Способ электрохимического восстановления субстрата, для культивирования бактерий и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл.2 с присоединением заявки Ио -С 12 К 1/10 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(53) УДК 615,471: г 576. 8 (088,8) Дата опублмкованмя описания 150580(72) Авторы изобретены я Г.В. Денисов, Б.Г. Ковров и С.И. Седельников Институт Физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения АН СССР(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ СУБСТРАТА ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ БАКТЕРИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Известен способ электрохимического восстановления субстрата для культивирования бактерий, который осуществляется путем пропускания электрического тока через субстрат с помощью устройства, содержащего электрохимический реактор с электродами в виде анода и катода, регулируемый источник постоянного тока и регистрирующий прибор (1).Однако этот способ отличается трудоемкостью процесса и низким коэффициентом полезного действия.Целью изобретения является сокращение трудоемкости процесса и повы шение коэффициента полезного действия.Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа электрохнмического восстановления Ю субстрата поддерживают постоянной разность потенциалов между катодом электрохимического реактора и средой субстрата, путем пропорционального изменения напряжения между катодом и анодом электрохимнческого реактора.Кроме того, в реакторе устройст" ва для осуществления способа электро- химического восстановления субстра та, около катода, установлен электродсравнения, соединенный с дополнительно установленным регулятором, выходкоторого соединен с управляющим вхо"дом источника постоянного тока.На Фиг. 1 изображена структурнаясхема устройства для осуществленияспособа электрохимического восстановления субстрата для культивированиябактерий; на фиг. 2 - поляриэационная кривая; на Фиг. 3 - график зависимости силы тока, протекающего черезреактор во времени,Устройство содержит электрохиввческий реактор 1, в котором размещены электроды 2 и 3 соответственноанод и катод, а также электрод 4 сравнения. Кроме того, устройство содержит регулятор 5, регулируемый источник 6 постоянного тока в виде управляемого тиристорного выпрямителя ирегистрирующий прибор 7.Сущность протекающих процессовзаключается в следующем,При постоянном заданном потенциале катода скорость электрохимического восстановления железа(Ре+е- Ге ) пропорциональна концентрации Ее при постоянстве остальных параметров процесса н среды.в функции времени с помощью регистрирующего прибора 7.Зона А (на фиг. 3) - переходныйъфпроцесс (концентрация Ре уменьшается,ъ+ ьтак как скорость окисления Ре ье бактериями меньше скорости восстановленияРаз Ге на катоде.Зона Б - зона соответствия скои.ростей процессов Ре Ре и Ге Репри возрастании концентрации и активности культуры железобактерий.Предлагаемый способ позволяет со гласовать скорости бактериальногоокисления железа со скоростью электрохимического восстановления железапри любых концентрациях биомассыклеток. При этом уменьшается трудоформула изобретения ЗО 35 40 45 50 55 ЬО Скорость бактериального окисления железа Реги-е- Резь пропорциональна концентрации клеток Поэтому,при заданном потенциале катода иа последнем устанавливается скорость восстановления железа (Ре -е-ьРе ),гф - Зь пропорциональная концентрации РеЪ+ Если эта скорость выл скорости бакгь - териального окисления железа (Ре -е.Ф -+Резь ), то концентрация Ре падает,ЗФ а вместе с ней снижается скорость восстановления, до тех пор пока скорость электрохимического восстановления Резь сравняется со скоростью бактериального окисления Ре , В дальнейшемьпо мере нарастания концентрации клеаок скорость бактериального окисления гег будет возрастать, что в сво очередь повыситконцентрацию Ре + и увеличит скорость электрохимическо"3+ г+ го восстановления Ре ье-+Ре и т, д.Пример реализации способа при культивировании бактерий ТЬЛего 1 бооаРеактор 1 представляет собойэлектрохимическую ячейку с платиновым катодом и анодом. Анодное пространство отделено от катодного катионообменной мембранной МК, которая препятствует возможности окисления ионов Ре до Ре на аноде,гь ъ+В катодное пространство заливают питательную среду с определенным содержанием биогенных элементов Са, 8 Я, К, Р,й, Ь; в анодное пространство заливают раствор Н 804. Во время культивирования культура барботируется смесью воздуха с бЪ углекислого газа, температура культуры поддерживается в пределах 29-30 С.оПри включении регулятора 5 в режиме развертки потенциала снимается поляризационная кривая (см фиг, 2). По характеру кривой видно, что ка-, тодный потенциал можно выбирать в пределах - 0,5- +0,1 В.При более низких потенциалах возможно выделение водорода, при более высоких возможно лимитирование роста культуры на низком уровне двухвале нтным железом, Задается значение потенциала на регуляторе 5, равное -0,4 В, и включается автоматическое регулирование.Принцип действия регулирования следующий, Потенциал задания Ч сравнивается с действительньм потенциалом катода Ч . Разность потенциалов усиливается регулятором 5 по напряжению,и току, а затем управляемым выпрямителем по току. В результате ток меняется таким образом, чтобы свести к нулю разность потенциалов Мз и Ч, т, е. потенциал катода поддерживается на заданном уровне.Контроль за ходом процесса ведется по кривой тока через реактор еМкость процесса, поскольку отпадаетнеобходимость периодического измеренияконцентрации. конов Реги Ге, котороепроводилось вручную, Способ такжеисключает протекание на.катоде побочных процессов, что повышает КПД процесса и делает процесс невзрывоопасным,1. Способ электрохимическоговосстановления субстрата для культивирования бактерий путем пропускания электрического тока через субстрат, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью сокращения трудоемкости процесса и повышения коэффициента полезного действия, поддерживают постоянной разность потенциаловмежду катодом электрохимического реактора и средой субстрата, путем пропорционального изменения напряжениямежду катодом и анодом электрохимического реактора.2. устройство для осуществленияспособа по и. 1, содержащее электрохимический реактор, включающийв себя электроды - анод и катод,регулируемый источник постоянноготока и регистрирующий прибор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что в реакторе, около катода, установлен электрод. сравнения, соединенный с дополнительно установленным регулятором, выход которого соединен с управляющим входом источника постоянноготока.Источники информации,прйнятые вовнимание при экспертизе1. Алексеев Н.Г. и др, Современныеэлектронные приборыи схем в физико-химических исследованиях, ХимияФ В 91971, с. 308-310,734276 ИП Закаэ 2007/ Подписное илиал ППП 1 Патент 1,Укгород, ул, Проектная, 4