本實(shí)用新型涉及膜組件、含該膜組件的生物反應(yīng)器及發(fā)酵設(shè)備。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的分批培養(yǎng)發(fā)酵過程，由于細(xì)胞的代謝產(chǎn)物對細(xì)胞有抑制作用，隨著代謝產(chǎn)物的積累，細(xì)胞的比生長速率將逐漸下降。因此，發(fā)酵進(jìn)行到一定程度菌體就停止繁殖。本領(lǐng)域仍然需要在發(fā)酵過程中，在不影響菌體活性的條件下，將抑制菌體生長的目標(biāo)產(chǎn)物或代謝副產(chǎn)物原位分離出來，使菌體快速生長到很高的濃度，并保持發(fā)酵過程的連續(xù)進(jìn)行，提高目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型提供膜組件、含該膜組件的生物反應(yīng)器及發(fā)酵設(shè)備，用于氣態(tài)底物的高效發(fā)酵和產(chǎn)物分離。具體而言，本實(shí)用新型的膜組件包括：膜；和位于所述膜的一端的連接管件，用于使膜與外部管路連通；其中，膜的另一端為盲端。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜為有機(jī)膜、陶瓷膜或金屬膜。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜的結(jié)構(gòu)為管式、板式或卷式。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜為超濾膜或微濾膜。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜為中空纖維式超濾膜或微濾膜。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，使用固定封頭密封所述膜的另一端，形成所述盲端。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜組件包括2根以上，例如2～20根并聯(lián)的膜，各膜一端均為盲端，另一端各自包括用于使膜與外部管路連通的連接管件。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述含2根以上，例如2～20根并聯(lián)的膜的膜組件中，經(jīng)由固定件將各膜固定在相對稱的位置上。本實(shí)用新型的生物反應(yīng)器包括：(1)發(fā)酵罐；和(2)置于發(fā)酵罐內(nèi)的膜組件；其中，所述膜組件包括：膜；和位于所述膜的一端的連接管件，用于使膜與外部管路連通；其中，膜的另一端為盲端。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜為有機(jī)膜、陶瓷膜或金屬膜。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜的結(jié)構(gòu)為管式、板式或卷式。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜為超濾膜或微濾膜。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜為中空纖維式超濾膜或微濾膜。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，使用固定封頭密封所述膜的另一端，形成所述盲端。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜組件包括2根以上，例如2～20根并聯(lián)的膜，各膜一端均為盲端，另一端各自包括用于使膜與外部管路連通的連接管件。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述含2根以上，例如2～20根并聯(lián)的膜的膜組件中，經(jīng)由固定件將各膜固定在相對稱的位置上。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜與所述連接管件可拆卸地固定在一起。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述生物反應(yīng)器還包括置于發(fā)酵罐內(nèi)的氣泡發(fā)生器。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述氣泡發(fā)生器位于發(fā)酵罐底部，數(shù)量為1～8個(gè)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述氣泡發(fā)生器為多孔文丘里管式、在線混合器式或渦旋式氣泡發(fā)生器。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述生物反應(yīng)器還包括置于發(fā)酵罐內(nèi)的導(dǎo)流筒。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜組件位于置于發(fā)酵罐內(nèi)的導(dǎo)流筒內(nèi)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述導(dǎo)流筒內(nèi)具有固定格柵，用于固定所述膜組件。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜組件與所述導(dǎo)流筒可拆卸固定，或膜組件中用于固定膜的構(gòu)件與所述導(dǎo)流筒一體成型。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述膜組件置于所述導(dǎo)流筒的中下部。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述導(dǎo)流筒壁上具有通孔，以允許連接膜組件與外部設(shè)備的管路通過。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述發(fā)酵罐壁上具有通孔，以允許連接膜組件與外部設(shè)備的管路通過。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述連接膜組件與外部設(shè)備的管路經(jīng)由發(fā)酵罐蓋與外部設(shè)備連接。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，在所述管路發(fā)酵罐外的部分上設(shè)置三通閥。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述氣泡發(fā)生器設(shè)置為位于導(dǎo)流筒內(nèi)部。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述發(fā)酵罐為攪拌型或者氣升型發(fā)酵罐。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述發(fā)酵罐還包括種子液進(jìn)口、氣體入口、氣體出口、pH調(diào)節(jié)劑入口和培養(yǎng)基進(jìn)口。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述生物反應(yīng)器包括：發(fā)酵罐和置于發(fā)酵罐內(nèi)的氣泡發(fā)生器、膜組件和導(dǎo)流筒；其中，所述氣泡發(fā)生器數(shù)量為1～8個(gè)，位于發(fā)酵罐底部；所述膜組件具有2根以上，例如2～20根膜，均布在所述導(dǎo)流筒內(nèi)部，且所述膜底部為盲端，上部具有用于與外部管路連通的連接管件。本實(shí)用新型還提供一套發(fā)酵設(shè)備，該發(fā)酵設(shè)備包括：(1)本文所述的生物反應(yīng)器；和(2)供氣裝置。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述供氣裝置包括煤氣緩沖罐、氣體壓縮機(jī)和氣體冷卻器。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述設(shè)備還包括種子罐，所述種子罐與氣體冷卻器和生物反應(yīng)器連通，用于向生物反應(yīng)器提供種子液。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述氣體冷卻機(jī)向種子罐提供氣體，并經(jīng)由生物反應(yīng)器底部和經(jīng)由所述膜組件向所述發(fā)酵罐提供氣體。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述設(shè)備還包括循環(huán)風(fēng)機(jī)，用于將來自種子罐和生物反應(yīng)器的氣體循環(huán)到種子罐或生物反應(yīng)器中。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述設(shè)備還包括pH調(diào)節(jié)罐，用于向生物反應(yīng)器的培養(yǎng)液提供用于調(diào)節(jié)其pH的試劑。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述設(shè)備還包括補(bǔ)料罐，用于向生物反應(yīng)器添加發(fā)酵液。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述設(shè)備還包括計(jì)量泵，用于給種子液、pH調(diào)節(jié)劑或培養(yǎng)基計(jì)量后加到生物反應(yīng)器內(nèi)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述設(shè)備還包括產(chǎn)物儲(chǔ)罐，經(jīng)由所述三通閥與所述膜組件相連。本實(shí)用新型的其他方面由于本文的公開內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。附圖說明圖1為合成氣生物反應(yīng)器10的結(jié)構(gòu)圖，其中包括：11，發(fā)酵罐罐體；21，膜組件；31，導(dǎo)流筒；41，進(jìn)氣管；51，膜連接管；61，固定格柵；71，氣泡發(fā)生器。圖2為單個(gè)膜組件的結(jié)構(gòu)圖，組成包括：210，膜；61，固定格柵；51，膜連接管；220，連接件；230，固定封頭。圖3為合成氣為發(fā)酵底物，厭氧微生物在生物反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)發(fā)酵、產(chǎn)物分離一體化發(fā)酵過程的工藝流程圖。裝置包括：1，煤氣緩沖罐；2，氣體壓縮機(jī)；3，氣體冷卻機(jī)；4，循環(huán)風(fēng)機(jī)；5，種子罐；6，pH調(diào)節(jié)罐；7，補(bǔ)料罐；8，產(chǎn)物儲(chǔ)罐；9，計(jì)量泵；10，生物反應(yīng)器。具體實(shí)施方式本實(shí)用新型旨在提高氣態(tài)底物發(fā)酵特別是含CO、H2和CO2的焦?fàn)t煤氣底物的微生物發(fā)酵效率，并實(shí)現(xiàn)在發(fā)酵過程中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的分離。本實(shí)用新型能從封閉合成氣發(fā)酵系統(tǒng)中高效地生成發(fā)酵產(chǎn)物，并連續(xù)分離出發(fā)酵產(chǎn)物，防止了產(chǎn)物抑制。通過采用本文提供的生物反應(yīng)器和發(fā)酵設(shè)備實(shí)現(xiàn)本文各方面目的。本實(shí)用新型的生物反應(yīng)器包括：(1)發(fā)酵罐；和(2)置于發(fā)酵罐內(nèi)的膜組件；其中，所述膜組件包括：膜；和位于所述膜的一端的連接管件，用于使膜與外部管路連通；其中，膜的另一端為盲端。在某些實(shí)施方案中，本實(shí)用新型的生物反應(yīng)器為發(fā)酵罐。適用于本實(shí)用新型的發(fā)酵罐可具有常規(guī)的發(fā)酵罐的罐體，并根據(jù)本實(shí)用新型的要求做出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)修改。例如，發(fā)酵罐可具有常規(guī)的攪拌型或者氣升型發(fā)酵罐的罐體。通常，發(fā)酵罐包括罐體、罐蓋以及相應(yīng)的出口和入口，如氣體入口、氣體出口、發(fā)酵液(培養(yǎng)基)入口、種子液入口、pH調(diào)節(jié)劑入口等。膜組件通常位于發(fā)酵罐的中下部。膜組件中的膜可以是本領(lǐng)域常用于分離發(fā)酵產(chǎn)物的各種膜，包括但不限于有機(jī)膜、陶瓷膜或金屬膜，其結(jié)構(gòu)可以是管式、板式或卷式。膜也可以是超濾膜或微濾膜。在某些實(shí)施方案中，膜為中空纖維式超濾膜或微濾膜。在某些實(shí)施方案中，膜的平均孔徑在4～100nm的范圍內(nèi)，例如在30～70nm的范圍內(nèi)。膜的直徑可在2～10cm的范圍內(nèi)，例如2～7cm。膜的高度可為發(fā)酵罐高度的1/6～2/3，例如1/6到1/3。通常，膜組件應(yīng)在發(fā)酵液的液面下?？筛鶕?jù)膜組件中膜的數(shù)量、發(fā)酵罐的容積等確定膜的直徑和高度等。本實(shí)用新型中，膜的一端為盲端，通常可使用固定封頭進(jìn)行密封。膜的另一端固定有連接管件，用于使膜與外部管路連通。連接管件可具有任意合適的結(jié)構(gòu)，并與膜可拆卸地連接。例如，連接管件可具有基座，用于固定(如箍緊)膜，以及從該基座中延伸出來的管件。圖2示出了本實(shí)用新型膜組件的一個(gè)實(shí)例，包括膜210，連接管件220和固定封頭230。所述膜組件可包括2根以上，例如2～20根(如2～15根、2～10根、2～8根)并聯(lián)的膜，各膜一端均為盲端，另一端各自包括用于使膜與外部管路連通的連接管件。膜的數(shù)量可根據(jù)發(fā)酵罐的容量確定。這類膜組件中，可經(jīng)由固定件將各膜固定起來，優(yōu)選是固定在相對稱的位置上。例如，固定件可將各固定封頭串聯(lián)起來，或者將各連接管件的基座串聯(lián)起來。本文中，所述相對稱的位置指膜相互之間的直線距離相等。例如，在使用3根膜的情況下，從橫截面上看，3根膜分別位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)。通常，本實(shí)用新型的膜組件中的膜外部無外殼之類的結(jié)構(gòu)。膜的連接管件可與外部管路連通。所述外部管路通常指膜組件以外的其它管路結(jié)構(gòu)。罐體或罐蓋上可具有通孔，以允許外部管路可穿過發(fā)酵罐的罐體，或者穿過發(fā)酵罐的罐蓋而與外部設(shè)備連通?；蛘?，也可將所述連接管件設(shè)計(jì)得足夠長，從而由該連接管件穿過罐體或罐蓋，再與外部管路連接。發(fā)酵罐內(nèi)可設(shè)有導(dǎo)流筒。導(dǎo)流筒兩頭開口，可安放在發(fā)酵罐底部。此時(shí)，膜組件通常位于導(dǎo)流筒內(nèi)，并通常位于導(dǎo)流筒的中下部。導(dǎo)流筒的內(nèi)壁上可設(shè)置格柵，用于固定膜組件。通常，導(dǎo)流筒壁的厚度不超過1cm。導(dǎo)流筒的外徑為發(fā)酵罐內(nèi)徑1/3到2/3之間。導(dǎo)流筒的高度不應(yīng)超出發(fā)酵罐的高度，通常為發(fā)酵罐高度的2/3到3/4之間。通常，導(dǎo)流筒的高度也應(yīng)在發(fā)酵液的液面之下。在某些實(shí)施方案中，膜組件與導(dǎo)流筒可拆卸；在其它實(shí)施方案中，膜組件中用于固定膜的構(gòu)件與導(dǎo)流筒一體成型。本文中，用于固定膜的構(gòu)件為膜組件中除膜以外的其它部件，包括但不限于前文所述的固定封頭、將固定封頭或連接管件的基座串聯(lián)起來的固定件等。在管路穿過罐體的情況下，可在導(dǎo)流筒上設(shè)置通孔，允許外部管路或連接管件穿過該通孔，并穿過罐體。通常，導(dǎo)流筒、罐體及罐蓋上的通孔與管路緊密結(jié)合，以阻止發(fā)酵液透過該通孔。在某些實(shí)施方案中，可在導(dǎo)流筒、罐體或罐蓋的所述通孔中設(shè)置連接管件，該連接管件與導(dǎo)流筒、罐體或罐蓋經(jīng)由密封件密封連接，或與導(dǎo)流筒、罐體或罐蓋一體成型。在這些實(shí)施方案中，膜組件上的連接管件可直接與導(dǎo)流筒上的連接管件密封連接，或者可經(jīng)由獨(dú)立的連接管件與導(dǎo)流筒上的連接管件密封連接。同樣地，導(dǎo)流筒的連接管件與罐體的連接管件之間可直接密封連接，也可通過獨(dú)立的連接管件密封連接。罐體或罐蓋外部的管路可通過罐體或罐蓋上的連接管件密封連接。密封連接的方式為本領(lǐng)域所周知，例如使用本領(lǐng)域常規(guī)的螺紋密封。發(fā)酵罐內(nèi)還可設(shè)置有氣泡發(fā)生器。氣泡發(fā)生器通常位于發(fā)酵罐底部，數(shù)量為1～8個(gè)。氣泡發(fā)生器可以是本領(lǐng)域周知的各種氣泡發(fā)生器，包括但不限于多孔文丘里管式、在線混合器式或渦旋式氣泡發(fā)生器。在具有導(dǎo)流筒的情況下，氣泡發(fā)生器通常設(shè)置為位于導(dǎo)流筒內(nèi)部。氣泡發(fā)生器中的氣體為本實(shí)用新型使用的焦?fàn)t煤氣。在某些實(shí)施方案中，在與膜連通的發(fā)酵罐外的管路上設(shè)有三通閥。通常，三通閥的數(shù)量與膜的數(shù)量相同。每根膜內(nèi)流體的流通和切換由各自的三通閥來控制。從各三通閥延伸出來的管路可匯集成一根管路，與其它外部設(shè)備連通。三通閥用來控制膜與供氣裝置以及膜與產(chǎn)物儲(chǔ)罐的連通。圖1示出了本實(shí)用新型生物反應(yīng)器10的一個(gè)具體實(shí)施例。該生物反應(yīng)器10包括發(fā)酵罐罐體11，膜組件21，導(dǎo)流筒31，進(jìn)氣管41，膜連接管51，固定格柵61和氣泡發(fā)生器71。在某些實(shí)施方案中，本實(shí)用新型的生物反應(yīng)器包括：發(fā)酵罐和置于發(fā)酵罐內(nèi)的氣泡發(fā)生器、膜組件和導(dǎo)流筒；其中，所述氣泡發(fā)生器數(shù)量為1～8個(gè)，位于發(fā)酵罐底部并位于導(dǎo)流筒內(nèi)部；所述膜組件具有2根以上，例如2～20根膜，均布在所述導(dǎo)流筒內(nèi)部，且所述膜底部為盲端，上部具有用于與外部管路連通的連接管件。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，導(dǎo)流筒及罐體上允許連接所述膜組件與外部設(shè)備的管路密封穿過的通孔。在其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，在導(dǎo)流筒和罐體上的所述通孔中設(shè)置連接管件，該連接管件與導(dǎo)流筒、罐體或罐蓋經(jīng)由密封件密封連接，或與導(dǎo)流筒、罐體或罐蓋一體成型。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，膜組件與導(dǎo)流筒可拆卸。在其它優(yōu)選的實(shí)施方案中，用于固定膜的構(gòu)件與導(dǎo)流筒一體成型。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在與膜連通的發(fā)酵罐外的管路上設(shè)置有三通閥，用于控制每根膜內(nèi)流體的流通和切換。本實(shí)用新型的發(fā)酵設(shè)備含有本文所述的生物反應(yīng)器和供氣裝置。在某些實(shí)施方案中，所述供氣裝置包括煤氣緩沖罐、氣體壓縮機(jī)和氣體冷卻器，任選地，所述煤氣緩沖罐、氣體壓縮機(jī)和氣體冷卻器依次連接。在某些實(shí)施方案中，所述設(shè)備還包括種子罐，用于提供種子液。種子液與發(fā)酵罐之間可連接有計(jì)量泵，種子液經(jīng)由該計(jì)量泵計(jì)量后加到所述發(fā)酵罐內(nèi)。供氣裝置可向種子罐和發(fā)酵罐提供氣體。在某些實(shí)施方案中，氣體經(jīng)由氣體冷卻機(jī)向種子罐提供氣體。同樣地，氣體冷卻機(jī)從生物反應(yīng)器的發(fā)酵罐的底部向該發(fā)酵罐供氣，和/或經(jīng)由所述三通閥向所述膜組件供氣，從而實(shí)現(xiàn)向發(fā)酵罐供氣。本實(shí)用新型的發(fā)酵設(shè)備還可包括循環(huán)風(fēng)機(jī)，用于循環(huán)種子罐和生物反應(yīng)器的發(fā)酵罐內(nèi)的氣體。具體而言，種子罐內(nèi)的氣體以及發(fā)酵罐內(nèi)的氣體可經(jīng)由循環(huán)風(fēng)機(jī)循環(huán)回到種子罐和發(fā)酵罐。循環(huán)的氣體可與來自氣體冷卻機(jī)的氣體混合后經(jīng)由相同的管路返回到所述發(fā)酵罐中。本實(shí)用新型的發(fā)酵設(shè)備還可包括pH調(diào)節(jié)罐，用于向生物反應(yīng)器的培養(yǎng)液提供用于調(diào)節(jié)其pH的試劑；以及補(bǔ)料罐，用于向生物反應(yīng)器添加發(fā)酵液。發(fā)酵之初生物反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵液也可由所述補(bǔ)料罐提供。pH調(diào)節(jié)罐和補(bǔ)料罐都可經(jīng)由計(jì)量泵與發(fā)酵罐相連。本實(shí)用新型的發(fā)酵設(shè)備還可包括產(chǎn)物儲(chǔ)罐，經(jīng)由所述三通閥與所述膜組件相連。圖3示出了本實(shí)用新型發(fā)酵設(shè)備的一個(gè)具體實(shí)施例。該套發(fā)酵設(shè)備包括煤氣緩沖罐1，氣體壓縮機(jī)2，氣體冷卻機(jī)3，循環(huán)風(fēng)機(jī)4，種子罐5，pH調(diào)節(jié)罐6，補(bǔ)料罐7，產(chǎn)物儲(chǔ)罐8，計(jì)量泵9，和生物反應(yīng)器10。凈化后的焦?fàn)t煤氣與二氧化碳以適當(dāng)?shù)谋壤旌虾筮M(jìn)入煤氣緩沖罐1內(nèi)，經(jīng)由氣體壓縮機(jī)2壓縮至適當(dāng)壓力后進(jìn)入氣體冷卻機(jī)3中冷卻至合適的溫度，然后分別提供給種子罐和發(fā)酵罐，作為種子罐5內(nèi)的種子液的發(fā)酵底物和發(fā)酵罐內(nèi)微生物的發(fā)酵底物。氣體可通過生物反應(yīng)器10的底部以及經(jīng)由三通閥進(jìn)入膜組件而提供給生物反應(yīng)器10的發(fā)酵罐。種子罐5內(nèi)的種子液經(jīng)計(jì)量泵9計(jì)量后提供給發(fā)酵罐，種子罐內(nèi)經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的氣體經(jīng)由循環(huán)風(fēng)機(jī)循環(huán)，與氣體冷卻機(jī)3提供的氣體混合后再次提供給種子罐5和生物反應(yīng)器10。在合適的條件下發(fā)酵一定時(shí)間后，生物反應(yīng)器10內(nèi)的氣體從發(fā)酵罐頂部排出，經(jīng)由循環(huán)風(fēng)機(jī)循環(huán)，與氣體冷卻機(jī)3提供的氣體和/或種子罐5中排出的氣體混合后再次提供給種子罐5和生物反應(yīng)器10。在需要時(shí)，可通過pH調(diào)節(jié)罐向發(fā)酵罐內(nèi)提供合適的pH調(diào)節(jié)劑，以調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH；同樣地，可通過補(bǔ)料罐向發(fā)酵罐補(bǔ)充發(fā)酵液。發(fā)酵過程中，可通過切換三通閥，使所有膜組件都連接到煤氣管路，用于向發(fā)酵罐提供氣體。隨著發(fā)酵的逐步進(jìn)行，可將膜組件中的部分膜切換成出液模式，即調(diào)節(jié)三通閥，停止向這些膜供應(yīng)氣體，使這些膜與產(chǎn)物儲(chǔ)罐8連通，通過發(fā)酵罐內(nèi)外壓差產(chǎn)生過濾動(dòng)力，發(fā)酵罐內(nèi)氣液循環(huán)流動(dòng)對膜組件產(chǎn)生錯(cuò)流沖刷，這些膜持續(xù)濾出發(fā)酵產(chǎn)物，如乙酸銨溶液。在持續(xù)發(fā)酵過程中，需要對膜組件進(jìn)行反沖洗。每間隔數(shù)小時(shí)(例如4～6小時(shí))，對膜組件中的各膜輪替切換出液和通氣模式，即由煤氣對膜組件進(jìn)行反沖洗，使過濾過程中附著在膜面的濾餅破碎脫落，恢復(fù)膜通量。應(yīng)理解的是，本實(shí)用新型生物反應(yīng)器和發(fā)酵設(shè)備涉及的各個(gè)部件的材料及其尺寸均可以是本領(lǐng)域常規(guī)的材料和尺寸。例如，可根據(jù)發(fā)酵罐的罐體的深度和寬度設(shè)計(jì)導(dǎo)流筒的高度和寬度。導(dǎo)流筒可以是金屬材質(zhì)，也可以是陶瓷材質(zhì)。各管路可以是塑料材質(zhì)，也可以是金屬材質(zhì)，或者是陶瓷材質(zhì)。此外，本實(shí)用新型發(fā)酵設(shè)備中除本實(shí)用新型的生物反應(yīng)器外，其余裝置，例如煤氣緩沖罐、氣體壓縮機(jī)、循環(huán)風(fēng)機(jī)、種子罐、pH調(diào)節(jié)罐、補(bǔ)料罐、產(chǎn)物儲(chǔ)罐、計(jì)量泵、三通閥、以及它們之間的連接管線等均可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的裝置。因此，可使用本實(shí)用新型的生物反應(yīng)器或發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵微生物。發(fā)酵可以為厭氧發(fā)酵，使用焦?fàn)t煤氣作為發(fā)酵底物?？刹捎帽绢I(lǐng)域常規(guī)的焦?fàn)t煤氣作為發(fā)酵底物。在某些實(shí)施方案中，以體積百分比(v/v)計(jì)，凈化處理過的焦?fàn)t煤氣可含有20～30％的CH4，55～65％的H2，1～5％的CO2，2～6％的CO，7～10％的其它成份(如N2)。在某些實(shí)施方案中，以體積百分比計(jì)，凈化處理過的焦?fàn)t煤氣可含有22～26％的CH4，58～63％的H2，2～4％的CO2，3～5％的CO，8～10％的其它成份(如N2)。向凈化處理過的焦?fàn)t煤氣補(bǔ)充CO2，使氣體在例如本實(shí)用新型的氣體儲(chǔ)罐1中充分混合。通常，CO2的補(bǔ)入量應(yīng)使得所得氣體中，H2與CO2的摩爾比在1.0～5.0：1的范圍內(nèi)，例如在1.5～4.5：1的范圍內(nèi)，或者在1.5～4.0：1的范圍內(nèi)，或者在1.5～3.5：1的范圍內(nèi)，或者在1.5～3.0：1的范圍內(nèi)，或者在2.0～3.5：1的范圍內(nèi)，或者在2.0～3.0：1的范圍內(nèi)。在某些優(yōu)選的實(shí)施方案中，以體積百分比計(jì)，用于發(fā)酵的焦?fàn)t煤氣含有16～23％的CH4、44～51％的H2、18～30％的CO2、2.5～4.0％的CO、4.5～6.5％的N2及余量的雜質(zhì)(包括O2)。更優(yōu)選地，以體積百分比計(jì)，用于發(fā)酵的焦?fàn)t煤氣含有18～20％的CH4、45～49％的H2、20～27％的CO2、2.8～3.6％的CO、5.0～6.0％的N2及余量的雜質(zhì)(包括O2)。充分混合后，將氣體壓縮(例如在本實(shí)用新型的氣體壓縮機(jī)2)至壓力為0.1～2.0MPa，例如0.1～1.0MPa、0.1～0.5MPa、0.3～2.0MPa、0.5～2.0MPa、1.0～2.0MPa、1.0～1.5MPa不等。然后將氣體的溫度控制到30～50℃或35～45℃之間。此控制可在本實(shí)用新型的氣體冷卻器3中進(jìn)行。之后，將所述氣體經(jīng)由發(fā)酵罐底部及膜組件通入發(fā)酵罐內(nèi)，作為發(fā)酵底物進(jìn)行發(fā)酵。適用于發(fā)酵的微生物可選自：梭菌屬(如Clostridiumljungdahlii)、穆爾氏菌屬(如Moorellathermoacetica)、火球菌屬(如Pyrococcusfuriosus)、真細(xì)菌屬(如Eubacteriumlimosum)、脫硫桿菌屬(如Desulfobacteriumautotrophicum)、氧化碳嗜熱菌屬(如Carboxydothermushydrogenoformans)、產(chǎn)醋菌屬(如Acetogeniumkivui)、醋酸桿菌屬(如Acetobacteriumwoodii)、厭氧醋菌屬(如Acetoanaerobiumnoterae)、丁酸桿菌屬(如Butyribaceteriummethylotrophicum)、消化鏈球菌屬(如Peptostreptococcusproductus)和勞爾式菌屬(如Ralstoniaeutropha)?？筛鶕?jù)具體使用的厭氧微生物而選擇適用于該厭氧微生物生長和發(fā)酵的發(fā)酵培養(yǎng)基。例如，通常情況下，培養(yǎng)基主要成分為：磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、硫酸銨、七水合硫酸鎂、酵母膏、嗎啡乙磺酸、及微量元素溶液ATCC1754PETC。培養(yǎng)基中各主要成分的用量為本領(lǐng)域常規(guī)的含量，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)本領(lǐng)域已知的培養(yǎng)基含量、發(fā)酵情況等對培養(yǎng)基中各成分的含量做適當(dāng)調(diào)整。通常，發(fā)酵罐內(nèi)的壓力在0～2MPa的范圍內(nèi)，例如0.1～2MPa或0.1～1MPa；發(fā)酵培養(yǎng)液的pH值是6.0-8.0，例如6.0～7.0；發(fā)酵溫度是25～75℃，例如45～60℃。發(fā)酵可以是連續(xù)發(fā)酵。因此，在發(fā)酵過程中，連續(xù)通入焦?fàn)t煤氣作為微生物發(fā)酵的底物，使得厭氧微生物不斷的生長。通常，發(fā)酵過程中，通入的焦?fàn)t煤氣的量可使得厭氧發(fā)酵罐的工作壓力在0.1～2.0MPa的范圍內(nèi)，例如0.1～2.0MPa、0.1～0.5MPa、0.3～2.0MPa、0.5～2.0MPa、1.0～2.0MPa、1.0～1.5MPa不等。當(dāng)測得厭氧發(fā)酵罐中有機(jī)酸和/或醇的總濃度達(dá)到1％以上(例如2％以上、3％以上、5％以上，可根據(jù)不同厭氧微生物做出不同選擇)時(shí)，經(jīng)由三通閥將部分膜組件的膜切換成出液模式，通過發(fā)酵罐內(nèi)外壓差產(chǎn)生過濾動(dòng)力，使這些膜持續(xù)濾出發(fā)酵產(chǎn)物，如乙酸銨溶液。在發(fā)酵罐連續(xù)出料的同時(shí)，將發(fā)酵罐出口的部分氣體進(jìn)行循環(huán)，循環(huán)比可為2～10，例如2～8、2～6、2～5、3～10、3～8、3～6、5～10、6～8不等。在某些實(shí)施方案中，采用高發(fā)酵罐壓力和高循環(huán)比進(jìn)行發(fā)酵。在其它實(shí)施方案中，采用低發(fā)酵罐壓力和高循環(huán)比進(jìn)行發(fā)酵。在發(fā)酵罐連續(xù)出料時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況同時(shí)連續(xù)補(bǔ)充新鮮的厭氧微生物及培養(yǎng)基(例如經(jīng)由種子罐5和補(bǔ)料罐7)，控制發(fā)酵液的體積不變。需要時(shí)，還可通過pH調(diào)節(jié)罐添加適當(dāng)?shù)膒H調(diào)節(jié)劑，例如氨水，以將發(fā)酵罐內(nèi)的發(fā)酵液的pH調(diào)節(jié)到合適的范圍內(nèi)?？刹捎贸Ｒ?guī)的方法監(jiān)測發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液的體積、pH以及發(fā)酵液內(nèi)有機(jī)酸和/或醇的總濃度。在持續(xù)發(fā)酵過程中，需要對膜組件進(jìn)行反沖洗。每間隔數(shù)小時(shí)(例如4～6小時(shí))，對膜組件中的各膜輪替切換出液和通氣模式，即由煤氣對膜組件進(jìn)行反沖洗，使過濾過程中附著在膜面的濾餅破碎脫落，恢復(fù)膜通量。因此，使用本實(shí)用新型的生物反應(yīng)器或發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行發(fā)酵的過程中，可經(jīng)由所述膜組件通入作為發(fā)酵底物的焦?fàn)t煤氣，并經(jīng)由所述膜組件濾出對細(xì)胞生長有抑制作用的細(xì)胞代謝產(chǎn)物。本文中，有機(jī)酸或醇為焦?fàn)t煤氣中CO、CO2及H2與厭氧微生物反應(yīng)生成的一種或多種有機(jī)酸或醇，包括甲酸，乙酸，丙酸，丁酸，異丁酸，丁二酸，乳酸，丙酮酸，蘋果酸，檸檬酸，苯甲酸，香草酸，己酸，戊酸，甲醇，乙醇，丙二醇，丁醇，戊醇，或它們的兩種或多種的組合。本實(shí)用新型的優(yōu)勢在于將微納米氣泡發(fā)生裝置、氣態(tài)底物發(fā)酵罐、膜分離系統(tǒng)集成到一套合成氣發(fā)酵反應(yīng)器中，利用發(fā)酵液的壓力和流動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高效發(fā)酵和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物分離，防止產(chǎn)物抑制。下文將以具體實(shí)施例的方式闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅僅是闡述性的，并非限制本實(shí)用新型。除非另外指出，在本說明書書、權(quán)利要求書及具體實(shí)施案例中出現(xiàn)的所有數(shù)字，如發(fā)酵罐的工作壓力范圍、溫度范圍、pH值范圍、氣體成分等數(shù)值均不應(yīng)該理解為絕對精確值，該數(shù)值是在本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所理解的，公知技術(shù)所允許的誤差范圍。實(shí)施例本實(shí)施例使用的是穆爾氏菌屬M(fèi)oorellathermoacetica，ATCC49707。培養(yǎng)基成分：磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、硫酸銨、七水合硫酸鎂、酵母膏、嗎啡乙磺酸、微量元素溶液ATCC1754PETC。發(fā)酵所用生物反應(yīng)器發(fā)酵罐采用2m3氣升式厭氧發(fā)酵罐，內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)流筒，底部布置有4個(gè)渦旋式氣泡發(fā)生器，導(dǎo)流筒內(nèi)部均布6個(gè)金屬超濾膜組件，平均孔徑50nm，底部為盲端，通過格柵固定在發(fā)酵罐導(dǎo)流筒上，上部分別連接管路，經(jīng)各自三通閥，連通到產(chǎn)物儲(chǔ)罐和煤氣管道，如圖1、圖2所示。發(fā)酵氣體底物采用經(jīng)凈化處理過的焦?fàn)t煤氣，煤氣的主要成分如表1：表1.煤氣的主要成分(％,v/v)COH2CO2CH4其他(N2等)總計(jì)4％60％2.5％24％9.5％100％對焦?fàn)t煤氣補(bǔ)充碳源CO2的氣體，在氣體儲(chǔ)罐中充分混合，使得H2與CO2的摩爾比值約為2.5，然后將混合氣進(jìn)行加壓至0.3MPa，氣體溫度為55℃。將10Nm3/h氣體底物通入已接種凱伍產(chǎn)醋菌的氣升式發(fā)酵罐，保持發(fā)酵罐壓力0.3MPa，溫度55℃，pH6.4，發(fā)酵罐出口氣體進(jìn)行循環(huán)，循環(huán)比為2。同時(shí)，6個(gè)膜組件也均連通到煤氣管路，向發(fā)酵罐內(nèi)鼓入煤氣。煤氣通入過程中，發(fā)酵菌體數(shù)量不斷增長，同時(shí)產(chǎn)生代謝乙酸產(chǎn)物，通過補(bǔ)充氨水維持pH6.4，發(fā)酵進(jìn)行到72h后，產(chǎn)生乙酸銨濃度達(dá)到5.5wt％后，將6個(gè)膜組件中的5個(gè)切換至出液模式，調(diào)節(jié)三通閥至出料儲(chǔ)罐，通過發(fā)酵罐內(nèi)外壓差產(chǎn)生過濾動(dòng)力，發(fā)酵罐內(nèi)氣液循環(huán)流動(dòng)對膜組件產(chǎn)生錯(cuò)流沖刷，膜組件持續(xù)濾出乙酸銨溶液，出液速率約為100L/h。在持續(xù)發(fā)酵過程中，需要對膜組件進(jìn)行反沖洗。每間隔4個(gè)小時(shí)，對6個(gè)膜組件輪替切換出液和通氣模式，即由煤氣對膜組件進(jìn)行反沖洗，使用過濾過程中附著在膜面的濾餅破碎脫落，恢復(fù)膜通量。經(jīng)實(shí)驗(yàn)通過氣體反沖洗的膜組件，長時(shí)間連續(xù)發(fā)酵中，其通量能夠恢復(fù)到初始通量的80％以上。本實(shí)用新型生物反應(yīng)器經(jīng)連續(xù)操作，實(shí)現(xiàn)原位發(fā)酵產(chǎn)物分離，穩(wěn)定出料濃度為5.5wt％左右乙酸銨料液，且濾出料液中無厭氧發(fā)酵菌株。本實(shí)用新型反應(yīng)器減少了外置膜過濾系統(tǒng)的泵和復(fù)雜管路，易于整體滅菌，減少雜菌侵染風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前第1頁1 2 3