專利名稱：循環(huán)式填充型菌劑與生物載體復(fù)合制備器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種菌劑與生物載體制備器，主要用于富集培養(yǎng)微生物，制備高生物量、高活性的菌劑和生物載體，屬于微生物培養(yǎng)裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有好氧微生物菌劑制備器主要是攪拌式發(fā)酵器。其主要工作原理是通過氣體分布器進(jìn)行底部均勻布?xì)?，控制發(fā)酵器內(nèi)溫度、pH值、氧氣含量等，使好氧菌種在深層培養(yǎng)液中進(jìn)行正常代謝合成，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵過程。其產(chǎn)品在醫(yī)藥、食品、化工、輕工、紡織、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。
為了提高傳統(tǒng)發(fā)酵器的性能，人們對(duì)其結(jié)構(gòu)及形式進(jìn)行了許多獨(dú)特的改進(jìn)。如申請(qǐng)?zhí)枮?7216445的中國(guó)專利“射流式好氧發(fā)酵罐”(
公開日期1988.9.21)，罐內(nèi)的射流混合攪拌裝置由環(huán)管和射流器構(gòu)成，進(jìn)行氣-液射流混合攪拌，以提高溶氧系數(shù)，提高單位產(chǎn)量。申請(qǐng)?zhí)枮?2208788的中國(guó)專利“雙循環(huán)空氣引射式微生物培養(yǎng)裝置”(
公開日期2003.4.16)，培養(yǎng)液自上而下在外循環(huán)管內(nèi)與無菌空氣充分混合后，送至罐內(nèi)的內(nèi)循環(huán)管底部，氣液混合物在內(nèi)循環(huán)管內(nèi)減壓上升，帶動(dòng)培養(yǎng)液至下而上不斷循環(huán)。但結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，如射流式好氧發(fā)酵罐，罐內(nèi)至少需設(shè)置一級(jí)射流混合攪拌裝置，增加了動(dòng)力消耗。申請(qǐng)?zhí)枮閁S005171687的美國(guó)專利“Apparatus for culturingand delivery of microbe for waste treatment in a flow system”(
公開日期1992.12.15)，裝置采用雙室結(jié)構(gòu)，污染水體(主要是油類污染水體)先進(jìn)入內(nèi)室，與多孔的微生物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)混合后，再進(jìn)入外室，外室起到緩沖作用，以提高微生物的酶活性。該反應(yīng)器通過空氣管道將空氣輸送到外室和內(nèi)室的底部，由噴頭曝氣，因此存在著曝氣不均勻的問題。因基質(zhì)為油類物質(zhì)，浮在水體表面，故存在基質(zhì)分配不均勻，傳質(zhì)作用不明顯等問題。
發(fā)明內(nèi)容
目前，國(guó)內(nèi)外的微生物培養(yǎng)裝置以生產(chǎn)菌液為主，沒有能夠同時(shí)生產(chǎn)功能菌劑和生物載體的制備器。
為了提供一種能夠同時(shí)生產(chǎn)功能菌劑和生物載體的制備器，并解決現(xiàn)有微生物培養(yǎng)裝置存在的微生物培養(yǎng)基質(zhì)分配不均勻，傳質(zhì)作用不明顯的問題，本發(fā)明通過自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)，改善復(fù)合制備器中微生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)基質(zhì)(特別是非水溶相LNAPL)的均勻混合和有效利用，減緩流體對(duì)復(fù)合制備器中載體表面生物膜的沖擊。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下循環(huán)式填充型菌劑與生物載體復(fù)合制備器，其特征在于所述復(fù)合制備器包括通過導(dǎo)流管連接的進(jìn)氣系統(tǒng)、復(fù)合制備器主體，和自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)，所述復(fù)合制備器主體內(nèi)填充有載體，所述自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)包括通過導(dǎo)液管連接的自調(diào)式液體收集器、射流混合攪拌緩沖裝置和循環(huán)泵；所述的自調(diào)式液體收集器位于復(fù)合制備器主體上部，包括固定在所述復(fù)合制備器主體徑向上的導(dǎo)軌、架在導(dǎo)軌上的集液槽、剛性連接在集液槽上的浮漂，與集液槽側(cè)壁上的出液口連接的軟管，所述集液槽側(cè)壁上設(shè)有收集孔；所述的射流混合攪拌緩沖裝置設(shè)有接受自調(diào)式液體收集器中液體的下導(dǎo)管和收集回流液的環(huán)形集液槽；所述環(huán)形集液槽的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有收集孔，底部設(shè)有與所述循環(huán)泵連接的出液口。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的射流混合攪拌緩沖裝置的下部設(shè)有一倒錐體結(jié)構(gòu)，所述下導(dǎo)管與其同軸。
在本發(fā)明中，所述復(fù)合制備器主體的底部設(shè)有倒錐型氣體分布器，所述倒錐型氣體分布器由固定在錐口上的鈦板和倒錐體結(jié)構(gòu)組成。
循環(huán)式填充載體功能菌劑與生物載體制備器的工藝參數(shù)如下發(fā)酵溫度30±2℃pH7.0±1反應(yīng)器中溶解氧DO≥2mg/l供氣量0.44～0.66ml/(min·cm3反應(yīng)器)接種量10％(體積比)(按投加量為1％分批投加)回流量VR＝1％VT/min(VT制備器總體積)生產(chǎn)量0.89ml菌液/cm3反應(yīng)器/運(yùn)行周期，1.78g載體/cm3反應(yīng)器/運(yùn)行周期。
本發(fā)明所述的循環(huán)式填充型菌劑與生物載體復(fù)合制備器，無需機(jī)械攪拌即可實(shí)現(xiàn)基質(zhì)的均勻混合和高效利用，可短期內(nèi)獲得高生物量、高活性的菌劑和生物載體，屬于高效、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用范圍廣的新型菌劑與生物載體復(fù)合制備器。
圖1是循環(huán)式填充型菌劑與生物載體復(fù)合制備器的示意圖；
圖2是復(fù)合制備器主體的正視圖；圖3是自調(diào)式液體收集器的放大圖；圖4是射流混合攪拌緩沖裝置的放大圖；圖5是圖4的A-A剖視圖；其中1充氣泵，2氣體流量計(jì)，3空氣過濾器，4溫度計(jì)，5檢查孔兼排氣孔，6自調(diào)式液體收集器，7軟管，8側(cè)壁取樣口，9止水夾，10底部進(jìn)液口，11鈦板，12倒錐形氣體分布器，13射流混合攪拌緩沖裝置，14循環(huán)泵，15導(dǎo)軌，16生物載體，18螺栓，19浮漂，20集液槽，21收集孔，22出液口，23下導(dǎo)管，24環(huán)形集液槽，25倒錐體，26出液管；圖6是生物載體的電鏡掃描圖(×5000)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
如圖1所示，本發(fā)明包括進(jìn)氣系統(tǒng)A、復(fù)合制備器主體B和自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)C。
進(jìn)氣系統(tǒng)A主要包括充氣泵1，氣體流量計(jì)2和空氣過濾器3，各元件之間通過空氣管串聯(lián)。
如圖2所示，復(fù)合制備器主體B由三角架支撐，由鈦板11和倒錐體結(jié)構(gòu)組成的倒錐型氣體分布器12固定在復(fù)合制備器主體底部法蘭盤上，法蘭盤之間有一橡膠墊片，以加強(qiáng)密封性。鈦板11固定在倒錐型氣體分布器12的錐口上沿，孔徑優(yōu)選為200-300μm，以使氣體均勻分布在復(fù)合制備器主體B內(nèi)，同時(shí)可控制氣泡大小，增加氣液接觸面積。復(fù)合制備器主體B一側(cè)安有若干取樣口8(數(shù)量和間距可以根據(jù)需要調(diào)整)，用于監(jiān)測(cè)柱體內(nèi)微生態(tài)環(huán)境參數(shù)動(dòng)態(tài)變化。每個(gè)取樣口都延伸到柱體軸線處，其上不等間距打有若干小孔，以使進(jìn)樣均勻、穩(wěn)定。復(fù)合制備器主體B內(nèi)填充有載體16，可以為活性炭、沸石或人工合成材料等比表面積大、無生物毒性、易于掛膜的物質(zhì)。復(fù)合制備器主體B頂部安有法蘭盤，法蘭盤之間有一橡膠墊片，法蘭盤上設(shè)有檢查孔兼排氣孔5。溫度計(jì)4固定在法蘭盤上，以監(jiān)測(cè)制備器內(nèi)溫度變化。
自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)C包括通過導(dǎo)液管連接的自調(diào)式液體收集器6、射流混合攪拌緩沖裝置13和循環(huán)泵14。
自調(diào)式液體收集器6位于復(fù)合制備器主體B的上部，如圖3所示，包括固定在復(fù)合制備器主體徑向上的導(dǎo)軌15、架在導(dǎo)軌15上的集液槽20、剛性連接在集液槽20上的若干浮漂19，與集液槽20側(cè)壁上的出液口22連接的軟管7。集液槽20可以為長(zhǎng)方體，側(cè)壁上設(shè)有收集孔21，孔徑φ＝2～5mm，以保證基質(zhì)(特別是非水溶相LNAPL)在復(fù)合制備器主體B中的循環(huán)與均勻分布。導(dǎo)軌15用來限制集液槽20在復(fù)合制備器主體B橫斷面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，使其進(jìn)液穩(wěn)定。集液槽20基于復(fù)合制備器主體中液位的變動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)高低。軟管7的長(zhǎng)度可根據(jù)集液槽20需要上下變動(dòng)的范圍來設(shè)置。
如圖4、圖5所示，射流混合攪拌緩沖裝置13上部為一法蘭盤，法蘭盤之間有一橡膠墊片。其主體可以為一柱體結(jié)構(gòu)，上部沿柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)邊界設(shè)有收集回流液的環(huán)形集液槽24，環(huán)形集液槽24內(nèi)側(cè)壁設(shè)有收集孔21，φ＝2～5mm；柱體結(jié)構(gòu)下部設(shè)有一倒錐體結(jié)構(gòu)25，錐角優(yōu)選為θ＝20°～30°。下導(dǎo)管23與倒錐體結(jié)構(gòu)25同軸，下導(dǎo)管23的下沿至所述柱體結(jié)構(gòu)底部的距離為1.5～2cm。目的是獲得紊態(tài)流場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)基質(zhì)的均勻混合，改善基質(zhì)的利用效率，提高緩沖效果。出液口26位于集液槽24底部，通過導(dǎo)液管與循環(huán)泵14連接。循環(huán)泵14出口與復(fù)合制備器主體B底部的進(jìn)液口10連接。
循環(huán)式填充型菌劑與生物載體制備器的工作流程為氣泵1將空氣壓入串聯(lián)的氣體流量計(jì)2和空氣過濾器3，凈化后的無菌空氣通過空氣管送到倒錐型氣體分布器12，通過鈦板11，氣體均勻分布在復(fù)合制備器主體內(nèi)。氣液混合物在復(fù)合制備器主體中減壓上升。自調(diào)式液體收集器6基于液位變動(dòng)，通過收集孔21收集基質(zhì)，混勻后進(jìn)入軟管7，進(jìn)入下導(dǎo)管23。下導(dǎo)管23將液體送至射流混合攪拌緩沖裝置13，返混后通過其頂部的收集孔21進(jìn)入循環(huán)泵14，導(dǎo)入復(fù)合制備器主體底部，與空氣混合，實(shí)現(xiàn)循環(huán)流程。
菌劑與生物載體復(fù)合制備器具有循環(huán)流程和填充型結(jié)構(gòu)，配置自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中培養(yǎng)基均勻穩(wěn)定地循環(huán)，利于調(diào)控復(fù)合制備器主體中微生態(tài)環(huán)境，提高基質(zhì)的利用效率，有效緩解流體對(duì)載體表面生物膜的沖擊。所配置的自調(diào)式液體收集器，可基于復(fù)合制備器主體中液位的變動(dòng)調(diào)節(jié)高低，保證基質(zhì)(特別是非水溶相LNAPL)在制備器中的循環(huán)與均勻分布。所配置的混合攪拌緩沖裝置為倒錐體結(jié)構(gòu)，液體通過下導(dǎo)管注入，可形成紊態(tài)流場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)基質(zhì)的均勻混合，改善基質(zhì)的利用效率，提高緩沖效果。
實(shí)施例1循環(huán)式填充型菌劑與生物載體復(fù)合制備器在制備石油烴降解菌中的應(yīng)用實(shí)例復(fù)合制備器主體內(nèi)徑112mm，高620mm；自調(diào)式液體收集器兩側(cè)導(dǎo)軌長(zhǎng)60mm，集液槽側(cè)壁收集孔孔徑φ＝3mm，上部設(shè)有兩個(gè)等大小浮漂；射流混合攪拌緩沖裝置中下導(dǎo)管下沿至柱體底部距離為15mm，倒錐體錐角θ＝20°，環(huán)形集液槽側(cè)壁收集孔φ＝3mm。
菌液接種量為500ml。碳源選用液體石蠟，按系統(tǒng)總菌液量的1％分批投加。溶解氧DO控制在3～4mg/l。填料采用D＝2mm，L＝4mm的煤煙型柱狀活性炭顆粒。每3d投加液體石<p>表1，續(xù)
權(quán)利要求
1.循環(huán)式填充型菌劑與生物載體復(fù)合制備器，其特征在于所述復(fù)合制備器包括通過導(dǎo)流管連接的進(jìn)氣系統(tǒng)、復(fù)合制備器主體，和自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)，所述復(fù)合制備器主體內(nèi)填充有載體(16)，所述自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)包括通過導(dǎo)液管連接的自調(diào)式液體收集器(6)、射流混合攪拌緩沖裝置(13)和循環(huán)泵(14)；所述的自調(diào)式液體收集器(6)位于復(fù)合制備器主體上部，包括固定在所述復(fù)合制備器主體徑向上的導(dǎo)軌(15)、架在導(dǎo)軌(15)上的集液槽(20)、剛性連接在集液槽(20)上的浮漂(19)，與集液槽(20)側(cè)壁上的出液口(22)連接的軟管(7)，所述集液槽(20)側(cè)壁上設(shè)有收集孔(21)；所述的射流混合攪拌緩沖裝置(13)設(shè)有接受自調(diào)式液體收集器(6)中液體的下導(dǎo)管(23)和收集回流液的環(huán)形集液槽(24)；所述環(huán)形集液槽(24)的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有收集孔(21)，底部設(shè)有與所述循環(huán)泵(14)連接的出液口(26)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合制備器，其特征在于所述的射流混合攪拌緩沖裝置(13)的下部設(shè)有一倒錐體結(jié)構(gòu)(25)，所述下導(dǎo)管(23)與其同軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合制備器，其特征在于所述倒錐體結(jié)構(gòu)(25)的錐角θ＝20°～30°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合制備器，其特征在于所述下導(dǎo)管(23)的下沿至所述射流混合攪拌緩沖裝置(13)底部的距離為1.5～2cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合制備器，其特征在于所述收集孔(21)的孔徑φ＝2～5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合制備器，其特征在于所述復(fù)合制備器主體的底部設(shè)有倒錐型氣體分布器(12)，所述倒錐型氣體分布器(12)由固定在錐口上的鈦板(11)和倒錐體結(jié)構(gòu)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合制備器，其特征在于所述鈦板(11)的孔徑為200-300μm。
全文摘要
循環(huán)式填充型菌劑與生物載體復(fù)合制備器，屬于微生物培養(yǎng)裝置技術(shù)領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有微生物培養(yǎng)裝置存在的微生物培養(yǎng)基質(zhì)分配不均勻，傳質(zhì)作用不明顯的問題，本發(fā)明提供了一種循環(huán)式填充型菌劑與生物載體復(fù)合制備器，包括通過導(dǎo)流管連接的進(jìn)氣系統(tǒng)、復(fù)合制備器主體和自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)，復(fù)合制備器主體內(nèi)填充有載體，自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)包括通過導(dǎo)液管連接的自調(diào)式液體收集器、射流混合攪拌緩沖裝置和循環(huán)泵。本發(fā)明通過自調(diào)式回流緩沖輔助系統(tǒng)，改善復(fù)合制備器中微生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)基質(zhì)的均勻混合和有效利用，減緩流體對(duì)復(fù)合制備器中載體表面生物膜的沖擊，并可短期內(nèi)獲得高生物量、高活性的菌劑和生物載體。
文檔編號(hào)C12M3/00GK1680538SQ20051001125
公開日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2005年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者李廣賀, 梁玉婷, 張旭, 賈建麗, 戴冬娟 申請(qǐng)人:清華大學(xué)