Реактор для культивирования водородных бактерий

О П И С А Н И Е (и)943275ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсинкСоциалистическиеРеспублик(51)М. Кл. С 12 М 1/00 с присоединением заявки М(23) П рноритет 3 ЪвударсаепвЯ комитет Иь. Р ао делам изобретений и вткрыткЯ(088.8) Опубликовано 15. 07. 82. Бюллетень26 Вата опубликования описания 15.07.82.С.Ксенжек, В.Г,Нефедов, В.М.Сери В.В.Вечерова 72) Авторы изобретени ордена Трудовогеский институт Днепропетровск химико-техноло(54) РЕАКТО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ВОДОРОДНЫХБАКТЕРИЙ ородом и кислородо сление водорода кл бразующейся энерги чного вещества при раствор углекислоте бактерий может периодическом и не происками и рии) во ходит ок за счет тез клет и АТФ синусловии ы. Кульподачи в тивирова осуществпрерывном и ься им Изобретение относится к реакторамэлектролизерам, предназначенным для выращивания водородных бактерий, ко- торые могут быть использованы в качестве одного из звеньев биолого- технических систем жизнеобеспечения (для регенерации атмосферы в замкнутых объемах), а также для производства биомассы, используемой в качестве белковой добавки в кормовой или пищевой рацион.Водородокисляющие бактерии Иса 11 дейеБ е 01 горйа относятся к хемолитотрофным микроорганизмам, использующих в качестве энергетического субстрата молекулярный водород, а качестве источника углерода - углекислоту, а в качестве источников азота, .фосфора и других элементов - простые неорганические соединения, водный раствор которых является питательной средой.При насыщении такой питательной среды (с внесенной культурой. бактеИзвестен реактор для культивирования водородных бактерий, содержащийемкость и патрубки для подвода и отвода питательной среды и размещенныев емкости анод и катод 1 1.Однако производительность этогореактора невысока, из-за ингибирования роста клеток высоким парциальнымдавлением кислорода.Кроме того, скорость роста бактерий замедляется из-за неравномерноо го распределения газовых компонентовв культуральном объеме. В этом реакторе невозможно также обеспечить отделение чистого кислорода, непотребляемого бактериями.3 9432Цель изобретения - повышение производительности реактора.Цель достигается тем, что, в ре"акторе для культивирования водородных бактерий, содержащем емкость спатрубками для подвода и отвода питательной среды и размещенные в емкости анод, и катод, анод и катод выполнены в виде решеток, установленныхпоочередно одна за другой перпендику олярно потоку питательной среды, приэтом емкость снабжена расположеннымиснаружи камерами, отделенными отвнутреннего пространства емкостианионообменными мембранами, причемв каждой камере установлен дополнительный анод,На фиг. 1 изображена принципиальная схема реактора; на фиг. 2 - реактор в аксонометрии; на фиг. 3 - график скорости роста клеток.Реактор для культивирования водо"родных бактерий, содержит емкость 1с патрубками 2. и 3 для подвода и отвода питательной среды и размещенныев емкости анод 4 и катод 5, выполненные в виде решеток и установленные поочередно друг за другом перпендикулярно потоку питательной среды. Снаружиемкость снабжена камерами 6 и 7, отделенными от внутреннего пространства емкости 1 катионообменными мембранами 8 и 9. В камерах 6 и 7 установлены дополнительные, аноды 10 и 11.Трубопровод 12 служит для перемещения питательной среды насосом 13.Теплообменник 14 предназначен для охлаждения питательной среды, фотоэлектрокалориметр 15 с проточной кюветойиспользуется для контроля концентрации клеток. Для подачи углекислого40газа используется барботер (на фиг.не показан,Расстояние между решетками анода4 и катода 5 5-7 мм, а между электродами в решетке - 3-7 мм. В кацест 45ве электролита в камерах 6 и 7 использован 0,1-0,3 н. раствор НЯ 04,.Предлагаемый реактор работает следующим образом.Насосом 13 питательная среда прока чивается через емкость 1, При подаченапряжения на анод 4 и катод 5, установленные перпендикулярно потоку питательной среды, на катоде 5 выделяетсяводород, а на аноде 4 - кислород, насыщающие питательную среду.На дополнительных анодах 10 и 11при подаче на них напряжения выделя 75ется кислород, предназначенный для дыхания, Подачей углекислого газа в реактор создают условия, необходимые для устойчивого биосинтеза.бактерий. Условия жизнедеятельности клеток улучшаются при работе дополнительных анодов 10 и 11, так как снижается парциальное давление выделяемого кислорода.Возможность независимого изменения токовых нагрузок на аноды 4 емкости 1 и аноды 1 О и 11 камер 6 и 7 позволяет обеспечить оптимальное соотношение кислорода и водорода в широком интервале концентрации клеток. Выделение кислорода в камерах 6 и 7 и утилизация в емкости 1 эквивалентного количества углекислого газа дает возможность применять предлагаемый реактор для регенерации атмосферы в замкнутых биолого-технологических системах жизнеобеспечения.При выделении кислорода на дополнительных анодах 10 и 11 происходит подкисление электролита в камерах 6 и 7 и эквивалентное подщелачивание среды в емкости 1, Стабилизация рН достигается применением катионообменнцх мембран и 0,1-0,3 н. раствора Н 2 Ю в камерах 6 и 7. При этом перенос электричества через мембрану обеспечивается потоком Н-ионов,направленным от анодов 10 и 11 в емкость 1, где происходит нейтрализация образующихся гидроксильных ионов.Установка решеток анода 4 и катода 5 с зазором 5-7 мм и выполнение электродов в каждой решетке на расс. тоянии. 3-7 мм друг ат друга обеспечивают оптимальные условия совмещенных процессов электролиза и биосинтеза,Чередование анодов 4 и катодов 5 и направление среды перпендикулярно поверхности решеток приводит к уменьшению зон с высоким парциальным давлением газов и улучшает условия развития клеток.При подаче через барботер углекислого газа достигается оптимальны состав газовой атмосферы, обеспечивающий устойчивый биосинтез бактерий. Контроль за скоростью роста бактерий и изменением их концентрации осуществляется с помощью фотоэлектрокалориметра 15.Выполнение в реакторе анода и катода в виде решеток, установленных по,- очередно одна за другой перпендику275 бТаким образом, производительностьпредложенного реактора примерно в 2 раза выше производительности извест ного. формула изобретения 5 943лярно потоку питательной среды, снабжение емкости расположенными снаружикамерами, отделенными от внутреннегопространства емкости анионообменнымимембранами, и снабжение камер дополнительными анодами позволяет увеличить скорость роста клеток в реакторе в сравнении с известным устройством. Как видно из графика (фиг. 3)скорость роста клеток в известном 10устройстве (кривая 1) значительноменьше, чем в предлагаемом (кривая 2),так как в известном для электролизасреды используются только два электрода (анод и катод), в результате д 5чего водород и кислород получаются всоотношении 2:1 2 Н 20 - ф 2 Н + О, ав предлагаемом устройстве водороди кислород яолучаются в соотношении3 з 1,206 Н 2 + 20 + СО-ф (СН,20) + БНО,где (СНО) " условное обозначениеклеточного вещества.Удельная скорость роста, опреде;ляемая как 25 Реактор для культивирования водородных бактерий, содержащий емкость и патрубки для подвода и отвода питательной среды и размещенные в емкости анод и катод, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности, анод и катод выполнены в виде решеток, уста-, новленных поочередно одна за другой перпендикулярно потоку питательной среды, при этом емкость снабжена расположенными снаружи камерами, отделенными от внутреннего пространства емкости анионообменными мембранами, причем в каждой камере установлен дополнительный анод.1 йС Р= --С УС в известном устройстве не превышает/Р 0,05-0,07 ч ", а в предложенном устройстве и.= О, 1-0, 12 ч Источники информации,принятые во внимание при экспертизеАвторское свидетельство СССРй 312869, кл. С 12 М 1/00, 1970.