一种高效连续式超声细胞破壁处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及超声处理技术领域，尤其涉及一种高效连续式超声细胞破壁处理
目.0
【背景技术】
[0002]环境保护是全球化问题，我国作为一个发展中国家，随着城市化和工业化进程加速，治理环境污染和加强环境保护迫在眉睫。在众多的污染治理研宄中，细胞破壁引起了科学工作者的高度重视，如水体藻类植物泛滥，需要破坏掉藻类的植物细胞壁，使细胞内物质流出，以达到治理藻类污染的目的在一些污泥处理过程中，由于污泥中存在大量生物细胞，其以多种形式结合的水分使得污泥的含水量很大，因此需要对生物细胞进行处理，使其结合的包括胞内水在内的水分析出，以便后续处理，达到减少污泥含水量的目的[3’4]。因此，如何持续高效的进行生物细胞处理成为重要的研宄课题。
[0003]超声波技术是近年来发展起来的一种新型的环境技术，被称为环境友好的技术。大振幅超声波能量集中，可使得介质产生剧烈振动，常用于超声清洗、乳化、化学处理、钻孔等方面。超声由超声换能器中的压电陶瓷片通过压电效应发出，超声波由一系列疏密相间的纵波构成，并通过液体介质向四周传播。当声能达到一定强度，作用于液体分子，会使得液相分子间的吸引力被打破，形成空化核。空化核的寿命约为0.1微秒，它在爆炸瞬间可以产生大约400k的局部高温和10MPa的局部高压环境，同时产生速度约为400km/h具有强烈冲击力的微射流，这种现象称为超声空化。这些条件足以使有机物在空化泡内发生化学健断裂、高温分解、水相燃烧或自由基反应，因此超声波可以有效应用在细胞破壁的应用当中[5]。
[0004]超声波破除生物细胞机理有:破坏细胞壁、破坏气胞、破坏活性酶等。实验已证实高强度的超声波能破坏细胞壁，使细胞内物质流出。例如:对于藻类而言，其细胞的特殊构造是细胞体含有多组气胞，气胞控制藻类细胞的升降运动。超声波引起的冲击波、射流、辐射压等可以破坏气胞。在适当的频率下，气胞成为空化泡而破裂；同时，空化产生的高温高压和大量自由基，可以破坏细胞内活性酶和活性物质，从而影响细胞的生理生化活性。
[0005]例如:在细胞浓度为65g/L的富油珊列藻浓缩液中通入1500g/m3臭氧，并利用功率为400W，频率为20-25kHz的超声作用15分钟，使得细胞破壁率可达到80%以上对于铜绿微囊藻，单纯使用超声作用，选用功率80W，频率为500KHz，作用5分钟破壁率可达到82% [7]o以上结果显示超声波对细胞破壁具有显著的效果，同时说明对于不同的生物细胞需要选择不同的超声波参数，以达到最佳破壁效果。以上实验均在实验室理想条件下完成，超声作用时间长，作用样品数量小，对藻自身特性要求较高，只适用于细胞壁较薄的微藻，对于细胞壁稍厚的微藻，处理时间更长，处理效率明显下降，例如对于含生物细胞种类复杂的工业污泥进行处理，效率明显下降，破壁率不到20% M，因此难以实现规模化放大，无法满足工业化连续、高效处理样品的要求。
[0006]目前，多种超声处理设备相继出现，但用于生物细胞破壁的超声处理设备存在如下问题:
[0007](I)多为样品定量处理设备，难以与其他设备集成进行连续性处理，处理效率较低
[9].，
[0008](2)设备超声功率和频率均已固定，对不同生物细胞进行破壁无法同时实现[1°];
[0009](3)综合超声与其他化学法作用，虽然提高了破壁效率，但却造成了二次污染等问题[8];
[0010](4)超声功率小，破壁率较低，虽然可有效抑制生物细胞生长，却无法从根本上破坏细胞，导致样品处理效率达不到工业化要求[11]。
[0011]因此，急需综合考虑以上因素，设计一种高效连续式超声细胞破壁处理装置。
[0012]参考文献
[0013][I]刘智军，任虹，蔡明凯等，超声波抑藻效果及影响因素研宄[J]，土木建筑与环境工程，2011，33:34-37
[0014][2]迟巍，万成炎，彭建华等，超声波除藻概述[J]，三峡环境与生态，2012，34:26-28
[0015][3]殷绚，胡正猛，吕效平，超声辅助污泥脱水的研宄[J]，南京工业大学学报，2006，28:58-61
[0016][4]沈壮志，剩余活性污泥的超声脱水处理[J]，陕西师范大学学报(自然科学版)，2010，38:41-44
[0017][5]杜桂敏，赵瀛，原培胜，超声波及其在水处理领域的应用[J]，舰船防化，2008，6:26-30
[0018][6]杨巧利，邵元龙，杜彦山，微藻破壁方法[P]，2013，201110417947.9
[0019][7]苑宝玲，舒天阁，吴宝日，一种通过超声波除藻的方法[P]，2008，
200710009856.5
[0020][8]刘勇，秦晓，剩余污泥破壁溶胞方法与装置[P]，2011，201010577080.9
[0021][9]吴巍，浦跃朴，尹立红等，用于去除水体中水藻的反射式超声装置[P]，2007，
200610098030.6
[0022][10]吴庆余，汤娇雯，徐瀚等，利用超声波抑制藻类生长的方法[P]，2003，03100009.6
[0023][11]邱荷香，超声技术抑制藻类生长的研宄[J]，安庆师范学院学报(自然科学版)，2002，8:69-73o
【发明内容】
[0024]本实用新型的目的是提供一种超声细胞破壁处理装置，达到高效并连续破坏环境污染物中细胞壁的作用。
[0025]实现上述目的的技术方案是:一种高效连续式超声细胞破壁处理装置，包括细胞破壁超声反应腔体、反应腔体的两端分别为出料口和进料口 ；所述反应腔体呈连续弯曲柱体管道，反应腔体内设有若干大功率超声换能器；进料口处设有流量控制阀。本实用新型中反应腔体呈连续弯曲柱体管道，待处理样品稀释成液态通过流量控制阀由反应容器进料口泵入，在反应腔体内绕行，并经由容器出料口自然流出，进入后续的处理系统。在所述的细胞破壁超声反应腔体内弯曲处嵌入大功率超声换能器，超声换能器作用方向为样品流向的反方向。该设备在处理样品过程中，样品处于流动状态，并受到超声连续作用，从而使得该装置可以和其他设备进行有效集成，实现样品的连续处理；固定在设备上的大功率超声换能器可以根据处理样品的种类进行更换，实现灵活选择不同功率和频率的超声，从而可同时对不同生物细