專利名稱：一種磁電誘導(dǎo)生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于生物反應(yīng)器領(lǐng)域，尤其涉及一種采用磁電誘導(dǎo)的方法復(fù)壯細菌的生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
很多細菌，特別是那些人類需利用其某種特性為人類提供某種服務(wù)的細菌，會出現(xiàn)在高效運行一段時間，某特定活性下降甚至喪失的情形，需要反復(fù)引入新細菌才能高效地保持該性能的服務(wù)功能，例如人們在研究厭氧氨氧 化脫氮細菌生物脫氮活性時就會遇到這樣的情形厭氧氨氧化細菌的脫氮活性會隨細菌脫氮作用時間的加長而逐漸失活以致完全喪失甚至變黑、變臭，因此及時復(fù)壯細菌，保持其脫氮活性的穩(wěn)定性，是進行工程應(yīng)用、為人類消除氮污染、保證氮循環(huán)的前提。厭氧氨氧化是自然界重要的氮循環(huán)階段，也是廢水生物脫氮研究的新領(lǐng)域，其在消除水體氮污染的工程利用中有著無可替代的作用，具有廣泛而深遠的應(yīng)用前景，是目前國際上脫氮技術(shù)流域最大的研究熱點之一。對于利用厭氧氨氧化作用進行工程實踐的研究，雖然在國際上非常熱門，但在我國，該研究多處于實驗室階段，其中的一個主要問題是在厭氧氨氧化菌運行一段時間后，常發(fā)生脫氮活性逐漸喪失的現(xiàn)象，如果不及時采取一定措施，最后失活的細菌會發(fā)生大量死亡解體，菌體發(fā)黑變臭的后果。電轉(zhuǎn)化法作為一種常規(guī)的外源DNA轉(zhuǎn)移方法，具有操作簡便、快速、轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點。通過電轉(zhuǎn)化的方法實現(xiàn)遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，使失去某種特性的細菌重新獲得該種特性，也能加快細菌的遺傳變異，是復(fù)壯細菌，獲取某種具有特定性能細菌的常用方法。電轉(zhuǎn)化法在放線菌基因操作中已有許多成功的應(yīng)用，如在變鉛青鏈霉菌{Streptomyces Iividans) >小鏈霉菌CS、酒紅鏈霉菌(51 r/aaceiAs)、龜裂鏈霉菌(51等都有成功的報導(dǎo)。磁致生物效應(yīng)一直是磁效應(yīng)領(lǐng)域的研究熱點，國內(nèi)外大量研究表明，磁場作用于生物體后，在生物體內(nèi)可引起一系列的生物學(xué)反應(yīng)。部分專家認(rèn)為磁場會影響生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)大分子和酶，使生物體內(nèi)酶活性增強，提高酶反應(yīng)速度；另外，磁場還會提高生物細胞膜的通透性，使水和氧分子及一些能受磁作用活化的金屬離子等易于進入細胞。通過磁化處理污水的生物效應(yīng)實驗，可以發(fā)現(xiàn)磁通密度為O. 37T時，好氧微生物活性增加17. 3%，水藻的初級生產(chǎn)力由對照樣的每天8. 4-10g/m3提高到每天16. 9g/m3 ;脫氫酶脫色試驗表明，磁場的存在對微生物的生長及新陳代謝有利，從而促進對有機物的吸附和利用，增強微生物氧化降解有機物的能力。因此，磁致生物效應(yīng)和電(場)致生物效應(yīng)在復(fù)壯細菌中具有重要作用。使用外加的高壓電場和磁場，基于生物介電質(zhì)對復(fù)合磁電場的應(yīng)激反應(yīng)研究磁電作用的生物效應(yīng)，在實驗中確定和獲得某種菌株的“頻率作用窗”、“功率(振幅)作用窗”和“作用時間窗”，找到生物效應(yīng)規(guī)律，激活或復(fù)壯正在逐漸失去某種活性的菌株，使得菌株重新恢復(fù)活性，維持其某種有益于人類的作用狀態(tài)，對人類利用其特定性狀為人類生產(chǎn)生活服務(wù)，是微生物利用中經(jīng)常遇到和解決難題的有效途徑。目前，國內(nèi)已有用于“難降解有機廢水的電生物處理裝置”專利(公開號CN1435379)，和“用于處理有機廢水的磁生物反應(yīng)分離裝置”專利(公開號CN201593005U)等，但尚無用于對細菌進行磁電誘導(dǎo)的生物反應(yīng)器。而研究表明，無論是磁場處理和電場處理，只要強度適宜，都可以對生物產(chǎn)生有益效應(yīng)，特別是對一些退化菌株的復(fù)壯過程，具有較好的促進作用。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能產(chǎn)生特定磁場電場的磁電誘導(dǎo)型生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器能起到對失活細菌細胞的刺激誘導(dǎo)作用，引起正處于失活過程的細菌在生理生化過程發(fā)生某種改變，從而逆轉(zhuǎn)失活過程，使 正失活的細菌細胞活性得以恢復(fù)，達到復(fù)壯的目的。實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案如下本實用新型磁電誘導(dǎo)厭氧氨氧化菌激活生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器本體和反應(yīng)器本體自下而上的進水緩沖區(qū)、升流式反應(yīng)室、三相分離區(qū)、磁場和電場產(chǎn)生系統(tǒng)和外周的水浴保溫套，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是三相分離區(qū)包括一級三相分離區(qū)和二級三相分離區(qū)，在反應(yīng)器本體內(nèi)還設(shè)置在磁場產(chǎn)生系統(tǒng)和電場產(chǎn)生系統(tǒng)，池底還設(shè)置有內(nèi)循環(huán)混合攪拌系統(tǒng)，磁場產(chǎn)生系統(tǒng)和電場產(chǎn)生系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連。所述的三相分離區(qū)的一級三相分離區(qū)的分離裝置為活動型，其下部嵌套于升流式反應(yīng)區(qū)內(nèi)壁，上部延伸出兩耳，倒扣于二級三相分離區(qū)下端的內(nèi)壁，需要時可與反應(yīng)器主體分離；二級三相分離區(qū)內(nèi)部設(shè)置擋板共6塊，擋板為活動型，以卡槽固定于二級三相分離器上，必要時內(nèi)置擋板的數(shù)目可減少或增加，擋板間分區(qū)以導(dǎo)流管相通。所述的電場產(chǎn)生系統(tǒng)包括裝在反應(yīng)區(qū)下部相對向的通電碳棒及極板，使用時通入穩(wěn)定直流電流，產(chǎn)生穩(wěn)定的輻射型電場。通過改變電流大小，可產(chǎn)生不同強度的電場；通過改變極板與碳棒方向，可產(chǎn)生不同方向的電場，電場產(chǎn)生系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，外接的控制系統(tǒng)可自由控制電場強度的強弱，以及電場作用的時間、順序、方式。所述的磁場產(chǎn)生系統(tǒng)包括裝于反應(yīng)區(qū)下部另一相對向或上下向的通電螺線圈，使用時通入穩(wěn)定直流電流，線圈內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定的均勻磁場。通過改變電流大小，可產(chǎn)生不同強度的磁場；通過改變通電螺線圈方向，可產(chǎn)生不同方向的磁場，磁場產(chǎn)生系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，外接的控制系統(tǒng)可自由控制磁場強度的強弱，以及磁場作用的時間、順序、方式。所述的池底內(nèi)循環(huán)攪拌裝置是特征是，通過沉沒于底部得到內(nèi)吸式內(nèi)循環(huán)攪拌裝置對泥水混合物的吸排，包括定位吸排及移動式吸排，既能使沉淀在進水緩沖區(qū)底部的污泥與上部污泥不斷翻滾混合，保證沉淀的污泥都能充分進入磁電誘導(dǎo)區(qū)，接受磁電誘導(dǎo)作用，又使表層富氧水不易混入下層。本實用新型的優(yōu)點和有益效果I)技術(shù)新磁電誘導(dǎo)技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)對細菌的培養(yǎng)、復(fù)壯作用，達到激活失活厭氧氨氧化菌的目的。單一的電誘導(dǎo)技術(shù)或磁誘導(dǎo)技術(shù)很難激活已失活或正失活的厭氧氨氧化菌。本反應(yīng)器通過提供一種能產(chǎn)生特定電場磁場的磁電誘導(dǎo)型生物反應(yīng)器，通過電場、磁場的組合激活技術(shù)，起到對失活細菌細胞的刺激誘導(dǎo)作用，引起正處于失活過程的細菌在生理生化過程發(fā)生某種改變，從而逆轉(zhuǎn)失活過程，從而使正失活的細菌細胞活性得以恢復(fù)，達到復(fù)壯的目的。2)保證接受磁電誘導(dǎo)作用的污泥充分、均勻混合通過池底內(nèi)循環(huán)攪拌裝置的沉沒式內(nèi)吸循環(huán)攪拌裝置的吸排，使沉淀在進水緩沖區(qū)底部的污泥與上部污泥不斷翻滾混合，保證沉淀的污泥都能充分進入磁電誘導(dǎo)區(qū)，接受磁電誘導(dǎo)作用，并盡可能減少氧氣的混入。3)利于研究各項作用參數(shù)、反應(yīng)指標(biāo)通過電場、磁場、溫度控制等反應(yīng)條件或參數(shù)的調(diào)控組合，有利于探索激活功能失活細菌的各項參數(shù)，如最適電壓作用范圍，電流作用范圍，頻率作用范圍，以獲取各參數(shù)的“最適作用窗”，為反應(yīng)器在最佳作用窗口運行提供條件，最大限度地保證激活效率；并使在溫度、進水水質(zhì)等相同條件下，對比研究磁電誘導(dǎo)菌種與非誘導(dǎo)培養(yǎng)菌種生理生化活性上的區(qū)別成為可能。

圖I是實施例中反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明見圖1，本實用新型反應(yīng)器下部進水緩沖區(qū)I為四面棱錐體，底部設(shè)有進水管10，緩沖區(qū)I往上為升流式反應(yīng)區(qū)2，呈方形，再往上為三相分離區(qū)，三相分離區(qū)分為一級三相分離區(qū)3與二級三相分離區(qū)4，三相分離區(qū)上部設(shè)有出水管11，頂部裝有密封蓋并設(shè)有出氣口 6，升流式反應(yīng)區(qū)2下部裝有磁電誘導(dǎo)裝置，包括產(chǎn)生電場的主要部分通電碳棒7-1及極板7-2，產(chǎn)生磁場的主要部分通電螺線圈8，內(nèi)循環(huán)攪拌裝置9。厭氧氨氧化菌以顆粒污泥的形態(tài)存在于升流式反應(yīng)區(qū)2內(nèi)。反應(yīng)器主體外部設(shè)有水浴保溫套5，其長寬為升流式反應(yīng)區(qū)2的I. 5-2倍，高度相等，可用于保持反應(yīng)器池體溫度。所述的棱錐體進水緩沖區(qū)I長寬高比為I: I: I. 5，下部斜面傾角為65°-75°，升流式反應(yīng)區(qū)2下接進水緩沖區(qū)I上端，上接三相分離區(qū)下端，其高度占反應(yīng)器主體高度的2/3-3/5. 一級三相分離裝置3內(nèi)置于反應(yīng)區(qū)2與二級三相分離區(qū)4之間，為兩端開口，中間收縮的兩端對稱型棱體，其總體長寬高比為1:1 :(2-2. 5)。二級三相分離區(qū)4直接接于升流式反應(yīng)區(qū)2之上，高度為反應(yīng)區(qū)2高度的1/3-1/2，上端設(shè)有活動型密封蓋，密封蓋上設(shè)有出氣口 6。所述的三相分離區(qū)裝置分為活動型一級三相分離裝置3與固定型三相分離區(qū)4兩部分，活動型3其下部嵌套于升流式反應(yīng)區(qū)2內(nèi)壁，上部延伸出兩耳3-1，倒扣于二級三相分離區(qū)下端的內(nèi)壁，需要時可與反應(yīng)器主體分離。收縮部分3-2截面積為開口面積的1/3-2/5。固定型三相分離器4與所述反應(yīng)器主體的總體積比為(O. 3-0. 4) : 1，其漸擴壁與基準(zhǔn)水平面的夾角β為45°-70°，內(nèi)部設(shè)置擋板4-2共6塊，擋板皆以卡槽固定，必要時可拆卸，其與基準(zhǔn)水平面的夾角Y為65°-85°，外側(cè)擋板與內(nèi)側(cè)擋板最高點與出水管高度持平，中間擋板高度與反應(yīng)器頂部持平。擋板底部與漸擴壁內(nèi)壁間距為3-7cm。擋板間分區(qū)以導(dǎo)流管相通?；顒有腿喾蛛x器及可拆卸擋板的設(shè)計主要為了方便檢修磁電誘導(dǎo)裝置時磁電誘導(dǎo)裝置的取出及放入。所述磁電誘導(dǎo)部分分為產(chǎn)生電場的通電碳棒7-1及極板7-2部分，產(chǎn)生磁場的通電螺線圈部分8。極板材料為高純度石墨板或?qū)щ娊饘侔?，線圈材料為絕緣型金屬線。通電碳棒7-1位于通電螺線圈8中心，兩者高度均為升流式反應(yīng)區(qū)2的1/3-2/5，螺線圈8外圍直徑內(nèi)切于升流式反應(yīng)區(qū)2內(nèi)壁，碳棒7-1直徑為螺線圈8外徑的1/5-1/6，通電極板7-2貼于反應(yīng)區(qū)2外部，高度與碳棒7-1高度相等，寬度與反應(yīng)區(qū)2外壁相等，厚度為3-5mm。碳棒7-1與極板7-2配合產(chǎn)生電場,螺線圈8產(chǎn)生磁場。所述內(nèi)循環(huán)攪拌裝置9包括特制的沉沒式內(nèi)吸循環(huán)攪拌混合裝置與控制系統(tǒng)，沉沒式內(nèi)吸循環(huán)攪拌混合裝置可在控制系統(tǒng)控制下，以特定流量進行吸排，也可根據(jù)需要進行移位，主要用于使反應(yīng)器內(nèi)所有污泥進行內(nèi)循環(huán)攪拌混合，從而使絕大多數(shù)污泥接受磁電誘導(dǎo)作用，并盡量減少氧氣的混入。本實用新型用有機玻璃構(gòu)成，使用時，廢 水由底部進水管10進入，經(jīng)進水緩沖區(qū)I進入升流式反應(yīng)區(qū)2，與緩沖區(qū)I和反應(yīng)區(qū)2內(nèi)的厭氧氨氧化菌接觸反應(yīng)后，流經(jīng)三相分離區(qū)，最后從出水管11流出。厭氧氨氧化菌在緩沖區(qū)I內(nèi)受到內(nèi)循環(huán)攪拌裝置9的攪拌，與反應(yīng)區(qū)2下部污泥翻滾、混合，接受磁電誘導(dǎo)裝置的作用。外周水浴部分5是用于保持反應(yīng)器池體溫度的水浴保溫套，能有效控制污泥溫度環(huán)境。磁電誘導(dǎo)反應(yīng)池體可用于激活活性降低或失活的厭氧氨氧化菌，能直觀地研究磁場、電場、或磁電場同時作用下的厭氧氨氧化菌的活性狀態(tài)，與普通狀態(tài)下的厭氧氨氧化菌作對比，有利于探索反應(yīng)器運行的各項參數(shù)，如最適電壓作用范圍，電流作用范圍，頻率作用范圍，以獲取各參數(shù)的“最適作用窗”，為反應(yīng)器在最佳作用窗口運行提供條件，最大限度地保證激活效率；并使在溫度、進水水質(zhì)等相同條件下，對比研究磁電誘導(dǎo)菌種與非誘導(dǎo)培養(yǎng)菌種生理生化活性上的區(qū)別成為可能。反應(yīng)器啟動后通過改變通電碳棒7-1-極板7-2，通電螺線圈8的立體方向，可根據(jù)電場、磁場的作用方式和方向，具有以下幾種誘導(dǎo)方式I、單獨電場作用，徑向作用方向可分為上下、前后、左右，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實施方式；2、單獨磁場作用，徑向作用方向可分為上下、前后、左右，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實施方式；3、電場,磁場同時作用,徑向方向電場為前后方向,磁場為前后方向，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實施方式；4、電場,磁場同時作用,徑向方向電場為前后方向,磁場為左右方向，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實施方式；5、電場,磁場同時作用,徑向方向電場為前后方向,磁場為上下方向，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實施方式；6、電場,磁場同時作用,徑向方向電場為左右方向,磁場為前后方向，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實施方式；7、電場,磁場同時作用,徑向方向電場為左右方向,磁場為左右方向，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實施方式；8、電場,磁場同時作用,徑向方向電場為左右方向,磁場為上下方向，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實施方式；9、電場,磁場同時作用,徑向方向電場為上下方向,磁場為前后方向，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實施方式；[0040]10、電場,磁場同時作用，徑向方向電場為上下方向，磁場為左右方向，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實施方式；11、電場，磁場同時作用，徑向方向電場為上下方向，磁場為上下方向，同時每個方向均有正向和反向的電流或磁場兩種實 施方式。
權(quán)利要求1.一種磁電誘導(dǎo)生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器本體和反應(yīng)器本體自下而上的進水緩沖區(qū)、升流式反應(yīng)室、三相分離區(qū)、外周水浴保溫套，其特征是三相分離區(qū)包括一級三相分離區(qū)和二級三相分離區(qū)，在反應(yīng)器本體內(nèi)還設(shè)置有磁場產(chǎn)生系統(tǒng)和電場產(chǎn)生系統(tǒng)，池底還設(shè)置有內(nèi)循環(huán)混合攪拌系統(tǒng)，磁場產(chǎn)生系統(tǒng)和電場產(chǎn)生系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物反應(yīng)器，其特征是所述的三相分離區(qū)的一級三相分離區(qū)的分離裝置為活動型，其下部嵌套于升流式反應(yīng)區(qū)內(nèi)壁，上部延伸出兩耳，倒扣于二級三相分離區(qū)下端的內(nèi)壁，需要時可與反應(yīng)器主體分離；二級三相分離區(qū)內(nèi)部設(shè)置擋板共6塊，擋板為活動型，以卡槽固定于二級三相分離器上，必要時內(nèi)置擋板的數(shù)目可減少或增加，擋板間分區(qū)以導(dǎo)流管相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物反應(yīng)器，其特征是所述的電場產(chǎn)生系統(tǒng)包括裝在反應(yīng)區(qū)下部相對向的通電碳棒及極板，使用時通入穩(wěn)定的直流電流，產(chǎn)生穩(wěn)定的輻射型電場；通過改變電流大小，可產(chǎn)生不同強度的電場；通過改變極板與碳棒方向，可產(chǎn)生不同方向的電場，電場產(chǎn)生系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，外接的控制系統(tǒng)可自由控制電場強度的強弱，以及電場作用的時間、順序、方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物反應(yīng)器，其特征是所述的磁場產(chǎn)生系統(tǒng)包括裝于反應(yīng)區(qū)下部另一相對向或上下向的通電螺線圈，使用時通入穩(wěn)定的直流電流，線圈內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定的均勻磁場；通過改變電流大小，可產(chǎn)生不同強度的磁場；通過改變通電螺線圈方向，可產(chǎn)生不同方向的磁場，磁場產(chǎn)生系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，夕卜接的控制系統(tǒng)可自由控制磁場強度的強弱，以及磁場作用的時間、順序、方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物反應(yīng)器，其特征是所述的池底內(nèi)循環(huán)攪拌裝置是通過沉沒于池底的內(nèi)吸式內(nèi)循環(huán)攪拌裝置對泥水混合物的的吸排，包括定位吸排及移動式吸排，既能使沉淀在進水緩沖區(qū)底部的污泥與上部污泥不斷翻滾混合，保證沉淀的污泥都能充分進入磁電誘導(dǎo)區(qū)，接受磁電的誘導(dǎo)作用，又使表層的富氧水不易混入下層。
專利摘要本實用新型公開了一種磁電誘導(dǎo)厭氧氨氧化菌激活生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器本體和反應(yīng)器自下而上的進水緩沖區(qū)、升流式反應(yīng)器、三相分離區(qū)、外周水浴保溫套，其特征是三相分離區(qū)包括一級三相分離區(qū)和二級三相分離區(qū)，在反應(yīng)器本體內(nèi)還設(shè)置在磁場產(chǎn)生系統(tǒng)和電場產(chǎn)生系統(tǒng)，池底還設(shè)置有循環(huán)混合攪拌系統(tǒng)，磁場產(chǎn)生系統(tǒng)和電場產(chǎn)生系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連。本反應(yīng)器可用于激活生物活性降低或瀕臨失活的細菌，逆轉(zhuǎn)失活過程，恢復(fù)細菌細胞的生物活性，達到復(fù)壯目的。
文檔編號C02F3/28GK202576087SQ20122023937
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者李天煜, 吳宇, 韋峰, 楊孔萍, 劉成良 申請人:桂林電子科技大學(xué)