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

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик о11734276

::.. 1ТБ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) 3assaewot 090877 (21) 2517080/28-13 (51)М. Кл.2 с присоединением заявки ¹â€”

С 12 К 1/10

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150580 Бюллетень №18 (53) УДК е15.471: 576. 8 (088 8) Дата опублмкованм я описания 1505.80 (72) Авторы изобретены н

Г.В. Денисов, Б.Г. Ковров и С.И. Седельников

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения АН СССР (71) Заявитель (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 повышение коэффициента полезного действия.

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа электрохнмического,восстановления 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 устройства для осуществления способа электрохимического восстановления субстра- 30 та, около катода, установлен электрод сравнения, соединенный с дополнительно установленным регулятором, выход которого соединен с управляющим входом источника постоянного тока.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для осуществления способа электрохимического восстановления субстрата для культивирования бактерий; на фиг. 2 - поляриэационная кривая; на фиг. 3 - график зависимости силы тока, протекающего через реактор во времени.

Устройство содержит электрохиьвческий реактор 1, в котором размещены электроды 2 и 3 соответственно анод и катод, а также электрод 4 сравнения. Кроме того, устройство содержит регулятор 5, регулируемый источник б постоянного тока в виде управляемого тиристорного выпрямителя и регистрирующий прибор 7.

Сущность протекающих процессов заключается в следующем.

При постоянном заданном потенциале катода скорость электрохимического восстановления железа (Fe +e Fe ) пропорциональна концентрации Fe при постоянстве остальных параметров процесса н среды. 734276

Скорость бактериального окисления железа Fe t-е- Рез пропорциональна концентрации клеток - Поэтому при заданном потенциале катода иа последнем устанавливается скорость восстановления железа (Fe -e Fe ), г+ — з пропорциональная концентрации Fe

)t

Если эта скорость выл скорости бакг+»вЂ” терн ального окисления желе з а (F e - e +

-+Рез+ ), то концентрация Ре падает, ЗФ а вместе с ней снижается скорость восстановления, до тех пор пока скорость электрохимического восстановления F& t сравняется со скоростью бактериального окисления Pe . В дальнейшем а по мере нарастания концентрации клеаок скорость бактериального окисления

Feг будет возрастать, что в свою очередь повысит.i концентрацию Fe + и увеличит скорость электрохимическо3+ Xt го восстановления Fe е +Fe и т. д.

Пример реализации способа при культивировании бактерий 4е" о о

Реактор 1 представляет собой

° электрохимическую ячейку с платиновым катодом и анодом. Анодное пространство отделено от катодного катионообменной мембранной NK-40, которая препятствует возможности окисления ионов Fe до Fe на аноде. г+ +

В катодное пространство заливают питательную среду с определенным содержанием биогенных элементов Са, 8Q, К, Р, й, ; в анодное пространство заливают раствор Нг804. Во время культивирования культура барботируется смесью воздуха с 6Ъ углекислого газа, температура культуры поддерживается в пределах 29-30 С. о

При 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- +0,1Â.

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

-0,4В, и включается автоматическое регулирование.

Принцип действия регулирования следующий. Потенциал задания Ч сравнивается с действительным потенциалом катода Ч . Разность потенциа-. лов 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 4 зи Ч„, т. е. потенциал катода поддерживается на заданном уровне.

Контроль за ходом процесса ведется по кривой тока через реактор в функции времени с помощью регистрирующего прибора 7.

Зона A (на фиг. 3) — переходный ъ процесс (концентрация Ре уменьшается, at + так как скорость окисления Fe "e бактериями меньше скорости восстановления

Fa+ Fe на катоде.

Зона Б — зона соответствия ско + г цростей процессов Fe Fe u Fe Fe при возрастании концентрации и активности культуры железобактерий.

Предлагаемый способ позволяет согласовать скорости бактериального окисления железа со скоростью электрохимического восстановления железа при любых концентрациях биомассы клеток. При этом уменьшается трудоемкость процесса, поскольку отпадает необходимость периодического измерения концентрации -конов Feå è Fe, которое проводилось вручную, Способ также исключает протекание на.катоде побочных процессов, что повышает КПД процесса и делает процесс невзрывоопасным.

Формула изобретения

1. Способ электрохимического восстановления субстрата для культивирования бактерий путем пропускания электрического тока через субстрат, отличающийся тем, что, с целью сокращения трудоемкости процесса и повышения коэффициента полезного действия, поддерживают постоянной разность потенциалов между катодом электрохимического реактора и средой субстрата, путем пропорционального изменения напряжения между катодом и анодом электрохимического реактора.

2. устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее электрохимический реактор, включающий в себя электроды — анод и катод, регулируемый источник постоянного тока 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 постоянного тока.

Источники информации, прйнятые во внимание при экспертизе

1. Алексеев Н.Г. и др. Современные электронные приборы и схем в физико-химических исследованиях, Химия

Ф ° t °

1971, с. 308-310.

734276

-6 -О -Ч -4е -Ф -Ф -Ct ю

v(a) ЦНИИПИ Закаэ 2007/35

Тираж 522 Подписное

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4