封閉板、支撐架組 成，進氣口置于圓形進氣端頂部中央位置，中空纖維膜的一端穿設(shè)于進氣端并用環(huán)氧樹脂 固定，另一端埋入圓形的膜封閉板并用環(huán)氧樹脂密封固定，使氣體只能從中空纖維膜一端 進入且不能從另一端流出，支撐架將筒式中空纖維膜組件固定于反應(yīng)器罐體內(nèi)。
5.如權(quán)利要求2所述的無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器，其特征在于所述 的簾式中空纖維膜組件和筒式中空纖維膜組件，可根據(jù)處理能力或反應(yīng)器罐體大小，設(shè)置 單個或多個組件進行并聯(lián)。
6.如權(quán)利要求1或2所述的無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器，其特征在于 所述的中空纖維膜為聚砜、聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯材料制成的微孔疏水透氣薄膜，中 空纖維膜的外徑為0. 015 4. 5mm,膜壁厚0. 005 0. 8mm,膜孔徑為0. 07 0. 45 μ m。
7.如權(quán)利要求6所述的無泡供氣_固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器，其特征在于中空 纖維膜膜腔內(nèi)氣體分壓低于0. 45MPa。
專利摘要本實用新型提供了一種無泡供氣－固液分離一體式膜生物膜反應(yīng)器。布氣管、無泡供氣中空纖維膜組件、布水管、固液離膜組件置于反應(yīng)器罐體內(nèi)，無泡供氣中空纖維膜組件和固液分離膜組件的頂端低于罐體內(nèi)液面無泡供氣中空纖維膜組件通過布氣管連通到原料氣貯罐，布水管經(jīng)過進料泵連通到培養(yǎng)基貯罐，固液分離膜組件經(jīng)過抽吸泵連通液體產(chǎn)物出口；罐體上還設(shè)有循環(huán)水出口、氣體產(chǎn)物出口、補料口、溫度計、pH計和壓力表；中空纖維膜膜腔內(nèi)氣體分壓低于起泡點壓力，以保證無泡供氣中空纖維膜組件實現(xiàn)無泡供氣。本實用新型反應(yīng)器具有較高的發(fā)酵反應(yīng)速率和產(chǎn)物濃度，能夠提高合成氣發(fā)酵乃至其它難溶氣體發(fā)酵的經(jīng)濟可行性，適用于各種難溶氣體為原料的生物發(fā)酵過程。
文檔編號C12M1/12GK201648392SQ2010201615
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者孔曉英, 孫永明, 徐惠娟, 李 東, 李連華, 袁振宏, 許敬亮 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所