生物反应膜及其制造方法与用途技术

一种生物反应膜及其制造与应用，其中，该生物反应膜包含一透气亲水膜以及一第一微生物，该第一微生物存在于该透气亲水膜中。该生物反应膜尤其适用于除氮处理，如用于水处理过程以移除水中的氨氮污染物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于一种生物反应膜及其制造与应用，尤其关于一种透气亲水且含有微生物的生物反应膜及其制造与应用。
技术介绍
利用微生物的生物活性进行各式反应，如食品发酵、酒类酿造等，已有广泛而久远的历史，近年来更应用于药品制造与污水处理等方面。基于经济或量产上的考量，一般期望能将微生物应用于较大规模的营运模式上，以于工厂设备或槽体中进行大量处理或制造。因此，基于实际应用上的需求，而有各式生物反应器的研究与开发。生物反应器依其操作形式，可概分为搅拌槽型、充填型以及膜型等。搅拌槽型生物反应器又可分为批次式(batchwise)或连续式(continuous)。搅拌槽型生物反应器的特性为于反应过程中，反应物及产物是直接与微生物或酶接触并混合，因此反应后须利用其它步骤将微生物或酶自混合物中分离并不断补充以维持反应效果。此外，连续式搅拌槽型生物反应器还存在另一问题，即微生物或酶在反应过程中随反应的流体相而流失的问题。基于上述原因，搅拌槽型生物反应器于使用上仍存在诸多限制。充填型生物反应器是针对搅拌槽型生物反应器所做的一种改良生物反应器，其是经由担体结合法(例如共价键结 合法、离子结合法及物理吸附法等)或截留法(例如格子型及微胶囊型)，将酶或微生物固定于一介质中，再使反应所须的原料通过该结合有微生物或酶的介质，以产生所要获得的 产物。于充填型生物反应器中，由于微生物或酶是经固定而不会于反应过程中流失，具有可重复利用性，且单位体积内活性物质的浓度及耐受性因此提高，故可增加反应效率，因而被运用于多项工业工艺(如异构糖的制造)中。然而，充填型生物反应器仍具有数种缺点，例如固定化过程易导致微生物死亡或酶失活而丧失反应性、反应速率较无法维持恒定、若介质中含有微粒时容易造成填充床堵塞等。因此，充填型生物反应器仍有待改进之处。为改善充填型生物反应器的缺点，自1970年就开始了对膜型生物反应器的研究。膜型生物反应器主要可分为游离型及强制通过型二种。游离型膜反应器是综合搅拌槽型生物反应器与膜分离装置，其中，微生物或酶与反应物在反应器内保持游离状态而进行所要获得的反应，低分子量生成物则可通过该膜装置而自反应器的出料端收集。至于强制通过型膜生物反应器，则将酶固定于膜内，在加压的条件下使反应物通过该膜而同时进行酶反应，所得的通过液就是成品。尽管膜型生物反应器于反应效率及工艺操作上具有许多优点，然在固定微生物于反应膜的过程当中，往往因为制备时的环境条件(如温度、溶液中的盐分浓度)不适合微生物生长，造成微生物的死亡或失活而丧失功能，故迄今尚无法有效地将微生物固定于反应膜上，使得膜型生物反应器的实际应用范畴受限，目前，膜型生物反应器仍仅限于酶的固定使用。因此，业界对于固定有微生物的膜型生物反应器，仍存在相当的需求。本专利技术即针对上述需求所为的研发成果，提供一种含有微生物的透气亲水生物反应膜，其中，所含的微生物仍维持其活性，从而可以提供所要的生物反应性、广泛应用于各领域。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一种生物反应膜，其包含一透气亲水膜；以及一第一微生物，该第一微生物存在于该透气亲水膜中。本专利技术的另一目的在于提供一种生物反应膜的制造方法，其包含:(a)于水中加入以下材料之一或多者以提供一混合物:洋菜胶、明胶、褐藻胶、鹿角菜胶、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇以及聚乙二醇；(b)加热该混合物提供一均匀溶液；(C)于该均匀溶液中加入一第一微生物；以及 (d)将该含第一微生物的溶液注入一模具中。本专利技术的再一目的在于提供一种生物反应模组，其包含一框架结构，以提供一平面框或立体架构；以及一上述生物反应膜，作为该平面框或立体架构的一表面。本专利技术的详细技术及较佳实施方式，将描述于以下内容中，以供本专利技术所属领域具通常知识者据以明了本专利技术的特征。【附图说明】图1所示为本专利技术生物反应膜应用于水族箱的方式的示意图；图2所示为一使用本专利技术生物反应膜的污水过滤装置的剖面示意图；图3所示为本专利技术生物反应模组的一实施方式的示意图，其含有四边形平面框；图4所示为本专利技术生物反应模组的框架结构的一实施方式的示意图，其为一圆锥体架构；图5所示为本专利技术生物反应模组的框架结构的另一实施方式的示意图，其为一圆柱体架构；图6所示为本专利技术生物反应模组的框架结构的另一实施方式的示意图，其为一三角柱架构；图7所示为本专利技术生物反应模组的框架结构的另一实施方式的示意图，其为一三角锥架构；图8所示为本专利技术生物反应模组的框架结构的另一实施方式的示意图，其为一长方体架构；图9所示为一测试生物反应膜的通透性的反应槽的透视示意图；图1OA所示为于基质初始浓度为60毫克/升下，在不同褐藻胶含量的生物反应膜中的扩散系数的曲线图；图1OB所示为于基质初始浓度为600毫克/升下，在不同褐藻胶含量的生物反应膜中的扩散系数的曲线图；图1lA至图1lE所不分别为褐藻胶含量为O重量％、I重量％、2重量％、3重量％与4重量％的生物反应膜的扫描式电子显微镜图；图12所示为一使用本专利技术生物反应模组的生物反应装置的透视前视图；图13所示为本专利技术的生物反应膜的一实施方式于氨氮初始浓度为30毫克/升下的氨氮浓度变化曲线图。图14所示为分别使用于透气亲水膜中不含AOB菌的生物反应装置与ANAMMOX菌活性污泥的比反应速率的比较图；图15A及图15B所示分别为于透气亲水膜中不含AOB菌的生物反应装置中，在氨氮初始浓度为25毫克/升下，溶氧浓度为I毫克/升与2毫克/升时的基质浓度变化曲线图。图16A至图16D所示为使用本专利技术生物反应装置的一实施方式，于不同基质初始浓度下的基质浓度变化曲线图；以及图17A至图17B所示分别为于透气亲水膜中含有AOB菌的本专利技术生物反应装置的一实施方式中，在氨氮初始浓度为60毫克/升下，溶氧浓度为I毫克/升与2毫克/升时的基质浓度变化曲线图。【主要元件符号说明】10水族箱11 生物反应膜12横杆20污水过滤装置21流体入口22流体出口25过滤棉26生物反应膜30生物反应模组 31四边形平面框3IA侧边3IB侧边3IC侧边3ID侧边32生物反应膜40圆锥体架构41圆形框42条状支架50圆柱体架构5IA圆形框5IB圆形框52条状支架60三角柱架构6IA三角形框6IB三角形框62条状支架70三角锥架构71三角形框72条状支架80长方体架构81A长方形框81B长方形框82条状支架90生物反应膜通透性测试反应槽91槽体92透气亲水膜93pH值监测器94溶氧量监测器95温度控制器120生物反应装置121槽体122生物反应模组123长方体架构124A透气层表面124B透气层表面125立体空间200pH值监测器300溶氧量监测器400温度控制器。【具体实施方式】本专利技术是关于一种生物反应膜，其包含一透气亲水膜；以及一第一微生物，该第一微生物存在于该透气亲水膜中。于本专利技术生物反应膜中，该透气亲水膜的材料可包含选自以下群组之一或多者:洋菜胶、明胶、褐藻胶、鹿角菜胶(carrageenan)、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇以及聚乙二醇。较佳地，该透气亲水膜的材料包含聚乙烯醇、褐藻胶、及其组合。其中聚乙烯醇因不具生物毒性、耐久度高、价钱便宜且易于取得，尤其适于制备本专利技术的透气亲水膜。本专利技术生物反应膜，依其厚度，可为层状形式或薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物反应膜，其特征在于，其包含：一种透气亲水膜；以及一种第一微生物，该第一微生物存在于该透气亲水膜中。

【技术特征摘要】
2012.09.26 TW 1011353411.一种生物反应膜，其特征在于，其包含: 一种透气亲水膜；以及 一种第一微生物，该第一微生物存在于该透气亲水膜中。2.如权利要求1所述的生物反应膜，其特征在于，该透气亲水膜的材料包含以下群组材料其中的一种或多种:洋菜胶、明胶、褐藻胶、鹿角菜胶、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇以及聚乙二醇。3.如权利要求2所述的生物反应膜，其特征在于，该透气亲水膜的材料由以下材料所构成:聚乙烯醇、褐藻胶、或前述聚乙烯醇与褐藻胶的组合。4.如权利要求1所述的生物反应膜，其特征在于，该第一微生物包埋于该透气亲水膜内。5.如权利要求1至4中任意一项所述的生物反应膜，其特征在于，该第一微生物为自营性好氧氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria, AOB 菌)。6.如权利要求5所述的生物反应膜，其特征在于，该自营性好氧氨氧化菌是选自以下群组的菌属:亚硝酸菌属(Nitrosomonas)、亚硝化球菌属(Nitrosococcus)、亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)、亚硝化叶菌属(Nitrosolobus)、亚硝化弧菌属(Nitrosovibrio)、以及前述各项的任意组合。7.如权利要求3所述的生物反应膜,其特征在于,另外包含亚硝酸盐氧化菌(nitriteoxidizing bacteria, NOB 菌)。8.—种生物反应膜的制备方法，其特征在于，其包含: (a)于水中加入以下材料的一种或多种以提供一种混合物:洋菜胶、明胶、褐藻胶、鹿角菜胶、聚丙烯酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯醇以及聚乙二醇； (b)加热该混合物得到均匀溶液； (C)于该溶液中加入第一微生物；以及 (d)将该含第一微生物的溶液注入一个模具中。9.如权利要求8所述的生物反应膜的制备方法，其特征在于，于步骤(d)之后，进一步将该容纳有第一微生物溶液的模具进行选自以下群组的操作:浸置于硼酸溶液中、浸置于盐类溶液中、冷冻回温处理、及前述各项操作的任意组合。10.如权利要求9所述的生物反应膜的制备方法，其特征在于，该盐类为硝酸盐或金属氯化物。11.如权利要求10所述的生物反应膜的制备方法，其特征在于，该盐类选自以下群组的一种或多种:IA族金属硝酸盐、IIA族金属硝酸盐、IA族金属氯化物、以及II族金属氯化物。12.如权利要求8所述的生物反应膜的制备方法，其特征在于，该模具是盘。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：邹文博，何俊明，
申请(专利权)人：邹文博，何俊明，
类型：发明
国别省市：