專利名稱：改善比表面積、生物親合性和流動性的生物膜載體的制作方法
技術領域：
本發明涉及填充在食品或藥品生產以及污水處理的微生物培養槽中的生物膜載體。更具體地說，涉及改善比表面積、生物親合性和流動性的作為流動相的生物膜載體和提高耐久性、改善設置方法使其可簡便設置的作為固定相的生物膜載體。
現有技術目前，把多種材料物質加工成比表面積大的形狀，作為生物膜載體利用。其中，多使用把合成樹脂線加工成纖毛狀或刷帚狀等纖維狀的生物膜載體和把泡沫樹脂加工成氣泡互連的海綿狀的微生物載體。但是，設置纖維狀的以往方式是固定相，即在把加工成培養床的纖維狀載體前端彎曲和封裁所形成的設置口上插入環棒，把纖維狀載體設置在反應槽中。因此，加工、設置和增設困難，阻礙反應液的混合，妨礙內部裝置的修繕，特別是不能承受微生物附著繁殖引起的重量加重，與環棒接觸的部分載體被斷裂破壞，因此存在耐久性很差的問題。
盡管與自身強度和耐久性差無關，上述海綿狀載體還因為切成小尺寸的正六面體形式放進反應槽，容易磨損，而且通過反應液的流入集中在反應槽的流出口，難以實現圓滑流動。為了在填充海綿狀載體的反應槽中均勻分布載體，用氣動升液泵進行強制循環，因此需要超大動力，而且因為機械循環，磨損率進一步上升。作為典型的例子，可舉出德國企業開發的Linpor process(Linpor工藝)。
為解決這些問題，本申請人開發商用化的作為流動相的生物膜載體是把比表面積和空隙率大的纖維狀微生物接觸材料插入設置在堅固網狀合成樹脂外殼內，因此為了不浮在水面且在反應槽內圓滑流動，在其內部插入比重大的陶瓷，使組合后生物膜載體的加權平均比重調整到近似于反應液的比重。
上述作為流動相的生物膜載體在反應槽內圓滑流動，因此對生物膜的生長也有利。但是，為調節比重，在載體內部裝入比表面積小的塊狀陶瓷，因此陶瓷本身并不象上面所述的那樣提供微生物附著生長的有效空隙和表面積，而只是作為比重調節手段使用，而且陶瓷插入量引起該反應槽容量的減少。作為解決上述缺點的方法，為了在上述纖維內部或上述外殼內部混入陶瓷粉末，采用了混合陶瓷粉末的合成樹脂進行紡線或射出的方法。但是，如果在微細纖維中混合陶瓷粉末，容易斷裂或減弱伸張強度，容易切斷，而且混合有陶瓷的外殼與外面的其他載體或反應槽壁面沖撞時，容易破裂或磨損。
發明內容
為解決上述問題，提出了本發明。本發明的目的是提供改善比表面積和生物親合性的、調整比重的作為流動相的生物膜載體。
本發明的另一目的是提供改善比表面積和生物親合性的、耐久性好且設置方便的作為固定相的生物膜載體。
為達到上述目的，本發明提供的作為流動相的生物膜載體，其特征在于在無毒性且生物親合性盡可能大的合成樹脂線的表面上涂布陶瓷粉末或附著粒狀陶瓷，并把它織成或重疊形成表面積和空隙率大的形狀的纖維狀微生物接觸材料，然后將其插入到堅固的網狀的合成樹脂外殼內。
其中，上述陶瓷是粉末或不規則形狀的粒狀，與塊狀相比比表面積較大，因此附著在合成樹脂線表面上時，合成樹脂線表面形成不規則的突起，變粗，由此比表面積增大。利用陶瓷特性，不僅改善纖維狀微生物接觸材料的生物親合性，而且增大比重。
上述纖維狀的微生物接觸材料是在由大量的線、紡布、無紡布、刷帚、纖毛形成的織布狀的纖維狀上搓捻多根線形成的多重線，或編織多根線且重疊中空狀多重線形成的材料，可以多種方式形成。當無紡布等多重重疊形成時，為了在無紡布和無紡布之間也能圓滑地通過水和氣泡，附著并生長生物膜，在其中間插入麥稈等間隙材料。
另外，用合成樹脂線首先形成纖維狀微生物接觸材料，在形成上述纖維狀微生物接觸材料的合成樹脂線表面涂布或附著陶瓷，該方法也理應包含在本發明的范圍內。
為了使組合后的上述生物膜載體在反應槽中圓滑流動，優選生物膜載體比重接近反應液的比重，因此，如果調節上述纖維狀微生物接觸材料上附著的陶瓷比重和附著量，通過組合后的各材料重量和體積，加權平均的濕潤比重就能接近于反應液比重。
上述網狀外殼可采用圓筒形、多角形、正六面體等形狀，形狀上沒有限制，但考慮流動性和沖撞引起的耐磨損性，優選采用圓球形。
另外，為了消除以往的海綿狀微生物接觸材料的缺點，本發明采用在無毒性且生物親合性大的合成樹脂上混合陶瓷粉末或粒狀陶瓷，發泡使其空隙相通，增大比表面積和空隙率，增大比重，形成海綿狀微生物接觸材料，并且把該海綿狀微生物接觸材料插入到堅固的網狀合成樹脂外殼內，形成生物膜載體。另外，通過調整海綿狀微生物接觸材料比重，使其在反應槽中圓滑流動，并且通過調整陶瓷的比重和混合量，調整組合后載體的比重。
本發明的由上述海綿狀微生物接觸材料形成的作為流動相的生物膜載體是由堅固的外殼來保護耐久性低的海綿狀微生物接觸材料，因此磨損程度減少。如果在外殼內部大量充填小尺寸的海綿狀微生物接觸材料，這些微生物接觸材料不僅使其內部進行厭氧化，而且增大載體的大小和流動性，因此解決了需要通過氣動升液泵強制進行內部循環的Linpor工藝的問題。海綿狀具有多個方向交錯的結構，因此不同于微細纖維，即使其內部混合陶瓷粉末，也不容易切斷和破損。
在已發泡的刷帚狀生物膜接觸材料的表面上附著陶瓷粉末或粒狀陶瓷，這也包含在本發明的范圍內。
另外，本發明中即使不添加陶瓷，也可簡便地調整生物膜載體的比重。由無毒性且生物親合性大的合成樹脂線組成的纖維狀微生物接觸材料插入到堅固網狀的合成樹脂外殼內，組合成生物膜載體。為了使上述生物膜載體在反應槽中圓滑流動，選擇上述合成樹脂線或上述合成樹脂外殼中之一，使其由比重大的聚尿烷、PVC、PVDC等材料組成，另一個由比重小的PE、PP、尼龍等組成。這樣組合后，反應槽中圓滑流動的載體的加權平均比重可簡便調整接近于反應液的比重。
該方法當然也適用于海綿狀微生物接觸材料，即把無毒性且生物親合性大的合成樹脂發泡使其空隙相通的海綿狀微生物接觸材料插入到堅固網狀的合成樹脂外殼內，組合成生物膜載體。為了使上述生物膜載體在反應槽中圓滑流動，選擇上述海綿狀微生物接觸材料或上述合成樹脂外殼中之一，使其由比重大的聚尿烷、PVC、PVDC等材料組成，另一個由比重小的PE、PP、尼龍等組成。這樣組合后，組合后載體的加權平均比重可以簡便地調整，使其在水中圓滑流動。
為了改善以往固定相的耐久性和繁瑣的設置及增設方法，本發明把無毒性且生物親合性大的合成樹脂線織成或重疊形成表面積和空隙率大的多種形狀的纖維狀微生物接觸材料，并把該纖維狀微生物接觸材料插入到堅固網狀的合成樹脂外殼內，形成固定相。其中，該合成樹脂外殼具有用于安裝并固定纖維狀微生物接觸材料的組合裝置和把組合后的固定相載體設置在反應槽內指定位置的固定裝置。上述微生物接觸材料通過上述組合裝置固定在上述外殼外側而不可脫離，形成載體單元，上述載體單元通過上述外殼具有的固定裝置設置在反應槽內指定位置。
作為固定相的上述生物膜載體的具體設置方法，利用細長圓形或長方形結構材料的上述載體單元中具有的固定裝置，固定一個以上的上述載體單元，并在上述結構材料上設置梯凳或懸架臺，不抽起反應槽內的反應液，也能立在反應槽底部，從反應槽上面懸掛設置在反應槽內指定位置上。
另外，本發明中設置在組成作為固定相的上述生物膜載體的外殼內的上述微生物接觸材料是把無毒性且生物親和性大的合成樹脂發泡使其空隙相互連通，且增大比表面積和空隙率的海綿狀微生物接觸材料。為了增大上述微生物接觸材料表面的比表面積和改善生物親合性，涂布或附著有陶瓷粉末。
如果組成上述纖維狀微生物接觸材料的纖維的斷面不是圓形，而是薄的細長飄帶狀纖維，其比表面積就會增大。特別是，這些飄帶狀纖維形成螺旋狀時，比表面積進一步增大，使微生物附著生長的表面積大幅度增大。
本發明的生物膜載體比表面積和生物親和性大，可通過調整比重改善流動性，提高微生物的大量生長，反應效率良好。而且，可容易地設置和增設在反應槽內，耐久性提高，設置和組合簡便，壽命可達到半永久性，可用于生物學污水處理，也可多方面地作為除臭塔、吸收塔或除去有害氣體的洗滌塔的填充劑大量利用。
另外，本發明通過一個模具鑄塑的外殼，把微生物載體兩面堅固地保護起來，組合容易，節約模具制作費，不需要其他部件，因此容易儲存保管。
圖1是本發明的作為流動相的生物膜載體的部分切開斜視圖；圖2是本發明的作為流動相的生物膜載體的橫斷面圖；圖3是本發明的作為固定相的生物膜載體單元的第1實施例的分離斜視圖；圖4是圖3的結合橫斷面圖；圖5是本發明的作為固定相的生物膜載體單元的第2實施例的分離斜視圖；圖6是圖5的結合斜視圖；圖7是圖6的橫斷面圖；圖8是本發明的作為固定相的生物膜載體單元的第3實施例的分離斜視圖；圖9是圖8的橫斷面圖；圖10是本發明的作為固定相的生物膜載體的設置狀態概略圖。
具體實施例方式
下面根據附圖詳細說明本發明的優選實施例。
圖1是本發明中作為流動相的生物膜載體的實施例的部分切開斜視圖。圖2是橫向切斷圖1的生物膜載體的剖面圖。上述本發明第1實施例的生物膜載體10是由微生物接觸材料11置入網狀外殼12內的結構組成的。
在這里，上述微生物接觸材料11是在其表面涂布陶瓷粉末或附著粒狀陶瓷的纖維狀，或在其內部混合陶瓷的海綿狀。上述外殼12是為了使如圖1和2所示的水流和氣泡與其內部連通而在其表面形成多個開放部分12a的網狀合成樹脂外殼。上述外殼12是網狀，只要是圓滑流動的形狀就沒有其他限制，但是因為圓球形外殼的流動圓滑，因此優選采用這種形狀。
上述微生物接觸材料11除了把陶瓷附著纖維上或混合之外，也可選擇其他方式。即，微生物接觸材料11可采用比重較大的聚尿烷、PVC、PVDC之中選擇一個，而上述外殼12可采用比重較小的PE、PP、尼龍之中選擇一個。這些微生物接觸材料11和外殼12進行組合后，其比重接近于反應液的比重。當然，也可以通過把上述微生物接觸材料11的比重變小、把上述外殼12的比重變大的方式調整比重。
圖3至圖9是本發明作為固定相的生物膜載體的實施例圖。
如圖3和4所示，本發明的作為固定相的生物膜載體的第1實施例20，其外殼22由在多個框架22a之間具有開放部分22b的培養床網體組成。在上述外殼22內部置入微生物接觸材料21，用銷狀的多個固定裝置23把上述微生物接觸材料21固定在外殼22上。
即，如圖3所示，在外殼22的框架22a上設有用于貫通銷狀固定裝置23的連接孔22c。如圖4所示，上述外殼22上設置的微生物接觸材料21的背面貫通銷狀固定裝置23，其前端插入到上述連接孔22c中，由此把微生物接觸材料21固定在外殼22上。
另一方面，上述外殼22的兩側邊沿具有在上述框架22a的垂直方向彎曲成形的側板22d，而上述側板22d具有與其他生物膜載體單元連接的多個連接口22e。
本發明的作為固定相的生物膜載體的第2實施例如圖5至圖7所示。如圖5所示，該第2實施例中作為固定相的生物膜載體30由生物膜載體單元30組成，而生物膜載體單元30是由相向連接的一對外殼32和作為培養床的微生物接觸材料31組成，而培養床設置在該外殼32之間且通過各外殼32具有的銷狀固定裝置32f而固定。
上述各外殼32是將多個框架32a按一定間隔設置而形成，在其之間形成開放部分32b，由此構成網體。其一側邊沿部分具有與框架32a的直角方向彎曲成形的側板32d。因此，上述一側框架32a的內側具有向內側突出的銷狀固定裝置32f。如圖6所示，上述一對外殼32之間插入微生物接觸材料31，各側板32d在分別包圍上述微生物接觸材料31的兩側面的狀態下相向地按壓外殼，如圖7所示，一側外殼32具有的固定裝置32f貫通微生物接觸材料31，并插入到另一個外殼32的框架32a具有的連接孔32c中，如圖6所示，由此完成連接成一體的載體單元30。
上述各外殼32的側板32d具有連接口32e，該連接口與其他載體單元連接。
圖8和圖9表示本發明作為固定相的生物膜載體的第4實施例。
圖8所示的本發明第4實施例中生物膜載體單元40包括在培養床成形的纖維狀微生物接觸材料41和分別夾住該微生物接觸材料41的左右側兩端且用固定銷43固定的一對支撐框架42。
如圖8和圖9所示，支撐上述微生物接觸材料41的支撐框架42是通道(channel)狀，即為了將上述培養床的微生物接觸材料41的前端夾住并容納在其內部，在縱向的圍邊具有長溝42a。上述長溝42a兩側壁具有多個銷連接孔42b，用于貫通固定銷43。因此，如果在上述微生物接觸材料41的左右側前端分別插入上述各支撐框架42，并且上述支撐框架42的相向一對銷連接孔42b中分別插入固定銷43，上述微生物接觸材料41就會牢固地固定在支撐框架42，形成一個載體單元40。而且，為了多個載體單元40連接成一組，在上述支撐框架42的側壁設置多個連接口42c。
根據上述實施例，利用從一個模具鑄塑的外殼，可堅固地保護微生物載體兩面，也容易組合，節約模具制作費，不需要其他部件，容易儲存管理。
組成作為固定相的上述生物膜載體的微生物接觸材料可以利用刷帚狀、海綿狀或多孔性的陶瓷等。只要是有利于微生物的附著和生長，可以使用任何的材料及其形狀。上述纖維狀的微生物接觸材料也可以使用在紡布或無紡布的一面或兩面上使合成樹脂纖維突出的具有纖毛層的纖毛狀。
在刷帚狀或海綿狀的表面涂布陶瓷粉末，增大比表面積，可改善生物親和性。此時，因為是固定相，所以陶瓷的附著不受流動引起的比重變化影響。
圖10表示本發明的作為固定相的生物膜載體設置在反應槽1中的狀態概略圖。如圖10的左側反應槽部分所示，至少一個以上的載體單元20、30、40用長環棒2分別連接其兩側連接口22e、32e、42c后，把上述環棒2橫設在反應槽1的上端，與懸架臺3連接固定。
另外，如圖10的右側反應槽1所示，至少一個以上的載體單元20、30、40用長環棒2分別連接其兩側連接口22e、32e、42c后，在環棒2下端設置梯凳4，即使不抽起反應液，也能設立在反應槽1的底部。
如上所述的本發明的作為固定相的生物膜中，上述外殼不受上述實施例的形狀限制。而且，只要易于反應液的流動和安裝微生物接觸材料，對形狀沒有其他限制。如果固定裝置具有能與上述結構材料連接的結構，使用上沒有限制。
本發明涉及填充在食品或藥品生產以及污水處理的微生物培養槽的生物膜載體。除了生物膜載體之外，也作為處理有害氣體的洗滌塔等的填充劑使用。
權利要求
1.作為流動相的生物膜載體，其特征在于，包含有在側壁上形成有多個貫通孔的網狀合成樹脂材料外殼和插入到所述合成樹脂材料外殼內的纖維狀微生物接觸材料，該纖維狀微生物接觸材料是在多根合成樹脂線表面附著陶瓷粉末或粒狀陶瓷以增大其生物親合性、比表面積和比重，并把所述多根合成樹脂線織成或重疊形成表面積和空隙率大的形狀而得到的，該微生物接觸材料利用表面附著的陶瓷的比重和添加量來調整整體的比重。
2.作為流動相的生物膜載體，其特征在于，包含有網狀合成樹脂外殼和插入到所述合成樹脂外殼內的纖維狀微生物接觸材料，該纖維狀微生物接觸材料是把無毒性合成樹脂線織成或重疊形成表面積和空隙率大的形狀而構成的，所述微生物接觸材料和所述合成樹脂外殼之一由比重大的聚尿烷、PVC、PVDC中之一構成，另一個由比重小的PE、PP、尼龍中之一構成，通過調整不同材料的比重和組成比，調整組合后生物膜載體的加權平均比重以使其在反應槽中圓滑流動。
3.作為流動相的生物膜載體，其特征在于，由堅固的網狀合成樹脂外殼和插入到所述合成樹脂外殼內的海綿狀微生物接觸材料構成，該海綿狀微生物接觸材料是使混合有陶瓷粉末或粒狀陶瓷以增大比重的無毒性合成樹脂發泡以使其空隙相通而增大其比表面積和空隙率，通過調整所述合成樹脂中混合的陶瓷的比重和添加量，來調整其比重。
4.作為流動相的生物膜載體，其特征在于包括堅固網狀合成樹脂外殼和插入到所述合成樹脂外殼內的海綿狀微生物接觸材料，該海綿狀微生物接觸材料是使混合有陶瓷粉末或粒狀陶瓷以增大比重的無毒性合成樹脂發泡以使其空隙相通而增大其比表面積和空隙率，所述微生物接觸材料和所述合成樹脂外殼之一由比重大的聚尿烷、PVC、PVDC中之一構成，另一個由比重小的PE、PP、尼龍中之一構成，通過調整不同材料的比重和組成比，調整組合后生物膜載體的加權平均比重以使其在反應槽中圓滑流動。
5.作為固定相的生物膜載體，其特征在于包括多個框架按一定間隔固定配置的網狀合成樹脂外殼；把無毒性合成樹脂線織成或重疊形成表面積和空隙率大的形狀而形成的插入到所述合成樹脂外殼內的微生物接觸材料；把該微生物接觸材料用組合裝置固定在所述合成樹脂外殼中而形成的載體單元；把該載體單元固定在反應槽內指定位置上的固定裝置。
6.權利要求5所述的生物膜載體，其特征在于它是通過在所述合成樹脂線表面涂布陶瓷粉末或附著粒狀陶瓷來增大比表面積和生物親合性的固定相。
7.權利要求5所述的生物膜載體，其特征在于所述微生物接觸材料的形狀是在紡布或無紡布表面形成多個纖毛突起的纖毛狀的纖維狀。
8.權利要求5所述的生物膜載體，其特征在于所述微生物接觸材料的形狀是把無毒性合成樹脂發泡使其空隙相通來增大比表面積和空隙率的海綿狀。
9.作為固定相的生物膜載體，其特征在于包括至少一個以上如權利要求5所述的載體單元；與所述各載體單元的固定裝置結合且固定所述載體單元的環棒結構材料；為了把所述載體單元設置在反應槽底部且從反應槽上面懸掛，所述結構材料具有的梯凳或懸架臺。
10.生物膜載體，其特征在于包括把無毒性合成樹脂線織成或重疊形成表面積和空隙率大的形狀并成型為培養床的微生物接觸材料；用于夾住該微生物接觸材料的上下側且用銷狀固定裝置固定的一對支撐框架。
全文摘要
本發明提供填充在食品或藥品生產以及污水處理的微生物培養槽的生物膜載體。本發明一方面提供作為流動相的生物膜載體，將涂布有陶瓷粉末或附著粒狀陶瓷或混合陶瓷的纖維狀或海綿狀微生物接觸材料插入到堅固的合成樹脂外殼內，以增大比表面積和生物親合性，調整比重。另一方面本發明提供作為固定相的生物膜載體，在具有固定裝置和設置裝置的外殼內插入固定陶瓷載體，以容易設置在反應槽中。除了作為生物膜載體之外，本發明還具有例如用作處理有害氣體的洗滌塔等的填充材料等多種用途。
文檔編號C12N11/02GK1530433SQ03149780
公開日2004年9月22日 申請日期2003年8月6日 優先權日2003年3月14日
發明者韓相培 申請人:韓相培