專利名稱：微納米泡發(fā)生裝置及用該發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置和發(fā)酵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能產(chǎn)生微米級(jí)氣泡和納米級(jí)氣泡的微納米泡發(fā)生裝置，同時(shí)本發(fā)明還涉及用該微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置。
背景技術(shù)：
在好氧深層培養(yǎng)中，氧氣的供應(yīng)往往是發(fā)酵能否成功的重要限制因素之一，因此， 溶氧是需氧發(fā)酵控制最重要的參數(shù)之一。由于氧在水中的溶解度很小，純氧在純水中的溶解度為1. 26mmol/l ；含在空氣中的氧氣在純水中的溶解度為0. 25mmol/l ；含在空氣中的氧氣在發(fā)酵液中的溶解度更低，溶氧的大小對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物的形成及產(chǎn)量都會(huì)產(chǎn)生不同的影響。因此，需要不斷的對(duì)發(fā)酵液通風(fēng)和攪拌，才能滿足不同發(fā)酵過程對(duì)氧的需求，但加大通氣量和攪拌會(huì)引起過多泡沫，這種體積較大的氣泡不會(huì)懸浮在發(fā)酵液中，他們會(huì)在發(fā)酵液中移動(dòng)并沖到發(fā)酵液的表面并破裂，氣泡的移動(dòng)會(huì)對(duì)菌類產(chǎn)生沖擊，造成菌類死亡。并且由于較大的氣泡最終會(huì)逃離發(fā)酵液，從而造成氧氣的浪費(fèi)，無法增大發(fā)酵液中的含氧量。為了防止氣泡產(chǎn)生，可以使用消泡劑，而消泡劑的使用又不利于氧的溶解?，F(xiàn)有的發(fā)酵罐主要通過內(nèi)循環(huán)方式的增加溶氧，主要是靠攪拌裝置的攪拌槳來分散和打碎氣泡，減小氣泡的體積，使得氣泡的上升速度降低甚至使得其可以懸浮在發(fā)酵液中，以便增加溶氧量，為了使得氣泡的體積足夠小，需要加快攪拌速度，但攪拌速度過高的話，攪拌槳就會(huì)對(duì)細(xì)胞造成損傷，同時(shí)攪拌裝置的使用會(huì)增加傳熱負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)今的微生物發(fā)酵工程已逐漸趨于成熟，并在工業(yè)生產(chǎn)中創(chuàng)造出了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。創(chuàng)立了劃時(shí)代的發(fā)酵工業(yè)?，F(xiàn)代微生物發(fā)酵工藝與我們民間延續(xù)了幾千年的傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)有著很大的不同，主要表現(xiàn)在；所使用的微生物是經(jīng)過選育的優(yōu)良菌種并經(jīng)過純化， 具有更強(qiáng)的生產(chǎn)能力；發(fā)酵條件的選用更加合理，并加以自動(dòng)控制等條件，生產(chǎn)效率更高； 生產(chǎn)規(guī)律模大，產(chǎn)品種類繁多。據(jù)估計(jì)，全球發(fā)酵產(chǎn)品的市場(chǎng)有120 130億美元，其中抗生素占46%，氨基酸占16.3%，有機(jī)酸占13. 2%，酶占10%，其它占14. 5%。發(fā)酵產(chǎn)品市場(chǎng)的增大與發(fā)酵技術(shù)的進(jìn)步分不開?，F(xiàn)代生物技術(shù)的進(jìn)展推動(dòng)了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，發(fā)酵工業(yè)的收率和純度都比過去有了極大的提高。許多公司對(duì)發(fā)酵工藝進(jìn)行了調(diào)整，從而降低了生產(chǎn)成本。如ADM (Archer Daniels Midland)和Cargill公司在20世紀(jì)90年代初對(duì)其發(fā)酵裝置進(jìn)行改造，將以碳水化合物為原料的生產(chǎn)工藝改為以玉米粉為原料，從而降低了生產(chǎn)成本，ADM公司生產(chǎn)的賴氨酸成本比原先降低了一半。因此不斷提高菌株活力、發(fā)酵水平、生化反應(yīng)過程、分離純化水平，依然是生物化工面臨的課題。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)發(fā)酵工業(yè)尚存在許多問題，其中最為突出的就是生產(chǎn)技術(shù)上，工藝、設(shè)備不配套，上下游技術(shù)不配套，產(chǎn)物的收得率低。行業(yè)內(nèi)企業(yè)間的生產(chǎn)水平相差懸殊，企業(yè)技術(shù)裝備水平達(dá)到20世紀(jì)80年代以后國(guó)際先進(jìn)水平的僅占20% 30%，多數(shù)處于20世紀(jì) 60 70年代水平。我國(guó)雖然某些產(chǎn)品如檸檬酸、乳酸等發(fā)酵水平較高，但大多數(shù)產(chǎn)品的收率都低于國(guó)外，酶制劑的活力也明顯低于國(guó)外，生化反應(yīng)器和分離純化技術(shù)更是落后國(guó)外 15 20年。每年都要花費(fèi)大量資金從國(guó)外進(jìn)口生物反應(yīng)器、細(xì)胞破碎機(jī)、分離純化設(shè)備及
3分離介質(zhì)、生物傳感器和計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備。這跟我們基礎(chǔ)研究薄弱，技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)，企業(yè)的技術(shù)開發(fā)、技術(shù)吸收能力差，生產(chǎn)發(fā)展多數(shù)依靠傳統(tǒng)的夕蜒型、粗放型擴(kuò)大投資的增長(zhǎng)模式，效益低、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力低。改造傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，不斷提高發(fā)酵法產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)水平，開發(fā)生物反應(yīng)器，提高我國(guó)生物化工產(chǎn)品分離和提純技術(shù)，大規(guī)模開發(fā)生物化工裝備等應(yīng)首先提上議事日程?，F(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)大多數(shù)是好氣性發(fā)酵，好氣性微生物的生長(zhǎng)發(fā)育和代謝活動(dòng)都需要消耗氧氣，因?yàn)楹脷庑晕⑸镏挥醒醴肿哟嬖谇闆r下才能完成生物氧化作用，因此供氧對(duì)需氧微生物是必不可少的，在生物反應(yīng)過程中必須供給適量無菌空氣，才能使菌體生長(zhǎng)繁殖和積累所需要的代謝產(chǎn)物。需氧微生物的氧化酶系是存在于細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)中，因此在生物反應(yīng)過程中，微生物只能利用溶解狀態(tài)下的氧(最近有報(bào)道在氣-液界處的微生物也能直接利用氣相中的氧)。氧是很難溶解的氣體，在25°C、100MI^下，空氣中的氧在水中的溶解度0. 25mmol/L。由于微生物不斷消耗發(fā)酵液中的氧，而氧的溶解度很低，由于微生物在人工環(huán)境內(nèi)比較集中，濃度大；另外在這種稠厚的培養(yǎng)液氧的溶解度比在水中更小，就必須采用強(qiáng)化供氧。目前，在發(fā)酵工業(yè)上氧的利用率很低，因此提高傳氧效率，就能大大降低空氣消耗量，從而降低設(shè)備費(fèi)和動(dòng)力消耗，且減少泡沫形成和染菌的機(jī)會(huì)，大大提高設(shè)備利用率。近年來，好氣性發(fā)酵中氧的需求超過現(xiàn)有的生物反應(yīng)設(shè)備的氧傳遞的能力，其后果是氧傳遞速率成為產(chǎn)量的限制因素。氧的供應(yīng)不足可能引起生產(chǎn)菌種的不可彌補(bǔ)的損失或可能導(dǎo)致細(xì)胞代謝轉(zhuǎn)向所不需的化合物的產(chǎn)生?！氵M(jìn)行液體培養(yǎng)時(shí)，可通過增加液體與氧的接觸面積或提高氧分壓來提供溶氧速率，主要措施包括①淺層液體培養(yǎng)；②利用往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式搖床對(duì)三角瓶培養(yǎng)物作振蕩培養(yǎng)；③在深層液體培養(yǎng)器的底部通入加壓空氣，并用氣體分布器使其以小氣泡形式均勻噴出；④對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行機(jī)械攪拌，并在培養(yǎng)器的壁上設(shè)置阻擋裝置?，F(xiàn)有的發(fā)酵裝置大多采用以上的方法提供氧氣用于發(fā)酵，主要裝置包括 機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐其原理主要是(1)攪拌把大的空氣氣泡打成小氣泡，增加了接
觸面積，而且小氣泡的上升的速度要比大氣泡慢，因此接觸時(shí)間也增長(zhǎng)。(2)攪拌使液體作渦流運(yùn)動(dòng)，使氣泡不是直線上升而是做螺旋運(yùn)動(dòng)上升，延長(zhǎng)了氣泡的運(yùn)動(dòng)路線，即增加了氣液的接觸時(shí)間。(3)攪拌使發(fā)酵液呈湍流運(yùn)動(dòng)，從而減少了氣泡周圍液膜的厚度，減少液膜阻力，因而增大了 kLa。(4)攪拌使菌體分散，避免結(jié)團(tuán)，有利于固液傳遞過程中的接觸面積增加，使推動(dòng)力均一。但在發(fā)酵罐中進(jìn)行攪拌容易對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生剪切力，一定程度上對(duì)微生物的生長(zhǎng)存在損害。氣升式發(fā)酵罐其原理主要是將無菌空氣通過噴孔以一定速度噴射進(jìn)發(fā)酵液中， 通過氣液混合物的湍流作用使氣泡碎裂，同時(shí)形成的氣液混合物由于密度較低向上運(yùn)動(dòng)， 而發(fā)酵液則向下運(yùn)動(dòng)，形成循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)混合。其優(yōu)勢(shì)在于無攪拌傳動(dòng)設(shè)備，節(jié)約動(dòng)力，操作簡(jiǎn)便，減少雜菌感染。缺點(diǎn)在于若培養(yǎng)液粘度較大時(shí)，由于氣泡在液體中阻力大而氣升式僅用噴射來提供動(dòng)力，很難實(shí)現(xiàn)氣液混勻，融氧系數(shù)低。發(fā)酵過程產(chǎn)生的泡沫會(huì)帶來多種危害，如降低生產(chǎn)能力、引起原料浪費(fèi)、影響菌呼吸、引起染菌等。泡沫的產(chǎn)生通常與通氣和攪拌的強(qiáng)烈程度相關(guān)，通氣量越大、攪拌越強(qiáng)烈泡沫越多。在發(fā)酵前期由于培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分消耗少，培養(yǎng)基成分豐富，易起泡，因此應(yīng)先開較小的通氣量，再逐步加大。而通氣量過小又限制了培養(yǎng)基的融氧，不利于微生物的生長(zhǎng)。 目前，一般是采用在基礎(chǔ)料中加入消泡劑的方法除泡，此方法雖然可以消除氣泡，但是，消泡劑會(huì)影響溶氧量，并且，在收獲菌類時(shí)還需要提取菌類將消泡劑分離出來，使發(fā)酵過程更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微納米泡發(fā)生裝置，已經(jīng)解決現(xiàn)有技術(shù)中在向發(fā)酵液中通氣增氧時(shí)因產(chǎn)生較大的氣泡而造成的菌類死亡以及發(fā)酵液的溶氧率低的問題。同時(shí)本發(fā)明的目的還在于提供用該發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置和發(fā)酵方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的微納米泡發(fā)生裝置采用如下技術(shù)方案一種微納米泡發(fā)生裝置，包括射流泵，所述微納米泡發(fā)生裝置具有由射流泵的噴嘴的進(jìn)口構(gòu)成的工作液體進(jìn)口，微納米泡發(fā)生裝置還具有由射流泵的引射流體進(jìn)口構(gòu)成的進(jìn)氣口，所述射流泵的喉管與擴(kuò)散管之間串聯(lián)設(shè)置有粉碎室，粉碎室內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在粉碎室的室壁上的攪拌
直ο所述的粉碎室與擴(kuò)散管之間串設(shè)有一段混合管，混合管具有波紋管段。所述的混合管為具有一個(gè)折彎的彎管。所述的射流泵的擴(kuò)散管的出口處封設(shè)有具有泄流孔的粉碎板。所述噴嘴的出口直接與喉管的一端連通，所述進(jìn)氣口設(shè)置在喉管上。本發(fā)明的用微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置采用如下技術(shù)方案
一種用微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置，包括發(fā)酵罐，發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)置有微納米泡發(fā)生裝置，微納米泡發(fā)生裝置包括射流泵，微納米泡發(fā)生裝置具有由射流泵的噴嘴的進(jìn)口構(gòu)成的工作液體進(jìn)口，微納米泡發(fā)生裝置還具有由射流泵的引射流體進(jìn)口構(gòu)成的進(jìn)氣口，所述射流泵的喉管與擴(kuò)散管之間串聯(lián)設(shè)置有粉碎室，粉碎室內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在粉碎室的室壁上的攪拌裝置，發(fā)酵罐內(nèi)還設(shè)置有出口與工作液體進(jìn)口相連的加壓泵，所述進(jìn)氣口與發(fā)酵罐外側(cè)設(shè)置的氣泵相連，進(jìn)氣口與氣泵之間設(shè)置有氣體凈化器。所述的粉碎室與擴(kuò)散管之間串設(shè)有一段具有一個(gè)折彎的混合管，混合管具有波紋管段。所述的射流泵的擴(kuò)散管的出口處封設(shè)有具有泄流孔的粉碎板。本發(fā)明的發(fā)酵方法采用如下技術(shù)方案
一種發(fā)酵方法，該方法包括向設(shè)置有微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵設(shè)備中配置培養(yǎng)基，然后滅菌、冷卻、接入菌種。所述微納米泡發(fā)生裝置具有由射流泵的噴嘴的進(jìn)口構(gòu)成的工作液體進(jìn)口，微納米泡發(fā)生裝置還具有由射流泵的引射流體進(jìn)口構(gòu)成的進(jìn)氣口，所述射流泵的喉管與擴(kuò)散管之間串聯(lián)設(shè)置有粉碎室，粉碎室內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在粉碎室的室壁上的攪拌裝置，將微納米泡發(fā)生裝置的工作液體進(jìn)口與發(fā)酵設(shè)備中設(shè)置的加壓泵的進(jìn)口連通，同時(shí)將微納米泡發(fā)生裝置的進(jìn)氣口與發(fā)酵設(shè)備外側(cè)設(shè)置的氣泵連通，同時(shí)在進(jìn)氣口與氣泵之間設(shè)置上氣體凈化器。所述的粉碎室與擴(kuò)散管之間串設(shè)有一段具有一個(gè)折彎的混合管，混合管具有波紋管段。
所述的射流泵的擴(kuò)散管的出口處封設(shè)有具有泄流孔的粉碎板。當(dāng)本發(fā)明的用微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置的微納米泡發(fā)生裝置的工作液體進(jìn)口中進(jìn)入高壓液體時(shí)，由噴嘴中噴出的射流會(huì)將由氣體進(jìn)口中進(jìn)入氣體吸入，液體與氣體在喉管中混合形成氣泡，混合流體在流經(jīng)粉碎室時(shí)氣泡會(huì)被攪拌裝置打碎形成細(xì)小的微納米泡，微納米泡隨液體經(jīng)擴(kuò)散管流出微納米泡發(fā)生裝置進(jìn)入發(fā)酵裝置。微納米泡具有上升速度慢的特性。直徑Imm的氣泡在水中上的升速度為6 m / min，而直徑10 μ m的氣泡在水中的上升速度為3mm/min，后者是前者的1/2000。微納米泡能增加自身的壓力，通常微納米泡內(nèi)部的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外界液體的壓力，可以增加氣泡內(nèi)的氣體溶解到水中的速度，并會(huì)出現(xiàn)氣泡溶解消失的現(xiàn)象。相對(duì)于微納米泡的體積，其比表面積非常大，具有超常的氣體溶解能力。直徑10微米的氣泡同直徑Imm的氣泡相比，考慮氣泡內(nèi)部壓力及比表面積的效果，前者的氣體溶解能力為后者的100倍，如果考慮氣泡的上升速度的影響，直徑10微米的氣泡在理論上有20萬倍于直徑Imm氣泡的氣體溶解能力。采用微納米泡發(fā)生裝置向發(fā)酵罐中添加微納米泡有效的解決了現(xiàn)有中在向發(fā)酵液中通氣增氧時(shí)因產(chǎn)生較大的氣泡而造成的菌類死亡以及發(fā)酵液的溶氧率低的問題。本發(fā)明的微納米泡發(fā)生裝置的粉碎室與擴(kuò)散管之間串設(shè)有一段具有波紋管端的混合管，來自粉碎室的攜帶有氣泡的液體被波紋管管壁上波紋阻礙，液體的攪動(dòng)加劇，構(gòu)成水氣混合的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，氣、液流體被波紋管的波紋狀管壁剪切、分割，氣液流中的氣體和液體會(huì)因沖擊、碰撞而充分混合，從而讓氣泡變得更加微小。本發(fā)明的微納米泡發(fā)生裝置的波紋管為彎管，氣液流在具有轉(zhuǎn)彎的波紋管中流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，使得氣液流中氣泡在撞擊中變得更加細(xì)小。本發(fā)明的微納米泡發(fā)生裝置的射流泵的擴(kuò)散管的出口處封設(shè)有具有泄流孔的粉碎板，在粉碎板的作用下，氣液流中的氣泡在泄流孔中流動(dòng)時(shí)會(huì)受到剪切而變得更加細(xì)小。


圖1是本發(fā)明的用微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的微納米泡發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一種用微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置的實(shí)施例，在圖1、圖2中，包括發(fā)酵罐12，發(fā)酵罐12的內(nèi)腔中設(shè)置有微納米泡發(fā)生裝置6，納米氣泡發(fā)生裝置包括一個(gè)射流泵，射流泵的噴嘴10的進(jìn)口構(gòu)成微納米泡發(fā)生裝置的工作液體進(jìn)口，噴嘴10的出口與喉管11的一端直接相連，喉管11上設(shè)置有引射流體進(jìn)口，引射流體進(jìn)口即為微納米泡發(fā)生裝置的進(jìn)氣口 9。喉管11的另一端與擴(kuò)散管7連通，喉管11與擴(kuò)散管7之間串聯(lián)設(shè)置有一個(gè)粉碎室13， 粉碎室13的內(nèi)腔中設(shè)置有攪拌裝置14，這里的攪拌裝置即為現(xiàn)有的攪拌裝置，攪拌裝置通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在粉碎室13的室壁上，攪拌裝置14的攪拌扇葉位于粉碎室13內(nèi)。在粉碎室13與擴(kuò)散管7之間串設(shè)有一段混合管8，混合管8的一端與粉碎室13連通，另一端與擴(kuò)散管7連通，混合管8為具有一個(gè)折彎的彎管，混合管8的折彎為90度的折彎，混合管8具有一端波紋管段，波紋管段處于混合管的靠近擴(kuò)散管7的一端。擴(kuò)散管7的出口處設(shè)置有一個(gè)粉碎板(圖中未示出)，粉碎板將擴(kuò)散管7的出口封上了，粉碎板上具有容許擴(kuò)散管7中的氣液流體流出去的泄流孔。微納米泡發(fā)生裝置6設(shè)置在一個(gè)殼體內(nèi)，噴嘴10的進(jìn)口、微納米氣泡發(fā)生裝置的進(jìn)氣口 9以及擴(kuò)散管7的出口均伸出殼體之外。噴嘴10的進(jìn)口與加壓泵4的出口相連，加壓泵設(shè)置在發(fā)酵罐12內(nèi)，加壓泵4將來自發(fā)酵罐12內(nèi)的液體加壓并送入噴嘴10內(nèi)。微納米泡發(fā)生裝置的進(jìn)氣口 9通過發(fā)酵罐12的上端設(shè)置的轉(zhuǎn)接氣口 5與氣泵1相連。氣泵1 的出口與轉(zhuǎn)接氣口 5之間設(shè)置有氣體凈化器2，氣泵的出口與氣體凈化器2的出口相連，氣體凈化器2的出口與過濾器3的進(jìn)口相連，過濾器3的出口與轉(zhuǎn)接器口相連。擴(kuò)散管7的出口伸出殼體并處在發(fā)酵罐12的內(nèi)腔中。一種用微納米泡發(fā)生裝置的實(shí)施例，在圖2中結(jié)合圖1，本實(shí)施例中的微納米泡發(fā)生裝置6即為上述用微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置的實(shí)施例中的微納米泡發(fā)生裝置，本實(shí)施例中的微納米泡發(fā)生裝置包括一個(gè)射流泵，射流泵的噴嘴10的進(jìn)口構(gòu)成微納米泡發(fā)生裝置的工作液體進(jìn)口，噴嘴10的出口與喉管11的一端直接相連，喉管11上設(shè)置有引射流體進(jìn)口，引射流體進(jìn)口即為微納米泡發(fā)生裝置的進(jìn)氣口 9。喉管11的另一端與擴(kuò)散管7連通，喉管11與擴(kuò)散管7之間串聯(lián)設(shè)置有一個(gè)粉碎室13，粉碎室13的內(nèi)腔中設(shè)置有攪拌裝置 14，這里的攪拌裝置即為現(xiàn)有的攪拌裝置，攪拌裝置通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在粉碎室13的室壁上，攪拌裝置14的攪拌扇葉位于粉碎室13內(nèi)。在粉碎室13與擴(kuò)散管7之間串設(shè)有一段混合管8，混合管8的一端與粉碎室13連通，另一端與擴(kuò)散管7連通，混合管8為具有一個(gè)折彎的彎管，混合管8的折彎為90度的折彎，混合管8具有一端波紋管段，波紋管段處于混合管的靠近擴(kuò)散管7的一端。擴(kuò)散管7的出口處設(shè)置有一個(gè)粉碎板(圖中未示出)，粉碎板將擴(kuò)散管7的出口封上了，粉碎板上具有容許擴(kuò)散管7中的氣液流體流出去的泄流孔。以上實(shí)施例中的射流泵的噴嘴的出口直接與喉管的一端連通，射流泵的引射流體進(jìn)口設(shè)置在喉管，其射流泵也可以像基本的射流泵那樣設(shè)置一個(gè)混合室，使得噴嘴的出口伸入混合室中并將引射流體進(jìn)口設(shè)置在混合室上，喉管的一端與混合室連通，讓噴嘴的出口通過混合室與喉管的一端連通。上述實(shí)施例中的微納米泡發(fā)生裝置主要是利用射流原理來產(chǎn)生微納米泡的。來自加壓泵的高壓液體由噴嘴中噴出形成射流將來自氣泵的氣體吸入，氣液兩相在喉管中混合，氣體以處于液體中的氣泡形式存在，來自喉管中氣液流進(jìn)入粉碎室，在粉碎室的攪拌裝置的作用下，液體內(nèi)的大氣泡被打碎形成小氣泡。氣液流繼續(xù)向前流動(dòng)進(jìn)入混合管，由于混合管為彎管，氣液流會(huì)在彎管中形成反射，來來回回的在混合管中流動(dòng)，流動(dòng)過程中摩擦力和剪切力會(huì)將氣液流中的氣泡剪切得更小。另外，混合管靠近擴(kuò)散管的一端為波紋管，波紋管對(duì)氣液流的擋止阻礙作用也會(huì)將氣泡變得更加細(xì)微，流出波紋管的氣液流經(jīng)過擴(kuò)散管由粉碎板的泄流孔流出微納米泡發(fā)生裝置并進(jìn)入發(fā)酵罐，使得發(fā)酵罐中充滿微納米級(jí)的氣泡，這些氣泡會(huì)給養(yǎng)殖在發(fā)酵罐中的菌類提供充足的氧氣。并且這些氣泡的體積較小，上升速度很小甚至不會(huì)上升而是直接懸浮在液體中，這樣這些氣泡就不會(huì)產(chǎn)生影響菌類生存的剪切力，并且氣泡的上升速度小或是沒有上升速度，使得氣泡在液體中的存在時(shí)間很長(zhǎng)，可以充分的保證氣泡內(nèi)的氧氣溶于液體。一種發(fā)酵方法的實(shí)施例，結(jié)合圖1和圖2，該發(fā)酵方法包括如下步驟首先是向設(shè)置了微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵設(shè)備中配置培養(yǎng)基，然后對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌操作，滅菌技術(shù)
7為現(xiàn)有技術(shù)，這里可以采用通常使用的高溫滅菌技術(shù)，在確定菌類的含量到培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)后，對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行冷卻，冷卻到合適的溫度后，向培養(yǎng)基中添加適量的菌種，然后進(jìn)入發(fā)酵程序， 在發(fā)酵過程中，通過微納米泡發(fā)生裝置產(chǎn)生微納米泡，產(chǎn)生的氣泡會(huì)充滿培養(yǎng)基，為所要培養(yǎng)的微生物提供充足的氧氣。本實(shí)施例中使用的微納米泡發(fā)生裝置包括一個(gè)射流泵，射流泵的噴嘴10的進(jìn)口構(gòu)成微納米泡發(fā)生裝置的工作液體進(jìn)口，噴嘴10的出口與喉管11的一端直接相連，喉管11 上設(shè)置有引射流體進(jìn)口，引射流體進(jìn)口即為微納米泡發(fā)生裝置的進(jìn)氣口 9。喉管11的另一端與擴(kuò)散管7連通，喉管11與擴(kuò)散管7之間串聯(lián)設(shè)置有一個(gè)粉碎室13，粉碎室13的內(nèi)腔中設(shè)置有攪拌裝置14，這里的攪拌裝置即為現(xiàn)有的攪拌裝置，攪拌裝置通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在粉碎室13的室壁上，攪拌裝置14的攪拌扇葉位于粉碎室13內(nèi)。在粉碎室13與擴(kuò)散管7之間串設(shè)有一段混合管8，混合管8的一端與粉碎室13連通，另一端與擴(kuò)散管7連通，混合管8為具有一個(gè)折彎的彎管，混合管8的折彎為90度的折彎，混合管8具有一端波紋管段，波紋管段處于混合管的靠近擴(kuò)散管7的一端。擴(kuò)散管7的出口處設(shè)置有一個(gè)粉碎板(圖中未示出)，粉碎板將擴(kuò)散管7的出口封上了，粉碎板上具有容許擴(kuò)散管7中的氣液流體流出去的泄流孔。以上實(shí)施例中的射流泵的噴嘴的出口直接與喉管的一端連通，射流泵的引射流體進(jìn)口設(shè)置在喉管，其射流泵也可以像基本的射流泵那樣設(shè)置一個(gè)混合室，使得噴嘴的出口伸入混合室中并將引射流體進(jìn)口設(shè)置在混合室上，喉管的一端與混合室連通，讓噴嘴的出口通過混合室與喉管的一端連通。在發(fā)酵過程中，將微納米泡發(fā)生裝置的工作液體進(jìn)口與發(fā)酵設(shè)備中設(shè)置的加壓泵的進(jìn)口連通，同時(shí)將微納米泡發(fā)生裝置的進(jìn)氣口與發(fā)酵設(shè)備外側(cè)設(shè)置的氣泵連通，同時(shí)在進(jìn)氣口與氣泵之間設(shè)置上氣體凈化器，這樣，微納米泡發(fā)生裝置就會(huì)工作長(zhǎng)生微納米泡。本實(shí)施例中的微納米泡發(fā)生裝置為一種特定的微納米發(fā)生裝置，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的微納米泡發(fā)生裝置來產(chǎn)生氣泡。目前，微納米泡已成功應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理中。 利用微納米泡的超強(qiáng)的氣體溶解能力可以用于設(shè)計(jì)新型MBR的曝氣系統(tǒng)及各種高濃度化工廢水處理設(shè)備的開發(fā)。在日本宮城縣的某食品加工廠，日排水量在200-300t/日，COD為2500-2800mg/L, SS為300-400mg/L，水中油份(N-H)約為800mg/L，采用臭氧微納米泡曝氣
法處理后，BOD及COD均下降至10mg/L以下，出水水質(zhì)透明，接近清水。與原來的活性污泥法相比，污泥產(chǎn)量降低，并且減少了臭氣產(chǎn)生，雖然增加了臭氧發(fā)生器的電量消耗，但由于微納米泡的臭氧利用率提高(80%以上)，與減少的污泥處理量的處理成本相比，仍具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。在制造纖維的含有PVA的化工排水處理中，由于自身PVA難分解的化學(xué)品，直接使用生物法處理也比較困難。通常利用鐵粉和過氧化水的芬頓法來進(jìn)行處理，處理成本高，并且生成的污泥中含有大量鐵，不利于后續(xù)處理，在實(shí)驗(yàn)室中將PVA加入蒸餾水同時(shí)使用微納米泡進(jìn)行曝氣，經(jīng)2小時(shí)后測(cè)得TOC去除量為30%以上，利用工廠的原水(T0C為1200mg) 進(jìn)行微納米泡曝氣實(shí)驗(yàn)，經(jīng)40小時(shí)后可將TOC降至原水的1/10，并且，可通過增大臭氧的濃度來縮短處理時(shí)間。臭氧、紫外線、微納米泡的協(xié)同作用，單獨(dú)處理時(shí)，可對(duì)高難度的有機(jī)廢水起到強(qiáng)氧化作用，對(duì)廢水的COD、色度等進(jìn)行降解；也可作為廢水的預(yù)處理和深度處理，其處理后的廢水更容易生化處理或其它的物化絮凝處理，在廢水的中水回用和達(dá)標(biāo)排放都有很好的作用?？梢詮V泛用于制藥化工廢水、垃圾滲透液、食品及皮革廢水等的預(yù)處理和深度處理，油田灌注水、工業(yè)冷卻循環(huán)水的消毒滅菌的處理。作為廢水的預(yù)處理將極大改善后段處理如生化處理、絮凝沉淀處理的效果，作為深度處理可以提高廢水排放、中水回用等指標(biāo)。此外，微納米泡還可以用于水果清洗、工業(yè)清洗、造紙、美容洗浴、禽畜養(yǎng)殖除臭、 空氣除臭、垃圾填埋場(chǎng)后處理、醫(yī)療滅菌消毒等多領(lǐng)域中。使用在上述領(lǐng)域中的微納米泡發(fā)生裝置均可以應(yīng)用在本實(shí)施例的發(fā)酵方法中?，F(xiàn)有技術(shù)中的微納米泡發(fā)生裝置按產(chǎn)生微納米泡的原理分為如下幾種
權(quán)利要求
1.一種微納米泡發(fā)生裝置，包括射流泵，其特征在于所述微納米泡發(fā)生裝置具有由射流泵的噴嘴的進(jìn)口構(gòu)成的工作液體進(jìn)口，微納米泡發(fā)生裝置還具有由射流泵的引射流體進(jìn)口構(gòu)成的進(jìn)氣口，所述射流泵的喉管與擴(kuò)散管之間串聯(lián)設(shè)置有粉碎室，粉碎室內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在粉碎室的室壁上的攪拌裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米泡發(fā)生裝置，其特征在于所述的粉碎室與擴(kuò)散管之間串設(shè)有一段混合管，混合管具有波紋管段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微納米泡發(fā)生裝置，其特征在于所述的混合管為具有一個(gè)折彎的彎管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的微納米泡發(fā)生裝置，其特征在于所述的射流泵的擴(kuò)散管的出口處封設(shè)有具有泄流孔的粉碎板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納米泡發(fā)生裝置，其特征在于所述噴嘴的出口直接與喉管的一端連通，所述進(jìn)氣口設(shè)置在喉管上。
6.一種用微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置，包括發(fā)酵罐，其特征在于發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)置有微納米泡發(fā)生裝置，微納米泡發(fā)生裝置包括射流泵，微納米泡發(fā)生裝置具有由射流泵的噴嘴的進(jìn)口構(gòu)成的工作液體進(jìn)口，微納米泡發(fā)生裝置還具有由射流泵的引射流體進(jìn)口構(gòu)成的進(jìn)氣口，所述射流泵的喉管與擴(kuò)散管之間串聯(lián)設(shè)置有粉碎室，粉碎室內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在粉碎室的室壁上的攪拌裝置，發(fā)酵罐內(nèi)還設(shè)置有出口與工作液體進(jìn)口相連的加壓泵，所述進(jìn)氣口與發(fā)酵罐外側(cè)設(shè)置的氣泵相連，進(jìn)氣口與氣泵之間設(shè)置有氣體凈化器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置，其特征在于所述的粉碎室與擴(kuò)散管之間串設(shè)有一段具有一個(gè)折彎的混合管，混合管具有波紋管段。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的用微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置，其特征在于所述的射流泵的擴(kuò)散管的出口處封設(shè)有具有泄流孔的粉碎板。
9.一種發(fā)酵方法，其特征在于該方法包括向設(shè)置有微納米泡發(fā)生裝置的發(fā)酵設(shè)備中配置培養(yǎng)基，然后滅菌、冷卻、接入菌種。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)酵方法，其特征在于所述微納米泡發(fā)生裝置具有由射流泵的噴嘴的進(jìn)口構(gòu)成的工作液體進(jìn)口，微納米泡發(fā)生裝置還具有由射流泵的引射流體進(jìn)口構(gòu)成的進(jìn)氣口，所述射流泵的喉管與擴(kuò)散管之間串聯(lián)設(shè)置有粉碎室，粉碎室內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在粉碎室的室壁上的攪拌裝置，將微納米泡發(fā)生裝置的工作液體進(jìn)口與發(fā)酵設(shè)備中設(shè)置的加壓泵的進(jìn)口連通，同時(shí)將微納米泡發(fā)生裝置的進(jìn)氣口與發(fā)酵設(shè)備外側(cè)設(shè)置的氣泵連通，同時(shí)在進(jìn)氣口與氣泵之間設(shè)置上氣體凈化器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)酵方法，其特征在于所述的粉碎室與擴(kuò)散管之間串設(shè)有一段具有一個(gè)折彎的混合管，混合管具有波紋管段。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的發(fā)酵方法，其特征在于所述的射流泵的擴(kuò)散管的出口處封設(shè)有具有泄流孔的粉碎板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微納米泡發(fā)生裝置及用該發(fā)生裝置的發(fā)酵裝置，其發(fā)酵裝置的發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)有微納米泡發(fā)生裝置，微納米泡發(fā)生裝置包括射流泵，微納米泡發(fā)生裝置具有由射流泵的噴嘴的進(jìn)口構(gòu)成的工作液體進(jìn)口，微納米泡發(fā)生裝置還具有由射流泵的引射流體進(jìn)口構(gòu)成的進(jìn)氣口，射流泵的喉管與擴(kuò)散管之間串設(shè)有粉碎室，粉碎室內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)裝配在粉碎室的室壁上的攪拌裝置，發(fā)酵罐內(nèi)還設(shè)置有出口與工作液體進(jìn)口相連的加壓泵，所述進(jìn)氣口與發(fā)酵罐外側(cè)設(shè)置的氣泵相連，進(jìn)氣口與氣泵之間設(shè)置有氣體凈化器。本發(fā)明通過射流泵產(chǎn)生氣泡并通過串設(shè)在喉管與擴(kuò)散管之間的粉碎室內(nèi)的攪拌裝置將生成的氣泡打碎使之成為細(xì)小的微納米泡，以滿足菌類培養(yǎng)的需要。
文檔編號(hào)B01F13/10GK102350256SQ20111018381
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者馮麗霞, 孫晗笑, 王一楊, 王磊, 蘇焱, 趙英霞, 高平 申請(qǐng)人:南陽(yáng)啟偉微生態(tài)基因科技開發(fā)有限公司