[其他]气-液环流生物反应器

说明书

本发明涉及一种改进的生物反应器，特别是用于单细胞蛋白培养和含碳、氮素营养源的污水处理，以及多种发酵过程的生物反应器。

用生物反应器培养单细胞蛋白，及处理工业污水，是国内外正在研究或采用的有效办法之一。生物反应器的形式、结构不一，各有特点，但大型化、高效率、低消耗、结构简单、易于加工的生物反应器尚不多见。本发明的目的在于提供一种改进的生物反应器，该反应器应具备大型化、高效率、结构简单、易于制作，适于一般工厂应用的特性，并能有效的用于单细胞蛋白大规模的培养及工业污水的生物处理。

本发明的生物反应器是由下述方案实施的。反应器取气液环流形式。采用外循环时，反应器主体是由升液段（图1，1）、降液段（图1，2）、上下水平连接段所构成。在升液段，空气引入反应器之后的空气分布方法是在三种形式的空气分布器中，根据条件和需要，任选一种，并可调换。这三种形式的分布器为同心环管分布器，波纹筛板分布器，和大小孔平筛板分布器。在降液通道上方，设有旋流板气液分离器，在分离器下方连接菌体细胞产品排放管道，装设扁平形式渐扩通道结构的细胞沉降槽。降液通道下方，连接文丘里结构的新鲜空气及培养液加入段。反应器上还设有进出料口、排气、换热等装置。该反应器由于采用了上述结构，使空气分布均匀，提高了传质效率，可取得高细胞浓度，并达到高产量，从而提高了反应器的效率。

本发明反应器的另一结构形式是升液段为内园筒的内循环结构。以下结合附图对发明作进一步的描述：

图1    是反应器的外循环结构示意图。

图2    是反应器的内循环结构示意图。

图3    是同心环管空气分布器示意图。

图4    是波纹板空气分布器示意图。

图5    是大小孔筛板空气分布器示意图。

图6    是细胞沉降槽示意图。

图7    是旋流板气液分离器示意图。

图8    是假丝酵母菌体，BR-COO1的模诺（Monod）特性曲线。

空气进入反应器后，通过三种形式中的任一种空气分布器，进行空气分布，为了取得好的分布效果，使用的几种空气分布器，其具体结构是：所说的同心环管空气分布器，环管上开有5～8毫米的孔，开孔率20～50%，环管两层或多层（图3）;波纹筛板分布器（图4，a）开孔率20～40%，孔径5～10毫米，波纹孤度夹角α＝90～120°（图4，b），弦长＝40～50毫米;大小孔平筛板分布器（图5），大孔直径6～12毫米，小孔直径3～6毫米，总开孔率20～40%。当使用同心环管分布器时，在分布器上方设有无缺口筛孔挡板，挡板开孔率8～60%，挡板数目与分布器数目相同。空气分布器的数目是每立方米反应器体积有2～4个。为了使引入空气均匀进入空气分配器，还在反应器升液通道外围设置空气分配管（图1，8）。经空气分布器后的空气与培养液混合，通 过升液通道以切线方向进入旋流板气液分配器，以提高分离效果。旋流板气液分离器的具体结构是：旋流板开缝数及仰角以保持气体出缝速度20～40米/秒为准;旋流板级数可取1～3级，即一层至三层旋流板;分离气体后的培养液，经过产品排出管道，进行细胞沉降槽（图6），这种沉降槽采用扁平形式和渐扩通道结构，以达到进一步提高产品浓度的目的。所得到的高浓度菌体，大部分作为产品，也可将一部分作为反馈菌体回入反应器;同时通过一特殊设计的文丘里结构的新鲜空气及培养液加入段，不断加入新鲜空气及培养液;通过环流，加速反应，不断得到产品。当以糖蜜为原料时，单细胞蛋白的生产强度达15〔公斤（干）/米³小时〕，以酒精废醪为原料时，单细胞蛋白生产强度达3〔公斤（干）/米³小时〕，此两项指标为目前国内同类反应器的2～3倍。当以酒精废醪为原料时在取得单细胞蛋白的同时，BOD的去除率达80%。

本发明的反应器所采用的具体结构特征，权利要求2～5所述的空气分布器和旋流板分布器等，既适用于本发明的外循环通道生物反应器，也适用于本发明的升液段为内园筒的内循环生物反应器，但对于降液段为内园筒的内循环反应器，则不能使用。

本发明反应器由于具备溶氧速度高（KLa值高），生产强度大的特性，使用生长快速或其他代谢作用快速的菌种，将充分发挥本反应器的效能。例如将本发明反应器用于生产单细胞蛋白（饲料酵母，SCP）时，所用菌种，系特为驯化的、高生长比速的假丝酵母菌株，BR-COO1，其最大生长比速μm＝0.72（图8）。