CN114686356A - 一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置 - Google Patents

一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，包括反应器腔体、磁力搅拌器、指示探头、进出液管、进出气管、温度感应装置、密闭式气压计、集成电路板和显示屏。运行过程中，甲烷由进出气管进入反应器腔体内，营养底物从进出液管进入反应器腔体内，溶液随着磁力搅拌器转流，使菌种能充分接触营养底物，加快富集速率，指示探头对反应器腔体内的溶液进行数据采集，然后将采集数据通过数据线传入集成电路板的单片机上，由单片机对数据进行转换，再输送到显示屏上。本发明采用自动检测的方式，用单片机将采集的数据转化储存，并通过相应的显示装置实现实时监测，最大化程度保持反应腔体内的厌氧环境，加快了厌氧菌的富集。

Description

一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置
技术领域
本发明涉及科研中的水处理技术、废气资源化利用、功能微生物快速驯化培养等领域，特别是涉及一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置。
背景技术
当今的科研实验中，由于厌氧菌倍增周期较长，培养环境要求苛刻，操作条件受限且繁琐，限制了厌氧生物技术领域的研究进展，对厌氧菌的快速富集，还存在很大的提升空间，厌氧培养装置也亟待改进。
难以长期维持稳定、适宜的培养环境，是导致常规厌氧菌富集实验装置效能较低主要原因。有研究报道发现，在30-35℃的条件下，如果培养过程中维持严格的厌氧环境，可以大大缩减厌氧菌的倍增周期，提高富集效率。然而，常规的厌氧菌富集实验中往往采用序批式操作，需要定期对培养反应器进行气、液等底物的置换，一般情况下都是通过研究人员手动抽液(气)，取样封存后再用仪器进行检测，在手动操作的过程中，不仅会导致测量的误差，如果操作不当甚至会造成反应器的漏气，破坏菌种的培养环境，拖慢富集培养效率。此外，手动操作也带来其他的诸多不便，为了准确估量抽出的液体对反应器的影响，往往需要在试验后进行气压的检测，在负压操作环节，很容易发生倒吸，反应器的有效运行严重依赖有科研经验的操作人员。因此，重复性的手动工作耗费了科研人员大量的精力，降低了科研工作者的工作效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有技术中厌氧菌培养富集效率低，反应器密闭性差，厌氧环境难以维持，抽样检测过程中，人工操作繁琐，费时费力的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，包括用于配制溶液的反应器腔体、磁力搅拌器、指示探头、进出液管、进出气管、温度感应装置、密闭式气压计、集成电路板和显示屏；所述反应器腔体放置在所述磁力搅拌器上；所述指示探头水平设置，所述指示探头的头部伸入所述反应器腔体内部，且所述指示探头的头部始终位于所述反应器腔体内部的溶液液面以下；所述进出液管连接在所述反应器腔体上，且所述进出液管的一端伸入所述反应器腔体内部的溶液中；所述进出气管连接在所述反应器腔体上，且所述进出气管的一端伸入所述反应器腔体内部的溶液中；所述温度感应装置设置在所述反应器腔体上；所述密闭式气压计设置在所述反应器腔体顶部；所述集成电路板输入端通过数据线与所述指示探头电连接，所述集成电路板的输出端通过数据线与所述显示屏电连接；
运行过程中，甲烷由进出气管进入反应器腔体内，营养底物从进出液管进入反应器腔体内，在运行过程中反应器腔体内的溶液随着磁力搅拌器转流，使菌种能充分接触营养底物，加快富集速率，指示探头对反应器腔体内的溶液进行数据采集，然后将采集数据通过数据线传入集成电路板的单片机上，由单片机对数据进行转换，再输送到显示屏上进行显示。
本发明改善了传统厌氧实验领域中手动操作环节较多，进而影响厌氧菌富集生长环境的问题，采用自动检测的方式，用单片机将采集的数据转化储存，并通过相应的显示装置实现实时监测，最大化程度保持反应腔体内的厌氧环境，加快了厌氧菌的富集。
磁力搅拌器可根据需要调节转速，充分搅拌，提高反应器效能，且可用于平衡溶液中各部分的离子浓度，防止溶液静止过久沉淀分离。
温度感应装置单独工作，随时读取，维持对菌种富集最有利的环境温度。
密闭式气压计能够在反应时对内部气压进行检测，及时发现漏气情况，也有助于消耗甲烷和产生氮气的计算，不用再采用外连式接入检测，避免了漏气风险。
优选地，所述反应器腔体包括连接在一起的上腔体和下腔体，所述上腔体底部与所述下腔体顶部通过法兰固定连接；所述上腔体和下腔体之间还设置有密封垫圈。
优选地，所述上腔体的材质为亚克力材料。
优选地，所述下腔体的材质为不锈钢材料。
优选地，所述指示探头设置有多个。
优选地，所述指示探头设置有三个，三个所述指示探头分别用于测定反应器腔体内的溶液的底物离子浓度、氧化还原电位以及pH。
优选地，还包括控制器，所述磁力搅拌器通过数据线与所述控制器电连接。
优选地，所述进出液管上设有第一电磁阀和第一流量计，所述第一电磁阀和第一流量计均通过数据线与所述控制器电连接。
优选地，所述进出气管上设有第二电磁阀和第二流量计，所述第二电磁阀和第二流量计均通过数据线与所述控制器电连接。
有益效果：第一电磁阀和第二电磁阀的设置，取代了手动调节开关；且第一流量计和第二流量计的设置，可对进出水量和进出液两进行平衡调控，维持反应器内部稳定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明改善了传统厌氧实验领域中手动操作环节较多，进而影响厌氧菌富集生长环境的问题，采用自动检测的方式，用单片机将采集的数据转化储存，并通过相应的显示装置实现实时监测，最大化程度保持反应腔体内的厌氧环境，加快了厌氧菌的富集。
2、磁力搅拌器可根据需要调节转速，充分搅拌，提高反应器效能，且可用于平衡溶液中各部分的离子浓度，防止溶液静止过久沉淀分离。
3、温度感应装置单独工作，随时读取，维持对菌种富集最有利的环境温度。
4、密闭式气压计能够在反应时对内部气压进行检测，及时发现漏气情况，也有助于消耗甲烷和产生氮气的计算，不用再采用外连式接入检测，避免了漏气风险。
5、第一电磁阀和第二电磁阀的设置，取代了手动调节开关；且第一流量计和第二流量计的设置，可对进出水量和进出液两进行平衡调控，维持反应器内部稳定。
附图说明
图1为本发明实施例的一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置的结构示意图。
附图标号说明：
1、反应器腔体；101、上腔体；102、下腔体；2、磁力搅拌器；3、指示探头；4、进出液管；401、第一电磁阀；402、第一流量计；5、进出气管；501、第二电磁阀；502、第二流量计；6、温度感应装置；7、密闭式气压计；8、集成电路板；9、显示屏；10、控制器。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，包括用于配制溶液的反应器腔体1、磁力搅拌器2、指示探头3、进出液管4、进出气管5、温度感应装置6、密闭式气压计7、集成电路板8、显示屏9和控制器10。
如图1所示，反应器腔体1放置在磁力搅拌器2上，且反应器腔体1中放有磁力转子，以此来平衡溶液中各部分的离子浓度，防止溶液静止过久沉淀分离；在反应器腔体1中可适量加入活性炭等吸附材料，便于颗粒微生物的聚集，提高反应器的效能；具体的，本实施例的反应器腔体1包括连接在一起的上腔体101和下腔体102，上腔体101底部与下腔体102顶部通过法兰固定连接；上腔体101和下腔体102之间还设置有密封垫圈；上腔体101的材质为亚克力材料，下腔体102的材质为不锈钢材料；不锈钢材料相较其他材质更加耐磨，不需频繁更换，既避免了转子磨穿反应器的风险，也能观察到反应器内部情况。
本实施例的磁力搅拌器2也可携带加热功能，根据实验需要进行使用调节，磁力搅拌器2通过数据线与控制器10电连接。
反应器腔体1的腔壁上开设有多个连接孔，具体的，本实施例的反应器腔体1的腔壁上共开设有三个连接孔，且每个连接孔的孔壁上均设置有M39*1.5的螺纹。
如图1所示，指示探头3的头部一端的外壁上设有与连接孔上的螺纹相匹配的外螺纹，指示探头3通过连接孔与反应器腔体1之间进行螺纹连接使得指示探头3的头部检测位置伸入反应器腔体1内部，指示探头3的尾部位于反应器腔体1的外侧；本实施例的指示探头3共设置有三个，分别用于测定反应器腔体1内的溶液的底物离子浓度、氧化还原电位以及pH。
整个过程中指示探头3头部始终保持浸入待测液中，可以通过显示屏9实时监控反应器运行过程中，溶液中待测离子的浓度情况，并且可以根据检测需要，更换不同类别的指示探头3，进行其他底物的测定。
如图1所示，进出液管4连接在反应器腔体1上，且进出液管4的一端伸入反应器腔体1内部的溶液中，进出液管4另一端与外置水泵连通；进出液管4上设有第一电磁阀401和第一流量计402，第一电磁阀401和第一流量计402均通过数据线与控制器10电连接。
如图1所示，进出气管5连接在反应器腔体1上，且进出气管5的一端伸入反应器腔体1内部的溶液中；进出气管5上设有第二电磁阀501和第二流量计502，第二电磁阀501和第二流量计502均通过数据线与控制器10电连接。
第一电磁阀401和第二电磁阀501的设置，取代了手动调节开关；且第一流量计402和第二流量计502的设置，可对进出水量和进出液两进行平衡调控，维持反应器内部稳定。
如图1所示，温度感应装置6设置在反应器腔体1上；密闭式气压计7设置在上腔体101顶部；温度感应装置6单独工作，随时读取，维持对菌种富集最有利的环境温度；密闭式气压计7能够在反应时对内部气压进行检测，及时发现漏气情况，也有助于消耗甲烷和产生氮气的计算，不用再采用外连式接入检测，避免了漏气风险。
集成电路板8输入端通过数据线与指示探头3电连接，集成电路板8的输出端通过数据线与显示屏9电连接；指示探头3的尾部通过数据线连接到集成电路板8上，并采用C语言编程到单片机上，把单片机插入到集成电路板8上，将从探头接收到的数据进行转换，再连接并显示到显示屏9上，使用时，指示探头3对反应器腔体1内的溶液进行数据采集，然后将采集数据通过数据线传入集成电路板8的单片机上，由单片机对数据进行转换，再输送到显示屏9上进行显示。
本实施例的工作原理是：本发明提供一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，运行过程中，甲烷由进出气管5进入反应器腔体1内，营养底物从进出液管4进入反应器腔体1内，在运行过程中反应器腔体1内的溶液随着磁力搅拌器2转流，使菌种能充分接触营养底物，加快富集速率，指示探头3对反应器腔体1内的溶液进行数据采集，然后将采集数据通过数据线传入集成电路板8的单片机上，由单片机对数据进行转换，再输送到显示屏9上进行显示。
本发明改善了传统厌氧实验领域中手动操作环节较多，进而影响厌氧菌富集生长环境的问题，采用自动检测的方式，用单片机将采集的数据转化储存，并通过相应的显示装置实现实时监测，最大化程度保持反应腔体内的厌氧环境，加快了厌氧菌的富集。
本发明智能实现了厌氧反应器内离子检测的功能，减少了人工干预，更有利于厌氧环境的维持，加速了厌氧菌的富集，同时对氧化还原电位、PH、气压以及温度等各方面常用数据都可以进行实时监测，解决了原先采样检测费时费力的问题，并且对进液气量通过流量计进行准确控制。
本技术方案能够智能地实现离子检测功能，解决了密闭反应器中底物检测费时费力的问题，减少了人工干预反应器的运行，有利于厌氧菌的富集。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于：本实施例的温度感应装置6可接线一并连接到集成电路板8，通过显示屏9读取，由控制器10统一管理。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，其特征在于：包括用于配制溶液的反应器腔体(1)、磁力搅拌器(2)、指示探头(3)、进出液管(4)、进出气管(5)、温度感应装置(6)、密闭式气压计(7)、集成电路板(8)和显示屏(9)；所述反应器腔体(1)放置在所述磁力搅拌器(2)上；所述指示探头(3)水平设置，所述指示探头(3)的头部伸入所述反应器腔体(1)内部，且所述指示探头(3)的头部始终位于所述反应器腔体(1)内部的溶液液面以下；所述进出液管(4)连接在所述反应器腔体(1)上，且所述进出液管(4)的一端伸入所述反应器腔体(1)内部的溶液中；所述进出气管(5)连接在所述反应器腔体(1)上，且所述进出气管(5)的一端伸入所述反应器腔体(1)内部的溶液中；所述温度感应装置(6)设置在所述反应器腔体(1)上；所述密闭式气压计(7)设置在所述反应器腔体(1)顶部；所述集成电路板(8)输入端通过数据线与所述指示探头(3)电连接，所述集成电路板(8)的输出端通过数据线与所述显示屏(9)电连接；
运行过程中，甲烷由进出气管(5)进入反应器腔体(1)内，营养底物从进出液管(4)进入反应器腔体(1)内，在运行过程中反应器腔体(1)内的溶液随着磁力搅拌器(2)转流，使菌种能充分接触营养底物，加快富集速率，指示探头(3)对反应器腔体(1)内的溶液进行数据采集，然后将采集数据通过数据线传入集成电路板(8)的单片机上，由单片机对数据进行转换，再输送到显示屏(9)上进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，其特征在于：所述反应器腔体(1)包括连接在一起的上腔体(101)和下腔体(102)，所述上腔体(101)底部与所述下腔体(102)顶部通过法兰固定连接；所述上腔体(101)和下腔体(102)之间还设置有密封垫圈。
3.根据权利要求2所述的一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，其特征在于：所述上腔体(101)的材质为亚克力材料。
4.根据权利要求2所述的一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，其特征在于：所述下腔体(102)的材质为不锈钢材料。
5.根据权利要求1所述的一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，其特征在于：所述指示探头(3)设置有多个。
6.根据权利要求5所述的一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，其特征在于：所述指示探头(3)设置有三个，三个所述指示探头(3)分别用于测定反应器腔体(1)内的溶液的底物离子浓度、氧化还原电位以及pH。
7.根据权利要求1所述的一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，其特征在于：还包括控制器(10)，所述磁力搅拌器(2)通过数据线与所述控制器(10)电连接。
8.根据权利要求7所述的一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，其特征在于：所述进出液管(4)上设有第一电磁阀(401)和第一流量计(402)，所述第一电磁阀(401)和第一流量计(402)均通过数据线与所述控制器(10)电连接。
9.根据权利要求7所述的一种新型高效厌氧菌富集培养实验装置，其特征在于：所述进出气管(5)上设有第二电磁阀(501)和第二流量计(502)，所述第二电磁阀(501)和第二流量计(502)均通过数据线与所述控制器(10)电连接。
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