CN109294906A - 一种多功能嗜酸微生物菌剂输出装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能嗜酸微生物菌剂输出装置及其使用方法，包括培养基配置装置、一级培养槽、二级培养槽、管路系统和阀门、填料模块、截留细胞膜组件，温控组件、pH控制组件、曝气组件和菌剂收集槽。该装置通过管路设计将两级培养槽设计成可串联或并联培养的集成系统，实现了装置模块化运行、填料更换容易以及不同生长条件嗜酸微生物混合输出的目的。培养槽中设有可拆卸截留膜组件与填料模块，实现了微生物群落在高浓度挂膜与菌剂的输出。解决了嗜酸微生物菌剂输出浓度低，输出菌属单一的问题。该装置可广泛应用于生物冶金、硫化氢去除以及重金属固体废弃中金属的提取等领域中嗜酸微生物菌剂的培养与输出。

Description

一种多功能嗜酸微生物菌剂输出装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及微生物的培养技术领域，具体涉及一种多功能嗜酸微生物菌剂输出装置及其使用方法。

背景技术

嗜酸微生物是一类生长在pH小于3且金属浓度高于1g/L的环境中的一类微生物，由于其较高的重金属抗性与耐酸性，已经广泛应用于冶金、重金属污染治理、废气废固的脱硫以及含重金属固体废弃物的无害化与资源化处理金等众多环保行业。在嗜酸微生物参与的工艺中，需要多种微生物的协同作用，比如，Heydarian et al.(2018)等应用该类微生物处理锂离子电池时，表面是硫氧化细菌和铁氧化细菌协同作用的效果。

中国专利CN201410667262.3提到了微生物群落对废弃线路板中重金属提取的促进作用。尽管微生物群落的协作在嗜酸微生物的应用中至关重要，但由于该类微生物生长条件如pH、温度、能源等差异性较大，到目前为止，已有的生物培养反应器功能单一，很难满足同时输出高浓度多样性嗜酸微生物与浸出剂的需求。

在日本专利JPH10191965中公开了一种电催化控制氧化还原电位的生物培养反应器，该反应器主要解决铁氧化生物培养过程中电位控制的需求，而不适用于多菌群微生物的高密度培养。

在美国专利US20110045581A1中公开了一种气升式三相分离反应器，该反应器可以通过改变能源供应产生铁离子、铁离子氧化细菌和还原性硫化物氧化细菌。但该装置所产生的嗜酸微生物菌剂浓度低，稳定性差，不能同时输出多种微生物。

在中国专利CN102127638B中授权了一种稳定输出Fe³⁺的固定床生物反应器，该装置采用可拆卸式填充盒为催化床，该装置虽然解决了填料的模块化问题，但可拆卸式移动盒密封性要求严格，很难满足工业化应用需求。

在中国专利CN104607443A与中国专利CN107557279A中公开了采用膜生物反应器提高微生物浓度解决反应培养慢的问题。但该类装置主要用于输出高浓度硫酸高铁淋滤剂，不能够输出多样性微生物群落，同时铁氧化微生物在培养过程中易产生铁矾造成膜堵现象，运行成本高，可控性差。

针对上述缺陷，本发明现提供一种多功能嗜酸微生物菌剂输出装置及其使用方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，目的之二是提供一种上述装置的使用方法，以便解决嗜酸微生物菌剂输出浓度低、输出菌属单一的问题。本技术可广泛应用于嗜酸微生物的单一培养、混合培养以及浸出剂的输出领域。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，包括由一级培养槽和二级培养槽组成的两级培养槽、培养基配置装置、菌剂收集槽、曝气组件和带出液阀的出液管，所述培养槽内设置有填料模块，所述填料模块的上下侧分别设置有顶层筛板和底层筛板，所述底层筛板与培养槽底部之间形成通过曝气组件曝气的曝气区，培养槽为夹套式结构且在内部形成与曝气区连通的内部液体通道；所述一级培养槽和二级培养槽上均设置有温控组件和PH控制组件，在一级培养槽和二级培养槽底部均设置有带阀门的排污口；培养槽顶部设置有进液口，进液口分为一级培养槽进液口和二级培养槽进液口，具体地，所述一级培养槽的顶部设置有一级培养槽进液口和一级培养槽顶部出液口，一级培养槽的底部设置有一级培养槽底部出液口，在一级培养槽进液口、一级培养槽顶部出液口和一级培养槽底部出液口处分别设置有一级培养槽进液口阀门、一级培养槽顶部出液口阀门和一级培养槽底部出液口阀门；所述二级培养槽的顶部设置有二级培养槽进液口和二级培养槽顶部出液口，二级培养槽的底部设置有二级培养槽底部出液口，在二级培养槽进液口、二级培养槽顶部出液口和二级培养槽底部出液口处分别设置有二级培养槽进液口阀门、二级培养槽顶部出液口阀门和二级培养槽底部出液口阀门；所述培养基配置装置分别通过进液管与一级培养槽进液口和二级培养槽进液口连通，在培养基配置装置与二级培养槽进液口之间的进液管上设置有进液分阀；一级培养槽和二级培养槽均配套设置有截留膜组件；一级培养槽顶部出液口通过顶部中间管路与二级培养槽进液口连通，一级培养槽底部出液口通过底部中间管路与二级培养槽底部出液口连通，底部中间管路通过中间连通管路与顶部中间管路连通，在中间连通管路上设置有中间输液泵，中间连通管路的延伸端通过三通阀分别与出液管和一级培养槽的截留膜组件连通，二级培养槽的截留膜组件和二级培养槽顶部出液口均与出液管连通；所述出液管与菌剂收集槽连通。

进一步，所述截留膜组件包括膜单元、软管、设置在软管上的抽液泵以及设置在软管上的截留阀门。

进一步，所述曝气组件包括空气进入组件、二氧化碳进入组件、气体控制组件和设置在曝气区的曝气片；所述空气进入组件包括与气体控制组件连通的空气进入管、设置在空气进入管上的空气流量计以及设置在空气进入管上的空气进入控制阀门；所述二氧化碳进入组件包括与气体控制组件连通的二氧化碳进入管、设置在二氧化碳进入管上的二氧化碳流量计和设置在二氧化碳进入管上的二氧化碳进入控制阀；所述气体控制组件通过曝气管路分别与一级培养槽和二级培养槽的曝气片连通，在与一级培养槽的曝气片连通的曝气管路上设置有曝气流量计和一级曝气控制阀，在与二级培养槽的曝气片连通的曝气管路上设置有曝气流量计和二级曝气控制阀。

进一步，在一级培养槽进液口和二级培养槽进液口的内侧均设置有挡板。

进一步，所培养槽分为上下两部分，上部分为柱形结构、立方体或棱柱型结构，下部分为锥形结构、弧形或圆锥型结构，培养槽底部设置有固定支架，培养槽的材质为共聚聚丙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅，培养槽上设置有刻度。

进一步，所述填料模块由多个填料框拼装而成，填料框包括框体、顶盖和框扣，填料框的体积为5dm³-500dm³，填料框为立方体形、球形或柱形，结构为多孔式网状结构，网孔大小为0.001-1dm³，填料框内的填料为聚氨酯泡沫，塑料球，黄钾铁矾化聚氨酯泡沫和生物碳中的一种或几种，填料形状为球形、方形或柱形，填料的体积大小为0.01-10dm³。

进一步，所述膜单元为中空纤维膜，陶瓷膜或平板膜，膜的孔径大小为0.1-0.4μm；抽液泵为隔膜泵，耐腐水泵和磁力泵中的一种。

进一步，所述的顶层筛板和底层筛板孔径大小均为1cm-10cm，筛板高径比均为1:100-5:100，顶层筛板和底层筛板的厚度均不低于1cm，顶层筛板和底层筛板的材质均为pvc、pp或有机玻璃，顶层筛板包括顶层筛板支架、顶层筛板支柱和顶层筛板扣，底层筛板包括底层筛板扣、底层第一筛板支架、底层第二筛板支架和底层筛板块。

进一步，所述的曝气区高度为5-20cm，曝气片为曝气盘或曝气管。

本发明还公开了一种上述输出装置的使用方法，分为串联培养输出和并联培养输出两种情况，具体如下：

串联培养输出：

培养分为挂膜期与培养期，先对两个培养槽进行挂膜：具体来说，首先关闭所有阀门，接着打开一级培养槽进液口阀门，将培养基配置装置中的液体通过泵或自流的方式注入一级培养槽，注至一级培养槽的2/3-3/4体积时，打开控制一级培养槽的pH控制组件、曝气组件、温控组件，使一级培养槽内接入种子液体；培养槽中微生物浓度达到1×10⁷-5×10⁹cells/mL时，打开一级培养槽的截留膜组件，打开一级培养槽的截留组件的截留阀门与出液阀，并由培养基配置装置向一级培养槽中注入新鲜培养液，依次循环直到一级培养槽中的微生物浓度达到3×10⁸-1×10¹⁰cells/mL后关闭一级培养槽的截留膜组件，并关闭一级培养槽的截留组件的截留阀门与出液阀，此时，一级培养槽挂膜完成，进入二级培养槽挂膜；打开进液分阀和二级培养槽进液口阀门，并关闭一级培养槽进液口阀门，将培养液注入二级培养槽，培养基注至二级培养槽的1/4-3/4体积后，打开控制二级培养槽的pH控制组件、曝气组件和温控组件，打开一级培养槽顶部出液口阀门，打开一级培养槽进液口阀门让一级培养槽中的培养液作为种子液溢流入二级培养槽或直接从培养基配置装置接入新鲜的种子液，打开二级培养槽对应的截留膜组件进行挂膜培养，当二级培养槽中细胞浓度达到3×10⁸-1×10¹⁰cells/mL时，挂膜完成，关闭二级培养槽对应的截留膜组件，进入菌剂输出期，打开二级培养槽顶部出液口阀门，控制培养条件参数与培养基输入速率，一级培养槽中的菌剂溢流入二级培养槽，二级培养槽的菌剂溢流入出液管后流入菌剂收集槽；

并联培养输出：

培养时，同样分为挂膜期与培养期，首先关闭所有阀门，打开一级培养槽进液口阀门、进液分阀和二级培养槽进液口阀门，将培养基配置装置中的液体通过泵或自流的方式注入一级培养槽与二级培养槽，注至一级培养槽和二级培养槽各自达到2/3-3/4体积时，打开对应培养槽的pH控制组件、曝气组件和温控组件，分别接入种子液体；当培养槽中微生物浓度达到1×10⁷-5×10⁹cells/mL时，打开对应的截留膜组件，打开两个截留阀门和出液阀，并从培养基配置装置中分别注入新鲜培养液，依次循环直到培养槽中的微生物浓度达到3×10⁸-1×10¹⁰cells/mL后关闭截留膜组件，并关闭两个截留阀门，培养槽挂膜完成，进入培养输出期，从两条进液管分别向一级培养槽和二级培养槽输入新鲜培养基，打开一级培养槽顶部出液口阀门、一级培养槽底部出液口阀门、二级培养槽顶部出液口阀门和二级培养槽底部出液口阀门，控制培养条件参数与培养基输入速率，一级培养槽中和二级培养槽中的菌体在出液管中进行混合后，注入菌剂收集槽收集。

本发明的有益效果：

1、本反应系统采用的是两级反应器联合培养的方式，培养时，当培养同一能源不同生长条件的微生物时，可控制两培养槽的操作参数与培养基成分，对微生物串联溢流培养，微生物再溢流至菌剂收集槽，提浸出剂产生速率并获物种多样性的微生物菌剂。当培养不同能源的微生物但具有相同的生长条件时，可在同一培养槽中加入不同的能源物质，控制两反应器的操作参数，实现微生物的串联培养，也可以在两反应器中分别加入不同的能源物质并联培养。当培养不同能源底物与不同生长条件的微生物时，两级培养槽分别培养并输出不同的微生物，最后在菌液输出管路与菌剂收集槽中混合获得菌种多样性菌剂。与单其他反应器相比，该反应器能够更好的输出多样性微生物，提高微生物的培养效率。

2、本发明采用可移动截留膜组件来辅助挂膜，可以更高浓度的提高挂膜效率，同时，当反系统运行不稳定时，可采用该膜组件强化系统，提高了培养系统的可控性。

3、采用两级系统，可根据不同微生物对填料的敏感性，填充不同的填料，提高挂膜效率，同时填料更换时，可以保证一级的运行而不影响培养的输出。

4、本发明采用自动控制系统对溶液中的pH值，温度与气体分布进行控制，能够更加精准的调控反应系统。

5、本发明中填料膜块为采用的是将填料装填在填料框中，解决了填料因密度小而浮动的问题且方便填料的更换与反应系统的维修。

6、本发明的筛板采用的可拆卸式底层筛板，能够增加气体的分布且方便装置的检修。

7、本发明在顶部中间管路与底部中间管路之间连通有泵与管路，可以用于进行外循环，同时也可以用于批次培养时菌剂的输出，还可以在反应器进行检修时调控培养槽中的液位，方便操作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为局部横截面示意图；

图3为填料框的一种结构示意图；

图4为填料框的另一种结构示意图；

图5为顶层筛板结构示意图；

图6为底层筛板结构示意图。

图中：1-一级培养槽；2-二级培养槽；3-培养基配置装置；4-菌剂收集槽；5-膜单元；6-填料模块；7-曝气片；8-底层筛板；9-曝气流量计；10-温控组件；11-pH控制组件；12-顶层筛板；13-一级培养槽下端出液口；14-一级培养槽底端出液阀门；15-中间输液泵；16-底部中间管路；17-排污口；18-气体控制组件；19-一级培养槽进液口阀门；20-进液分阀；21-一级培养槽顶部出液口；22-抽液泵；23-一级截留阀门；24-一级培养槽顶部出液口阀门；25-进液管；26-二级培养槽顶部进液口阀门；27-出液阀；28-出液管；29-内部液体通道；30-二级培养槽底部出液口；31-进液口；32-二级培养槽顶部出液口；33-培养槽侧壁；34-挡板；35-二级培养槽底部出液阀门；36-中间连通管路；37-二氧化碳流量计；38-空气流量计；39-二级曝气控制阀；40-一级曝气控制阀；41-空气进入控制阀门；42-二氧化碳进入控制阀门；43-二级截留阀门；71-底层筛板扣；72-底层第一筛板支架；73-底层第二筛板支架；74-底层筛板块；81-顶盖；82-框扣；91-顶层筛板支架；92-顶层筛板支柱；93-顶层筛板扣。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1-6所示：本发明提供了一种多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，包括由一级培养槽1和二级培养槽2组成的两级培养槽、培养基配置装置3、菌剂收集槽4、曝气组件和带出液阀27的出液管28。

所培养槽分为上下两部分，上部分为柱形结构、立方体或棱柱型结构，下部分为锥形结构、弧形或圆锥型结构，下部的锥形或弧形结构更有利于杂志颗粒在底部的沉淀，避免曝气片的堵塞，培养槽底部设置有固定支架，培养槽的材质为共聚聚丙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅，培养槽上设置有刻度，便于观察液位变化。

所述培养槽内可拆卸设置有填料模块6，所述填料模块由多个填料框拼装而成，填料框包括框体、顶盖81和框扣82，填料框的体积为5dm³-500dm³，填料框为立方体形、球形或柱形，结构为多孔式网状结构，网孔大小为0.001-1dm³，填料框内的填料为聚氨酯泡沫，塑料球，黄钾铁矾化聚氨酯泡沫和生物碳中的一种或几种，填料形状为球形、方形或柱形，填料的体积大小为0.01-10dm³，以致于填料不从填料框中漏出又能够保证与气体液体的充分接触。

所述填料模块的上下侧分别设置有顶层筛板12和底层筛板8，所述的顶层筛板和底层筛板孔径大小均为1cm-10cm，筛板高径比均为1:100-5:100，顶层筛板和底层筛板的厚度均不低于1cm，顶层筛板和底层筛板的材质均为pvc、pp或有机玻璃，顶层筛板包括顶层筛板支架91、顶层筛板支柱92和顶层筛板扣93，底层筛板包括底层筛板扣71、底层第一筛板支架72、底层第二筛板支架73和底层筛板块74。筛板为一块整体筛板或多块可拆卸式筛板拼装，筛板固定在培养槽的内壁与支撑柱上。

所述底层筛板与培养槽底部之间形成通过曝气组件曝气的曝气区，曝气区高度为5-20cm，培养槽侧壁33为夹套式结构且在内部形成与曝气区连通的内部液体通道29；所述一级培养槽和二级培养槽上均设置有温控组件10和PH控制组件11，在一级培养槽和二级培养槽底部均设置有带阀门的排污口17；培养槽顶部设置有进液口31，进液口分为一级培养槽进液口和二级培养槽进液口，具体地，所述一级培养槽的顶部设置有一级培养槽进液口和一级培养槽顶部出液口21，一级培养槽的底部设置有一级培养槽底部出液口13，在一级培养槽进液口、一级培养槽顶部出液口和一级培养槽底部出液口处分别设置有一级培养槽进液口阀门19、一级培养槽顶部出液口阀门24和一级培养槽底部出液口阀门14；所述二级培养槽的顶部设置有二级培养槽进液口和二级培养槽顶部出液口32，二级培养槽的底部设置有二级培养槽底部出液口30，在二级培养槽进液口、二级培养槽顶部出液口和二级培养槽底部出液口处分别设置有二级培养槽进液口阀门26、二级培养槽顶部出液口阀门和二级培养槽底部出液口阀门35。在一级培养槽进液口和二级培养槽进液口的内侧均设置有挡板34。

所述培养基配置装置分别通过进液管25与一级培养槽进液口和二级培养槽进液口连通，在培养基配置装置与二级培养槽进液口之间的进液管上设置有进液分阀20。

一级培养槽和二级培养槽均配套设置有截留膜组件，所述截留膜组件包括膜单元5、软管、设置在软管上的抽液泵22以及设置在软管上的截留阀门，截留阀门分为与一级培养槽对应的一级截留阀门23和与二级培养槽对应的二级截留阀门43，所述膜单元为中空纤维膜，陶瓷膜或平板膜，膜的孔径大小为0.1-0.4μm，抽液泵为隔膜泵，耐腐水泵和磁力泵中的一种，膜单元与抽液泵通过软管相连，膜单元可置于顶层筛板与对应的顶部出液口的中间，也可置于顶层筛板下端或填料框中，可拆卸式的截流膜组件能够在细胞稳定挂膜后移除膜组件，延长膜的使用寿命。

一级培养槽顶部出液口通过顶部中间管路与二级培养槽进液口连通，一级培养槽底部出液口通过底部中间管路与二级培养槽底部出液口连通，底部中间管路16通过中间连通管路36与顶部中间管路连通，在中间连通管路上设置有中间输液泵15，中间连通管路的延伸端通过三通阀分别与出液管和一级培养槽的截留膜组件的软管连通，二级培养槽的截留膜组件的软管和二级培养槽顶部出液口均与出液管连通；所述出液管与菌剂收集槽连通。

所述曝气组件包括空气进入组件、二氧化碳进入组件、气体控制组件18和设置在曝气区的曝气片7，曝气片为曝气盘或曝气管；所述空气进入组件包括与气体控制组件连通的空气进入管、设置在空气进入管上的空气流量计38以及设置在空气进入管上的空气进入控制阀门41；所述二氧化碳进入组件包括与气体控制组件连通的二氧化碳进入管、设置在二氧化碳进入管上的二氧化碳流量计37和设置在二氧化碳进入管上的二氧化碳进入控制阀42；所述气体控制组件通过曝气管路分别与一级培养槽和二级培养槽的曝气片连通，在与一级培养槽的曝气片连通的曝气管路上设置有曝气流量计9和一级曝气控制阀40，在与二级培养槽的曝气片连通的曝气管路上设置有曝气流量计和二级曝气控制阀39。曝气组件还包括用于氧气监控的溶氧电极、用于二氧化碳浓度控制的传感器与用于空气与二氧化碳混合的气体混合罐、阀门。该组件能够根据微生物的培养特征而对气体输入进行调控，确保微生物对CO₂与溶解氧的要求。

所述的温控组件用于监控温度，温度控制范围为0-80℃，既能够方便于热水充足的单位使用该装置，又能够满足加热棒对温度的备用控制，该组件使得系统可以在不同的温度下运行来培养不同温度需求的微生物。

所述的pH控制组件包括用于监控pH变化的pH电极以及与控制系统相连的硫酸补加管路，pH控制组件能够自动控制系统的pH条件，满足不同微生物群pH生长控制需求。

本发明还公开了一种上述输出装置的使用方法，分为串联培养输出和并联培养输出两种情况，具体如下：

串联培养输出：

培养分为挂膜期与培养期，先对两个培养槽进行挂膜：具体来说，首先关闭所有阀门，接着打开一级培养槽进液口阀门，将培养基配置装置中的液体通过泵或自流的方式注入一级培养槽，注至一级培养槽的2/3-3/4体积时，打开控制一级培养槽的pH控制组件、曝气组件、温控组件，使一级培养槽内接入种子液体；培养槽中微生物浓度达到1×10⁷-5×10⁹cells/mL时，打开一级培养槽的截留膜组件，打开一级培养槽的截留组件的截留阀门与出液阀，并由培养基配置装置向一级培养槽中注入新鲜培养液，依次循环直到一级培养槽中的微生物浓度达到3×10⁸-1×10¹⁰cells/mL后关闭一级培养槽的截留膜组件，并关闭一级培养槽的截留组件的截留阀门与出液阀，此时，一级培养槽挂膜完成，进入二级培养槽挂膜；打开进液分阀和二级培养槽进液口阀门，并关闭一级培养槽进液口阀门，将培养液注入二级培养槽，培养基注至二级培养槽的1/4-3/4体积后，打开控制二级培养槽的pH控制组件、曝气组件和温控组件，打开一级培养槽顶部出液口阀门，打开一级培养槽进液口阀门让一级培养槽中的培养液作为种子液溢流入二级培养槽或直接从培养基配置装置接入新鲜的种子液，打开二级培养槽对应的截留膜组件进行挂膜培养，当二级培养槽中细胞浓度达到3×10⁸-1×10¹⁰cells/mL时，挂膜完成，关闭二级培养槽对应的截留膜组件，进入菌剂输出期，打开二级培养槽顶部出液口阀门，控制培养条件参数与培养基输入速率，一级培养槽中的菌剂溢流入二级培养槽，二级培养槽的菌剂溢流入出液管后流入菌剂收集槽；

并联培养输出：

培养时，同样分为挂膜期与培养期，首先关闭所有阀门，打开一级培养槽进液口阀门、进液分阀和二级培养槽进液口阀门，将培养基配置装置中的液体通过泵或自流的方式注入一级培养槽与二级培养槽，注至一级培养槽和二级培养槽各自达到2/3-3/4体积时，打开对应培养槽的pH控制组件、曝气组件和温控组件，分别接入种子液体；当培养槽中微生物浓度达到1×10⁷-5×10⁹cells/mL时，打开对应的截留膜组件，打开两个截留阀门和出液阀，并从培养基配置装置中分别注入新鲜培养液，依次循环直到培养槽中的微生物浓度达到3×10⁸-1×10¹⁰cells/mL后关闭截留膜组件，并关闭两个截留阀门，培养槽挂膜完成，进入培养输出期，从两条进液管分别向一级培养槽和二级培养槽输入新鲜培养基，打开一级培养槽顶部出液口阀门、一级培养槽底部出液口阀门、二级培养槽顶部出液口阀门和二级培养槽底部出液口阀门，控制培养条件参数与培养基输入速率，一级培养槽中和二级培养槽中的菌体在出液管中进行混合后，注入菌剂收集槽收集。

其中，一级培养槽与二级培养槽都可以用于培养硫氧化微生物，铁氧化微生物与自养微生物的一种或几种。微生物培养槽中的培养基组成为：硫酸亚铁1-400g/L、黄铁矿0-400g/L、硫单质0-100g/L、氯化铁0-100g/L、葡萄糖0-10g/L、酵母提取物0-1g/L、硫酸铵0-5g/L、硫酸镁0-2g/L、磷酸氢二钾或磷酸二氢钾0-2g/L、氯化钾0-1g/L、硝酸钙0-1g/L。

下面列举几个实施例来说明本申请的技术效果：

所述装置铁氧化菌串联输出效果：

其中，一级培养槽1m³，二级培养槽1m³，填料框50dm³，孔径为5cm；填料为1dm³的聚氨酯泡沫，孔径大小为1cm；顶层筛板和底层筛板为3cm厚的多孔pp板，孔径为1cm。串联输出培养细菌，其中一级培养基的组分为：硫酸亚铁100g/L,氯化亚铁50g/L,酵母提取物0.2g/L,硫酸镁0.5g/L,硫酸铵3g/L,磷酸氢二钾0.5g/L,氯化钾0.1g/L,硝酸钙0.01g/L,pH调至1.0.控制一级培养槽的温度为45°，二级培养槽的温度为30℃，输出菌剂中细胞浓度为2×10⁸cells/mL，pH为1.3，三价铁离子浓度为30g/L，输出的细菌组成为氧化亚铁硫杆菌、嗜铁钩端螺旋菌、铁质菌、铁硫氧化芽孢杆菌，其中氧化亚铁硫杆菌占比18％，嗜铁钩端螺旋菌占比53％，铁质菌占比11％，铁硫氧化芽孢杆菌占比16％，其他菌群占比2％。

所述装置铁硫氧化菌群串联输出效果：

其中，一级培养槽1m³，二级培养槽1m³，填料框50dm³，孔径为5cm；填料为1dm³的聚氨酯泡沫，孔径大小为1cm；顶层筛板和底层筛板为3cm厚的多孔聚丙烯板，孔径为1cm。串联输出培养，其中一级培养基的组分为：硫酸亚铁50g/L,氯化亚铁10g/L,硫单质10g/L,酵母提取物0.2g/L,硫酸镁0.5g/L,硫酸铵3g/L,磷酸氢二钾0.5g/L,氯化钾0.1g/L,硝酸钙0.01g/L,pH调至2.0.控制一级培养槽的温度为35-50°，二级培养槽的温度为20-35℃，输出菌剂中细胞浓度为3×10⁸cells/mL，pH为1.6，三价铁离子浓度为12g/L，细菌组成为氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌，喜温硫杆菌，嗜铁钩端螺旋菌、铁质菌、铁硫氧化芽孢杆菌，其中氧化亚铁硫杆菌占比15％，氧化硫硫杆菌占比13％，嗜铁钩端螺旋菌占比20％，铁质菌占比3％，喜温硫杆菌占比25％，铁硫氧化芽孢杆菌占比23％，其他菌群占比1％。

所述装置铁硫氧化菌群并联输出效果：

其中，一级培养槽1m³，二级培养槽1m³，填料框50dm³，孔径为5cm；填料为1dm³的聚氨酯泡沫，孔径大小为1cm；顶层筛板和底层筛板为3cm厚的多孔聚丙烯板，孔径为1cm。并列输出培养，其中一级培养槽的培养基组分组分为：硫酸亚铁90g/L,氯化亚铁10g/L,酵母提取物0.2g/L,硫酸镁0.5g/L,硫酸铵3g/L,磷酸氢二钾0.5g/L,氯化钾0.1g/L,硝酸钙0.01g/L,pH调至1.0，控制培养槽的温度为35-50°；二级培养槽的培养基组分为：硫单质10g/L,酵母提取物0.2g/L,硫酸镁0.5g/L,硫酸铵3g/L,磷酸氢二钾0.5g/L,氯化钾0.1g/L,硝酸钙0.01g/L,pH调至2.0.控制培养槽的温度为35-50℃，pH为2.5。输出菌剂中细胞浓度为3.5×10⁸cells/mL，pH为1.6，三价铁离子浓度为18g/L，细菌组成为氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌，喜温硫杆菌，嗜铁钩端螺旋菌、铁质菌、铁硫氧化芽孢杆菌，其中氧化亚铁硫杆菌占比2.1％，氧化硫硫杆菌占比2％，嗜铁钩端螺旋菌占比30％，铁质菌占比10％,喜温硫杆菌占比34％，铁硫氧化芽孢杆菌占比20％，其他菌群占比1.9％。

实施例6所述装置自养菌与异养菌并联输出效果：

其中，一级培养槽1m³，二级培养槽1m³，填料框50dm³，孔径为5cm；填料为1dm³的聚氨酯泡沫，孔径大小为1cm；顶层筛板和底层筛板为3cm厚的多孔聚丙烯板，孔径为1cm。并列输出培养，其中一级培养槽的培养基组分组分为：硫酸亚铁90g/L,单质硫10g/L,酵母提取物0.2g/L,硫酸镁0.5g/L,硫酸铵3g/L,磷酸氢二钾0.5g/L,氯化钾0.1g/L,硝酸钙0.01g/L,pH调至1.8，控制培养槽的温度为35-50°；二级培养槽的培养基组分为：葡萄糖10g/L,酵母提取物0.2g/L,硫酸镁0.5g/L,硫酸铵3g/L,磷酸氢二钾0.5g/L,氯化钾0.1g/L,硝酸钙0.01g/L,pH调至2.0.控制培养槽的温度为30-50℃。输出菌剂中细胞浓度为6×10⁸cells/mL，pH为1.8，三价铁离子浓度为15g/L，细菌组成为氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌，喜温硫杆菌，嗜铁钩端螺旋菌、铁质菌、铁硫氧化芽孢杆菌，嗜酸异养菌，脂环酸芽孢杆菌，黑曲霉，青霉菌。

其中氧化亚铁硫杆菌占比12％，氧化硫硫杆菌占比9％，嗜铁钩端螺旋菌占比21％，铁质菌占比4％，喜温硫杆菌占比20％，铁硫氧化芽孢杆菌占比20％,嗜酸异养菌占比29％，脂环酸芽孢杆菌占比9％，黑曲霉占比1.9％，青霉菌占比2.1％。其他菌群占比1％。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，其特征在于：包括由一级培养槽和二级培养槽组成的两级培养槽、培养基配置装置、菌剂收集槽、曝气组件和带出液阀的出液管，所述培养槽内设置有填料模块，所述填料模块的上下侧分别设置有顶层筛板和底层筛板，所述底层筛板与培养槽底部之间形成通过曝气组件曝气的曝气区，培养槽为夹套式结构且在内部形成与曝气区连通的内部液体通道；所述一级培养槽和二级培养槽上均设置有温控组件和PH控制组件，在一级培养槽和二级培养槽底部均设置有带阀门的排污口；培养槽顶部设置有进液口，进液口分为一级培养槽进液口和二级培养槽进液口，具体地，所述一级培养槽的顶部设置有一级培养槽进液口和一级培养槽顶部出液口，一级培养槽的底部设置有一级培养槽底部出液口，在一级培养槽进液口、一级培养槽顶部出液口和一级培养槽底部出液口处分别设置有一级培养槽进液口阀门、一级培养槽顶部出液口阀门和一级培养槽底部出液口阀门；所述二级培养槽的顶部设置有二级培养槽进液口和二级培养槽顶部出液口，二级培养槽的底部设置有二级培养槽底部出液口，在二级培养槽进液口、二级培养槽顶部出液口和二级培养槽底部出液口处分别设置有二级培养槽进液口阀门、二级培养槽顶部出液口阀门和二级培养槽底部出液口阀门；所述培养基配置装置分别通过进液管与一级培养槽进液口和二级培养槽进液口连通，在培养基配置装置与二级培养槽进液口之间的进液管上设置有进液分阀；一级培养槽和二级培养槽均配套设置有截留膜组件；一级培养槽顶部出液口通过顶部中间管路与二级培养槽进液口连通，一级培养槽底部出液口通过底部中间管路与二级培养槽底部出液口连通，底部中间管路通过中间连通管路与顶部中间管路连通，在中间连通管路上设置有中间输液泵，中间连通管路的延伸端通过三通阀分别与出液管和一级培养槽的截留膜组件连通，二级培养槽的截留膜组件和二级培养槽顶部出液口均与出液管连通；所述出液管与菌剂收集槽连通。

2.根据权利要求1所述的多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，其特征在于：所述截留膜组件包括膜单元、软管、设置在软管上的抽液泵以及设置在软管上的截留阀门。

3.根据权利要求2所述的多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，其特征在于：所述曝气组件包括空气进入组件、二氧化碳进入组件、气体控制组件和设置在曝气区的曝气片；所述空气进入组件包括与气体控制组件连通的空气进入管、设置在空气进入管上的空气流量计以及设置在空气进入管上的空气进入控制阀门；所述二氧化碳进入组件包括与气体控制组件连通的二氧化碳进入管、设置在二氧化碳进入管上的二氧化碳流量计和设置在二氧化碳进入管上的二氧化碳进入控制阀；所述气体控制组件通过曝气管路分别与一级培养槽和二级培养槽的曝气片连通，在与一级培养槽的曝气片连通的曝气管路上设置有曝气流量计和一级曝气控制阀，在与二级培养槽的曝气片连通的曝气管路上设置有曝气流量计和二级曝气控制阀。

4.根据权利要求3所述的多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，其特征在于：在一级培养槽进液口和二级培养槽进液口的内侧均设置有挡板。

5.根据权利要求1所述的多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，其特征在于：所培养槽分为上下两部分，上部分为柱形结构、立方体或棱柱型结构，下部分为锥形结构、弧形或圆锥型结构，培养槽底部设置有固定支架，培养槽的材质为共聚聚丙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅，培养槽上设置有刻度。

6.根据权利要求1所述的多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，其特征在于：所述填料模块由多个填料框拼装而成，填料框包括框体、顶盖和框扣，填料框的体积为5dm³-500dm³，填料框为立方体形、球形或柱形，结构为多孔式网状结构，网孔大小为0.001-1dm³，填料框内的填料为聚氨酯泡沫，塑料球，黄钾铁矾化聚氨酯泡沫和生物碳中的一种或几种，填料形状为球形、方形或柱形，填料的体积大小为0.01-10dm³。

7.根据权利要求2所述的多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，其特征在于：所述膜单元为中空纤维膜，陶瓷膜或平板膜，膜的孔径大小为0.1-0.4μm；抽液泵为隔膜泵，耐腐水泵和磁力泵中的一种。

8.根据权利要求1所述的多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，其特征在于：所述的顶层筛板和底层筛板孔径大小均为1cm-10cm，筛板高径比均为1:100-5:100，顶层筛板和底层筛板的厚度均不低于1cm，顶层筛板和底层筛板的材质均为pvc、pp或有机玻璃，顶层筛板包括顶层筛板支架、顶层筛板支柱和顶层筛板扣，底层筛板包括底层筛板扣、底层第一筛板支架、底层第二筛板支架和底层筛板块。

9.根据权利要求3所述的多功能嗜酸微生物菌剂输出装置，其特征在于：所述的曝气区高度为5-20cm，曝气片为曝气盘或曝气管。

10.一种如权利要求4所述的多功能嗜酸微生物菌剂输出装置的使用方法，其特征在于，分为串联培养输出和并联培养输出两种情况，具体如下：

串联培养输出：

培养分为挂膜期与培养期，先对两个培养槽进行挂膜：具体来说，首先关闭所有阀门，接着打开一级培养槽进液口阀门，将培养基配置装置中的液体通过泵或自流的方式注入一级培养槽，注至一级培养槽的2/3-3/4体积时，打开控制一级培养槽的pH控制组件、曝气组件、温控组件，使一级培养槽内接入种子液体；培养槽中微生物浓度达到1×10⁷-5×10⁹cells/mL时，打开一级培养槽的截留膜组件，打开一级培养槽的截留组件的截留阀门与出液阀，并由培养基配置装置向一级培养槽中注入新鲜培养液，依次循环直到一级培养槽中的微生物浓度达到3×10⁸-1×10¹⁰cells/mL后关闭一级培养槽的截留膜组件，并关闭一级培养槽的截留组件的截留阀门与出液阀，此时，一级培养槽挂膜完成，进入二级培养槽挂膜；打开进液分阀和二级培养槽进液口阀门，并关闭一级培养槽进液口阀门，将培养液注入二级培养槽，培养基注至二级培养槽的1/4-3/4体积后，打开控制二级培养槽的pH控制组件、曝气组件和温控组件，打开一级培养槽顶部出液口阀门，打开一级培养槽进液口阀门让一级培养槽中的培养液作为种子液溢流入二级培养槽或直接从培养基配置装置接入新鲜的种子液，打开二级培养槽对应的截留膜组件进行挂膜培养，当二级培养槽中细胞浓度达到3×10⁸-1×10¹⁰cells/mL时，挂膜完成，关闭二级培养槽对应的截留膜组件，进入菌剂输出期，打开二级培养槽顶部出液口阀门，控制培养条件参数与培养基输入速率，一级培养槽中的菌剂溢流入二级培养槽，二级培养槽的菌剂溢流入出液管后流入菌剂收集槽；

并联培养输出：

培养时，同样分为挂膜期与培养期，首先关闭所有阀门，打开一级培养槽进液口阀门、进液分阀和二级培养槽进液口阀门，将培养基配置装置中的液体通过泵或自流的方式注入一级培养槽与二级培养槽，注至一级培养槽和二级培养槽各自达到2/3-3/4体积时，打开对应培养槽的pH控制组件、曝气组件和温控组件，分别接入种子液体；当培养槽中微生物浓度达到1×10⁷-5×10⁹cells/mL时，打开对应的截留膜组件，打开两个截留阀门和出液阀，并从培养基配置装置中分别注入新鲜培养液，依次循环直到培养槽中的微生物浓度达到3×10⁸-1×10¹⁰cells/mL后关闭截留膜组件，并关闭两个截留阀门，培养槽挂膜完成，进入培养输出期，从两条进液管分别向一级培养槽和二级培养槽输入新鲜培养基，打开一级培养槽顶部出液口阀门、一级培养槽底部出液口阀门、二级培养槽顶部出液口阀门和二级培养槽底部出液口阀门，控制培养条件参数与培养基输入速率，一级培养槽中和二级培养槽中的菌体在出液管中进行混合后，注入菌剂收集槽收集。