專利名稱：改進了比表面積、生物親和性及流動性的生物膜載體的制作方法
技術領域：
本發明涉及生產食品或醫藥品、處理廢水的微生物培養槽的生物膜載體，更詳細講是關于改善比表面積和生物親和性及流動性的流動狀生物膜載體，以及提高耐久性、易設置的固定狀生物膜載體。
但是設置為纖維狀的傳統方式由于在加工成地板的纖維狀載體頂部折疊、縫制而形成的設置口插入圓棒，在反應槽設計成固定狀，造成加工、設置及增設困難。阻礙反應液的混合、內部裝置的修理，尤其是附著增殖微生物，不能忍耐增加的自重，與圓棒接觸部分的載體被剪切破壞，在耐久性方面存在嚴重問題。
上述海綿狀載體其自身的強度和耐久性小，切成小粒徑的正六面體形態，投入到反應槽中，易磨耗，而且由于反應液的流動，在偏向反應槽的流出口一側不能順利流動。在填充了海綿狀載體的反應槽中，為使載體分布均勻，使用氣升泵強制循環，需要大量動力，而且在機械性循環過程中會更加增大磨耗率，代表性的例子有德國企業開發的Linpor Process。
為改進這些問題，申請人開發并且商業化的流動狀生物膜載體由于將大比表面積、孔隙率的纖維狀微生物接觸材料插到堅固網狀的合成樹脂容器內部，構成生物膜載體，無需浮在水面上就可在反應槽內部順利流動，為此，其內部在插入大比重陶瓷而組成的生物膜載體的加權平均比重要調節到與反應液的比重類似。
上述流動狀生物膜載體在反應中反應槽中能順利流動，也有利于生物膜的增殖。但是，為了調節比重，載體的內部需要內裝小比表面積的塊狀陶瓷，陶瓷自身幾乎不能提供能使微生物附著增殖的有效孔隙和表面積，僅作為比重調節手段起作用，導致減少相當于陶瓷插入量的反應槽容量。作為解決方法，在上述纖維內部或者上述容器內部混入陶瓷粉末，為此，人們討論了將混入陶瓷粉末的合成樹脂抽絲或注射方法，在細小纖維中混入陶瓷粉末就會降低剪切及拉伸強度，易被剪斷，混入陶瓷的容器與外部其它載體或反應槽的壁面沖突，產生的問題是易被割斷、磨耗。
為達成上述目的的流動狀生物膜載體的構成是在堅固網狀的合成樹脂容器內插入纖維狀微生物接觸材料，該材料是在無毒而且生物親和性盡量大的合成樹脂纖維絲的表面涂布陶瓷粉末，或者附著粒狀陶瓷，將其制成大比表面積和孔隙率的形狀，或使其重疊而成。
在此，上述陶瓷為粉末或不規則形態的粒狀，與塊狀相比較，比表面積極大，只要附著在合成樹脂絲的表面，合成樹脂絲的表面就形成不規則突起，變得粗糙，從而增大比表面積，由于陶瓷的特性，纖維狀的微生物接觸材料的生物親和性得到改善，而且比重增大。
上述纖維狀微生物接觸材料是多種絲線構成的，既是在已經形成絲線、織造布、非織造布、刷帚、纖毛的織造布狀的纖維狀上交織多根絲線而形成的，或者連接幾種絲線，重疊成中空狀的多種絲線而成。將非織造布等重疊多層，構成材料時，為使非織造布之間也能順利通過水流和氣泡，生物膜能附著增殖，要在其中插入吸管似的的孔隙材料，形成所述材料。
此外，本發明也包含下述方法，先用合成樹脂構成纖維狀的微生物接觸材料，在構成上述纖維狀的微生物接觸材料的合成樹脂表面涂布或附著陶瓷。
組配完成后，為使上述生物膜載體在反應槽中順利流動，希望其比重和反應液的比重類似，如果調節附著在上述纖維狀微生物接觸材料上的陶瓷比重和附著量，根據結合完畢后各種原材料的重量和體積，加權平均的濕比重要調節到和反應液的比重類似。
上述網狀容器有圓筒形、多角形、正六面體等，在其形態方面并無限制，但是從流動性和由于沖突產生的耐磨耗性方面考慮，優選圓筒形。
為了解決傳統方式海綿狀微生物接觸材料的諸多問題，本發明在無毒、生物親和性高的合成樹脂中混合陶瓷粉末或者粒狀陶瓷，通過發泡使孔隙互通，增大比表面積和孔隙率，比重也得到增大，將這樣的海綿狀微生物接觸材料插入堅固網狀的合成樹脂容器中，構成生物膜載體，為使其在反應槽中順利流動，調節其比重，通過調節陶瓷的比重和混合量，即可調節所得載體的比重。
由上述海綿狀微生物接觸材料而產生的流動性生物膜載體由于在堅固容器內部受到耐久性小的海綿狀微生物接觸材料的保護，降低磨耗程度，如果在容器內部大量填充小尺寸海綿狀微生物接觸材料，其內部也厭氧，解決了Linpor Process中需要用升氣泵在內部強制循環的問題。海綿狀的構造是在多種方向上絡合，與微細纖維不同，在其內部混合陶瓷粉末也不會被切斷或破損。
本發明也包括在已經發泡的刷帚狀生物膜接觸材料表面附著陶瓷粉末或者粒狀陶瓷。
此外，在本發明中，人們也考慮了既使不添加陶瓷，也能方便調節生物膜載體比重的方法。將無毒、生物親和性大的合成樹脂纖維絲構成的纖維狀接觸材料插入堅固網狀合成樹脂容器，構成生物膜載體，為使上述生物膜載體在反應槽中順利流動，假如上述合成樹脂絲或上述合成樹脂容器中的任一種是大比重的聚氨酯、聚氯乙烯、PVDC(偏二氯乙烯)等材質構成，另一種是小比重的聚乙烯、聚丙烯、尼龍等構成，組合后載體的加權平均比重可簡便地調節至和反應液的比重類似，使其在反應液中順利流動。
該方法也適用于海綿狀微生物接觸材料，發泡無毒、親和性大的合成樹脂，使其內部孔隙互通，這樣的海綿狀微生物接觸材料插入堅固網狀合成樹脂容器，組成生物膜載體，為使上述生物膜載體在反應槽中順利流動，上述海綿狀微生物接觸材料和上述合成樹脂容器中的任一種為大比重的聚氨酯、聚氯乙烯、PVDC等材質構成，另一種采用小比重的聚乙烯、聚丙烯、尼龍等構成，組合后載體的加權平均比重可方便地調節至在水中順利流動。
為了改善傳統方式固定狀的耐久性及繁瑣的設置、增設方法，在本發明中采用大比表面積、孔隙率的形狀織造無毒、生物親和性大的合成樹脂纖維絲，或者重疊，構成多種形狀的纖維狀微生物接觸材料，將其放入堅固網狀的合成樹脂內部，該合成樹脂具備兩種組配裝置，其一是將微生物接觸材料容納于內部，不使其脫離的固定裝置，其二是組配后的固定狀載體設置在反應槽內部一定位置的固定裝置，上述微生物接觸材料采用不使其脫離上述容器外部的組配裝置進行固定，構成載體單元，通過上述容器具備的固定裝置，將上述載體單元放置在反應槽內部一定的位置，構成固定狀生物膜載體。
設置上述固定狀的生物膜載體的具體方法是采用上述載體單元具備的固定裝置，在細長圓形或方形的材料上固定一種以上的上述載體單元，上述固定材料上備有臺階或懸掛架，即使不對反應槽的反應液抽水，也可豎立在反應槽的底部，或從反應槽的上部進行懸掛，設置在反應槽內的一定位置上。
另外在本發明中，將構成上述固定狀的生物膜載體放于容器內部的上述微生物接觸材料可使用海綿狀微生物接觸材料，該海綿狀微生物接觸材料是先將無毒、生物親和性好的合成樹脂發泡，使其孔隙互通，增大比表面積和孔隙率的。在上述微生物接觸材料的表面涂布陶瓷，增大其比表面積，改善生物親和性。
假如構成上述纖維狀微生物接觸材料的纖維的截面采用比圓形的薄，而且狹長的帶狀纖維構成，就會增大其比表面積。尤其是將這樣的帶狀纖維制成螺旋狀，則比表面積會更大，可以大幅度增加微生物附著增殖的表面積。
圖1是涉及本發明的流動狀生物膜載體概念圖，微生物接觸材料1插入網狀容器2的內部，構成載體的截面圖。
此處的上述微生物接觸材料是指表面涂布陶瓷粉末或附著粒狀陶瓷的纖維狀，或者是其內部混合陶瓷的海綿狀，水流、氣泡可在上述容器順利流通的堅固網狀合成樹脂容器。只要是網狀，并且能順利流動的形狀，可以是任一種形態，為了順利流動，優選圓球形的容器。
不在上述微生物接觸材料上附著或混合陶瓷，由大比重的聚氨酯、聚氯乙烯、PVDC等材質構成，上述容器由比重小的聚乙烯、聚丙烯、尼龍構成，組配后，比重可調節至和反應液類似。當然，降低上述微生物接觸材料的比重，上述容器的比重用大材料構成時也可調節比重。
圖2是本發明固定狀生物膜載體的截面圖，將纖維狀或海綿狀微生物接觸材料1收放在固定在其內部具備組配裝置3a、3b及設在反應槽內部的固定裝置4的堅固網狀合成樹脂容器2a、2b內部，上述微生物接觸材料用上述組配裝置固定，不使其脫離上述容器的外部，從而構成固定狀載體。通過熱融合，固定上述組配裝置，結合兩個容器，這是極一般的裝置，該過程繁瑣，需要追加費用，導致不經濟。
圖2A是關于木地板、在由網狀構成的容器2a中插入微生物接觸材料1，用針狀固定裝置3a固定的實施例。圖2B是關于木地板、由網狀構成，針狀固定裝置3b在其自身突出的容器2b內部插入微生物接觸材料1，同一形態的容器2b旋轉180°，直接結合的實施例。據圖2B的實施例稱，由一種模具注射的容器就可放置微生物載體，使其兩面受到堅固的保護，是一種組配容易、模型制作費用減少、無需其它部件的容器，易于在庫管理。
構成上述固定狀生物膜載體的微生物接觸材料只要有利于微生物的附著增殖，刷帚狀、海綿狀或多孔性的陶瓷等任一種的材質和形態均可使用，并無限制，在上述纖維狀微生物接觸材料中也包括織造布或非織造布的一面或兩面有合成樹脂纖維突出，形成纖毛層的纖毛狀。
在刷帚狀或海綿狀的表面涂布陶瓷粉末，可增大比表面積，改善生物親和性，此時其為固定狀，陶瓷的附著與為流動而進行的比重調節毫無關系。
圖3表示由圖2B所得固定狀載體單元的整體形狀的側視圖。
圖4表示本發明中固定狀生物膜載體設置方法的截面圖，采用固定裝置4，將一種以上的上述載體單元10固定在細長圓棒7等構造材上，上述材料有臺階6，反應液即使不用抽水，也可立于反應槽的底部，由于具有懸掛架5，可在反應槽的上部懸掛，設置在反應槽內部的一定位置。
本發明的上述固定狀生物膜載體中，上述容器不局限于實施例那樣的形態，只要易于反應液的流通和微生物接觸材料的收放，其形態并無限制，只要是能與上述結構的材料結合，固定裝置并無特別限制。
如上所述，在本發明中比表面積和生物親和性增大、比重可調節、流動性得到改善的流動狀生物膜載體在反應槽中易于設置及增設，可增殖大量的微生物，因而反應效率高，耐久性增大，設置及組配簡單的固定狀生物膜載體的壽命是半永久性的，可用于生物性廢水處理，也多用作除臭塔、吸收塔或除去有害氣體的洗凈塔的填充材料。
權利要求
1.一種流動狀生物膜載體，其特征在于，在其表面涂布陶瓷粉末、附著粒狀陶瓷，比表面積和比重增大，以大的表面積和孔隙率的形狀織造合成樹脂絲或使其重疊，以多樣的形狀構成的纖維狀微生物接觸材料，將其插入堅固網狀合成樹脂容器中，構成生物膜載體，為使制成的上述生物膜載體可在反應槽中順利流動，調節在上述纖維狀微生物接觸材料的表面涂布或附著的陶瓷的比重和添加量，就可調節生物膜載體的比重。
2.一種流動狀生物膜載體，其特征在于，將無毒合成樹脂纖維絲織造大的比表面積和孔隙率的形狀，或使其重疊，以多種形狀構成的纖維狀微生物接觸材料插入堅固網狀合成樹脂容器中，構成生物膜載體，上述合成樹脂絲或上述合成樹脂容器中的任一種是由一種大比重的聚氨酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等材質構成，另一種是由小比重的聚乙烯、聚丙烯、尼龍等構成，調節不同原材料的比重、構成比，而將所得載體的加權平均比重調節至可在反應槽中順利流動。
3.一種流動狀的生物膜載體，其特征在于，混合陶瓷粉末或粒狀陶瓷，增大比重的無毒合成樹脂發泡至可使孔隙互通，增大比表面積和孔隙率的海綿狀的微生物接觸材料插入堅固網狀合成樹脂容器中，構成生物膜載體，為使制成的上述生物膜載體可在反應槽中順利流動，調節混合在上述合成樹脂的陶瓷比重和添加量，生物膜載體的比重即可得到調節。
4.一種流動狀生物膜載體，其特征在于，將無毒合成樹脂發泡成孔隙互通，增大了比表面積和孔隙率的海綿狀微生物接觸材料放至堅固網狀合成樹脂容器中，構成生物膜載體，上述海綿狀生物膜載體或上述合成樹脂容器中任一種是由大比重的聚氨酯、聚氯乙烯、PVDC等材料構成，另外一種由小比重的PE、PP、尼龍構成，通過調節不同原材料的比重和構成比，調節所得載體的加權平均比重，使其在反應槽中順利流動。
5.一種固定狀生物膜載體，其特征在于，無毒合成樹脂纖維絲織造成大比表面積和孔隙率的形狀，或重疊構成多種形狀的纖維狀微生物接觸材料放至備有組配裝置和固定裝置的堅固網狀合成樹脂容器內部，上述微生物接觸材料由上述組配裝置固定，使起不會脫離上述容器的外部，構成載體單元，通過上述容器備有的固定裝置，將上述載體單元設置在反應槽內部一定的位置
6.如權利要求5中記載的固定狀生物膜載體，其特征在于，在上述合成樹脂絲的表面涂布陶瓷粉末或附著粒狀的陶瓷，增大比表面積和生物親和性。
7.如權利要求5中記載的生物膜載體，其特征在于，由在織造布或非織造布的表面突出的許多纖毛構成的纖毛狀的纖維狀微生物接觸材料形成。
8.如權利要求5中記載的生物膜載體，其特征在于，放置在上述容器內部的上述微生物接觸材料是無毒的合成樹脂發泡成孔隙互通，比表面積和孔隙率增大的海綿狀微生物接觸材料。
9.如權利要求5中記載的固定狀生物膜載體，其特征在于，采用上述固定裝置將一種以上的上述載體單元固定在圓棒狀構造材上，由于該構造材上設有臺階或懸掛架，可豎立在反應槽的底部，也可以懸掛在反應槽的上部。
全文摘要
本發明提供一種填充于食品或醫藥品的生產、廢水處理的微生物培養槽內部的生物膜載體，其是將涂布有陶瓷粉末、附著粒狀陶瓷或者混合在其內部的海綿狀微生物接觸材料插入堅固合成樹脂容器中制得的比表面積和親和性增大、比重被調節、流動性優良的流動狀生物膜載體，同時也提供一種在具備固定裝置和設置裝置的容器內部插入陶瓷載體，可簡便地設置于反應槽中的固定狀生物膜載體，它們除了用作生物膜載體以外，也多用作處理有害氣體洗凈塔等的填充材料。
文檔編號A61K47/00GK1445367SQ0212323
公開日2003年10月1日 申請日期2002年6月12日 優先權日2002年3月20日
發明者韓相培 申請人:韓相培