[发明专利]固定微生物于承载载体物质上的方法

说明书

本发明是关于在一个固定床或流化床生物反应器中将微生物固定于本发明的承载物质上的方法。

本发明是一种由多孔性烧结物组成的，用于在一个固定床或流化床反应器中固定微生物和动物细胞的载体物质，其特征是这些多孔性烧结物是球状的，并且球的密度和直径是这样来选择的，即在一个给定的流化床湍流中，在球的表面上形成如此大的剪切力，使那些从球的内部生长出的和/或在表面上存在的微生物或动物细胞能被剪掉。

这里所说的多孔性烧结物是由开放性多孔无机烧结材料，特别是烧结玻璃构成的，并且具有内部贯通、向外开放的微孔。在这些微孔中，微生物和动物细胞可以固定和繁殖。其中特别是开放性多孔烧结物的贯通微孔的大小是微生物及细胞尺寸的数倍，并且保证微生物和动物细胞与球的内部进行自由的液体和气体的交换。

一种这样的载体物质由DE-OS3410650已为人知。它使得既在需氧菌也在厌氧菌的生物技术过程中能有高的空间-时间产率（每单位体积和时间的增殖比）。

在厌氧菌体系条件下，通常要求反应器中的生物物质必须保留和浓缩。在厌氧菌体系下，生物物质可以达到的增殖速率和浓度，比在需氧菌体系下明显地小，因此，一般说来一个固定床循环反应器是合适的。其中，微生物固定在上面的载体物质，在相当大的程度上是位置固定的，并且在载体物质旁边流过促进物质交换的液体。因此微生物能不受干扰地繁殖。在厌氧菌过程，也可以达到比较高的空间-时间产率。这个方法的主要缺点在于液体必须是基本上没有固体。此外，必须在一定时间后清洗生物反应器，因为不然的活，固定床很容易被微生物、反应产物或有机化合物如金属硫化物所堵塞。最后，固定床反应器根本的缺点在于物质交换慢和没有规律、且不均匀。

在需氧菌过程中大多存在着迅速的微生物生长，因此通常总是必须不断地从生物反应器中去掉一部分生物物质，例如通过漂浮法，以便在生物反应器中恒定保持一个所希望的生物物质浓度。此外必须迅速传送大量的营养物质和分解产物。因而可知，要用流化床生物反应器;用这种反应器，人们可以期待，由于载体和作为流化介质的营养液在不停地运动，微生物可得到很好的营养物质供应和在需氧过程中使用氧气。为了广泛地利用这种所期望的更好的供应（和撤出），较长久以来已知要用多 孔性的载体物质，并由此增大单位载体的微生物量（DE3410650）。它还表明，物质交换-转换的提高比预料的要低些，而载体物容易由于生物物质的过分增殖而粘堵，这同样对于能达到的物质交换-转换不利。

本发明从这个任务出发，要制造一种对固定床和流化床生物反应器特别适合的载体物质，在它上面，微生物或动物细胞能以高的容积浓度被固定，并且使生物反应器能在大大减少堵塞危险的情况下运行。

这个任务已由上述的载体物质而得以解决。

用本发明的载体物质，有可能使固定床反应器与液化床反应器的优点结合起来。在一个流化床中，不常用的球形烧结载体物使得有可能通过适当选择烧结体的直径和密度，将流化介质的催长作用减少到在烧结物表面和流化湍流之间有高的相对速度，并且由此既可以在高的浓度梯度下达到较快的物质交换，又可以剪切掉长出来的生物物质。其中通过球与球相互之间的接触，有效地促进这种剪切，并且同时也完全实现了。这特别适用于当本发明的载体物质烧结物能在比较高的密度的情况，如象能毫无困难地由烧结玻璃制备的烧结物。这还有这样的优点，即球相对于其表面有一个最大的容积，这样就能在球形烧结体的开放性微孔中固定相对多的微生物和/或细胞，并且使在流化床中应用烧结体时与在固化床反应器中相似，可不受干扰地增殖。这样对缓慢生长的微生物来说，也有一个好的生活条件。通过上面提到的与周围良好的物质交换，在比较大的浓度和球直径情况下保证微生物或细胞足够的营养和排除废物。在本发明面前看起来有上述已知流化床生物反应器的缺点，主要的是在流化床中通常为非球形载体时，贴近载体物表面处的表面和液流之间的相对速度比较小，因而在那个地方营养物质和氧只能是十分贫竭。这样，空间-时间产率下降。

已经知道，在一个用于固定生物活性物质的载体上，使用一种一定聚合塑料涂层的基础材料。此外，它可以呈小球形，并可以由多微孔性的或非多微孔性的玻璃制成（DE-PS3105768），然而这样的话，本发明所说的载体物质既不具有多微孔结构，而且也不用于流化床生物反应器，当然也就不考虑同时所能达到的特殊的作用和优点了。