电磁脉冲污水处理反应釜

康玉宽

西南科技大学，四川 绵阳 621010

摘 要:一定强度的电磁脉冲对发酵过程起到积极地作用，缩短发酵的时间，改善反应条件提升产物的质量和品质；微弱电磁脉冲可实时检测某些发酵过程参数。本文主要介绍了电磁脉冲污水反应釜发酵过程的基本原理，并详细讲解反应釜内各个组件的作用功能。

关键词：电磁脉冲，发酵过程，功能

引言

我国经济发展水平各地差异较大，经济发展滞后的城市还不能拿出足够的资金用于污水处理，当肮脏、有害的物质进入洁净的水中，水污染就发生了。发酵的历史悠久，近代主要用于化工，食品等领域，随着在食品与化工方面的深入与拓展，对发酵技术的要求也越来越高。传统的发酵过程难以满足功能要求和经济投入，进而推动技术的换新，不断利用现有科技成果来改进发酵工艺。研究表明：一定范围内的电磁脉冲强度作用于发酵液中，可增加细胞膜的通透性和选择性，促进酶的分泌，增强细胞的代谢过程，从而缩短发酵时间，改善生物反应条件，提高生物产品的质量和产量。由于我国设备研发的滞后，导致生物技术停滞不前，生物技术受到严重的影响，故结合声、光、磁等手段研究新型生物反应器和专用设备，籍以提高生物反应效率，对我国生化工程领域的发展尤为重要。

二是目前对发酵过程的参数实时检测还缺乏有效手段，一定程度上限制了人们对发酵过程特性的了解，也阻止了发酵技术的发展。目前一些发酵过程的物理化学参数，如PH值、温度、转速、压力等均可在线检测；而一些生化过程参数，如发酵产物、基质浓度等任难以在线监测，主要的原因还是缺少可监测设备。近年来利用酶电极和光电技术在化工生产中取得了一定的成就，实际应用中仍然存在较多问题有待完善。利用电磁脉冲技术对基质的浓度、发酵液粘度进行动态测，不仅可以对发酵过程参数进行实时监测，而且可进一步研究发酵过程的动力学机制及发酵液的流变特性，进而科学地指导生物反应器内部结构的设计优化.因此具有重要的理论意义和实际意义。

1.电磁脉冲污水处理反应釜设计原则

在正常的生理机能状况下，细胞膜能较好地阻碍离子和亲水分子的传输。但当施加一定强度的电磁脉冲、持续一定时间的电磁脉冲刺激于细胞膜时，细胞膜会出现微孔，同时电导率发生改变，例如:通常状态下，细胞膜对Na+和K+的电导率不大于10-8S/cm;当增大外加电场，使施加在细胞膜上的跨膜电场超过膜的绝缘强度时，电导率将激增能够在ms时间内达到1s/cm，导致细胞膜阻碍微粒渗透能力的降低。细胞两极在外加电场作用下很快达到最大膜电压，细胞膜受电场应力作用而变薄，达到某临界状态时被击穿而产生电穿孔，其渗透性大大增强，有利于细胞吸收各种药物、基因物质、蛋白质、其它大分子等。使细胞内外发生物质交换，将外源基因导入细胞中，这种方法叫做细胞膜电穿孔。在反应釜内导入电磁脉冲设备可加速新陈代谢速度，高效提高生物菌肥的质量和缩短发酵周期。反应釜内设有压力阀、控温组件、气氛控制单元等

2.电磁脉冲污水处理反应釜的模型分析

如图1所示，基于电磁脉冲的发酵系统的一个示范性实例的结构示意图；所述电磁脉冲污水处理反应釜包括罐体、电磁脉冲反应器阵列，其中，所述罐体设置有物料入口、物料出口、气体出口和水体出口，以及水循环系统，待倾角螺旋输送机将待发酵物送到物料入口，随即输送至罐体内，物料出口能够将发酵后的物料排出罐体，所述气体出口能够将物料发酵过程中产生的气体排出罐体，所述水体出口能够将物料发酵过程中产生的水排出罐体；所述 电磁脉冲发生器设置在罐体外，以在物料发酵过程中向所述罐体中发电磁脉冲；如图2所示，电磁脉冲污水处理反应釜可包括电磁脉冲发生器阵列、罐体。电磁脉冲反应器阵列可由16个均匀布置在罐体外的电磁脉冲反应器构成。在电磁脉冲反应器阵列的电磁脉冲的作用下，物料的发酵过程能够大大加快，从而有利于提高发酵效率，缩短发酵时间。

所述送料单元与物料入口相连位于反应釜顶部左侧；顶部中位有排气口，将发酵过后的硫化氢、氨气等臭气导入臭气处理系统；罐体底部有排水口与水循环装置相连，便于带走发酵物中部分有害物质。所述电磁脉冲污水处理反应釜，还包括能够对污水反应釜中的物料进行搅拌的搅拌组件，所述搅拌组件应当包含设置在罐体中的震动旋转机构、设置在罐体外部的电机、以及连接所述震动机构与所述电机的减速机构。

所述反应釜内应当置有控温组件，所述控温组件应当包含温度传感器，温度调节机构，反馈计算单元。在物料发酵过程中是一个放热的过程，在密闭的反应釜内，温度势必上升，会降低发酵效率，通过控温组件置于罐体的内部或外部进行加热或降温；所述一个或多个温度传感器设置在罐体内并能够实时检测物料温度；所述反馈计算单元根据所述一个或多个温度传感器检测得到的温度值与发酵目标温度的比较来调节所述温度调节构件进行加热或降温。反应釜内还有水循环系统，带走发酵物中更多的细菌更易融水。压力阀，实时监测发酵室内的压力不同的压力条件下对发酵有不同的影响。反应釜内还装有气氛控制单元，当发酵时，二氧化碳和其他气体浓度过高时也会对发酵产生影响，二氧化碳浓度增高，罐体内的温度也相应增加，配合温度控制单元，达到对发酵条件的精准把控，提高发酵效率。

附图1

附图2

结束语

目前对细胞膜电穿孔效率的影响因素的研究集中在脉冲的场强、脉宽、波形等参数，最重要的是场强和脉冲。对于细胞的模型，结合电穿孔的应用实例，可运用在污水处理当中：

1. 在场强不是很强时，电脉冲作用在细胞膜上，同时造成孔洞的产生，从而能够导入其他物质，加快新陈代谢速度，提升生物菌肥的质量和缩短发酵周期；

2. 在场强很强的情况下，可能会导致细胞膜的不可逆击穿可用作杀灭细菌；

综上，场强和脉宽参数控制在合理的范围内，才能达到运用在污水处理反应釜内。电冲对细胞的作用机理是一项多学科交叉综合性的研究课题，这项技术还需要不断实践。

参考文献

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