CN1268201C - 培养小型水生动物的生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种培养小型水生动的生物反应器，包括反应器桶体和设置在反应器桶体中的气升导流管，反应器桶体的近底部设置有一个滤过构件，滤过构件将反应器桶体分隔为上部的培养腔和下部的废水腔，气升导流管设置在培养腔中，反应器桶体的底部设置有废水控制阀，特点是滤过构件包括设置在反应器桶体内壁上的支撑凸圆，气升导流管底端部固定连接有环状上滤网夹板，环状上滤网夹板和一个环状下滤网夹板将一滤网夹持固定，环状上滤网夹板支承在支撑凸圆上，滤网的网孔为60目～250目，优点是可以很方便地将滤过构件随气升导流管一起取出，及时加以清洗和更换合适密度网孔的滤网，可广泛应用于饵料动物及鱼、虾、蟹、贝类幼体的高密度连续培养。
Description
技术领域
本发明涉及一种培养小型水生动物的生物反应器，可广泛应用于饵料动物及鱼、虾、蟹、贝类幼体的高密度连续培育。
背景技术
现有的生物反应器的研究始于上世纪40年代，其目的最主要是针对微藻的大量培养需要，同时在发酵、酿造工业也发挥了巨大的作用，随着现代生物技术的发展生物反应器也被更多用来生产高价值的生物活性产物，根据不同的需要各种生物反应器的设计已达到了完善化、标准化的程度。在上世纪末，人们开始用类似的生物反应器培养轮虫等小型水生动物，由于这种反应器原本只为用于植物(藻类或微生物)的培养而设计，不具备去除代谢废物的功能，因此，虽然培养动物也有一定效果，但不能进行高密度和长时间培养。迄今为止尚无专门用于小型水生动物高密度连续培养的反应器和与之相配套的工艺的报道。用传统的生物反应器培养小型水生动物主要包括接种、喂食培养、采收等步骤，一般要经过如下过程：接种培养，种群开始生长，种群快速生长，种群生长减缓，培养结束，收获培养物，清洗、消毒反应器，重新接种。用传统的生物反应器培养小型水生动物的主要缺陷表现在：一是在整个种群生长期间，随着被培养动物的生长繁殖，动物排泄的代谢产物和食物残渣不断累积、分解使水质恶化，却无法得到及时去除，直接抑制培养动物的生长和繁殖，轻则产生休眠，重者导致动物死亡，培养失败，故不能进行高密度连续培养；二是培养周期短，需要不断重复接种，动物难以到达种群高峰，且每次重新接种都需要清洗、消毒反应器，费时费力增加劳动强度。1998年3月11日公开的96109551.2号中国发明专利公开说明书中公开了一种气升内错流式生物反应器，由壳体和与之同轴放置于内的上部开有多排小孔的圆筒提升管，放于外壳和排液室相接处的复合型筛板过滤器及位于过滤器上方的向上喷气的气体分布器，向下喷气的气体分布器等组成。但是这种反应器尽管具有过滤器可以进行过滤、洗涤操作，但它的特点仍然比较适应培养植物细胞，对于在整个培养过程中培养个体逐渐增大、且排泄物也逐渐增大的动物培养来说，既要做到及时排除动物排泄的代谢产物和食物残渣，又要保证培养的动物不会流失是具有较大缺陷的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种培养小型水生动物的生物反应器，专为小型水生动物的高密度连续培养而作特定的设计，在培养小型水生动物过程中，能方便地进行培养水体的更换和有效去除代谢废物，并保证培养的动物不会流失。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种培养小型水生动物的生物反应器，包括反应器桶体和设置在所述的反应器桶体中的气升导流管，所述的反应器桶体的近底部设置有一个滤过构件，所述的滤过构件将所述的反应器桶体分隔为上部的培养腔和下部的废水腔，所述的气升导流管设置在所述的培养腔中，所述的反应器桶体的底部设置有废水控制阀，所述的滤过构件包括设置在所述的反应器桶体内壁上的支撑凸圆，所述的气升导流管底端部固定连接有环状上滤网夹板，所述的环状上滤网夹板和一个环状下滤网夹板将一滤网夹持固定，所述的环状上滤网夹板支承在所述的支撑凸圆上，所述的滤网的网孔为60目～250目，可以根据不同的水生动物来选择不同的网孔。
所述的滤网最好是中心下垂的凹型滤网，也可以是平面形状的或其它形状的。
所述的滤网是可脱卸式的。
所述的环状上滤网夹板和所述的环状下滤网夹板之间设置有密封垫圈。
所述的反应器桶体的顶部设置有溢气孔和加液口。
与现有技术相比，本发明的优点在于设置一个与气升导流管一体连接的滤过构件，将反应器容器分为上部的培养腔和下部的废水腔，废水腔通过与大气相通的控制阀能够定时或不定时地去除动物排泄的代谢产物和食物残渣，可以在生物反应器培养小型水生动物时及时去除水体中的动物排泄物、残饵等有害废物，达到维持动物生长繁殖所需的最佳水质条件，并实现了延长培养周期的目的；而随着所培养的动物的逐渐长大，可以很方便地将滤过构件随气升导流管一起取出，及时地加以清洗和更换合适密度网孔的滤网，在保证培养动物不会流失的情况下，使动物排泄的代谢产物和食物残渣能够有效排出并不会堵塞滤网，且操作非常简单方便；通过及时添补培养液和食物来维持反应器一定的液面高度和食饵浓度；在培养过程中采取滴加酸、碱和专用水质稳定剂的方法能够维持培养液的pH值；当培养的动物达到种群密度高峰后，进行定期采收，以确保继续维持反应器中的种群生长速度；本发明所采取技术手段简单实用，可以广泛用于各种小型水生动物高密度连续培养。从以下两组实验可以看出本发明相对于现有技术具有明显的优点：
实验一：褶皱臂尾轮虫Brachionus plicatilis(Rotifer)两种培养方法比较
实验材料为褶皱臂尾轮虫，在同一时间分别用相同容积的传统气升导流式生物反应器(a组)和本发明涉及的小型水生动物生物反应器(b组)进行培养试验。在培养水温30℃，海水盐度24，滤过构件的网孔为250目，初始接种密度相同，每天上午投喂经离心的浓缩小球藻，下午投喂酵母的情况下，前5d的生长结果基本一致。随着时间的推移，a组受培养工艺的限制不能换水，轮虫生长明显减缓；b组由于采取了本发明的工艺，轮虫的生长保持了快速增长，结果如表1
实验二：多刺裸腹蚤两种培养方法比较
| 培养天数(d) | 1d | 2d | 3d | 4d | 5d | 6d | 7d | 8d | 9d | 10d | 11d | 12d | 13d | 14d | 15d |
| a组 | 158 | 182 | 291 | 495 | 816 | 1142 | 1370 | 621 | 214 | 76 | 176 | 211 | 295 | 472 | 802 |
| 技术措施 | 接种 | PH调整 | PH调整 | 重新接种 | |||||||||||
| b组 | 155 | 191 | 286 | 486 | 826 | 1321 | 2113 | 2036 | 1864 | 1987 | 1794 | 1633 | 1442 | 1134 | 217 |
| 技术措施 | 接种 | PH调整 | 换水25％ | PH调整换水25％ | 换水25％ | PH调整换水30％ | 采收20％换水30％ | 采收20％换水30％ | 采收20％换水30％ | 采收20％换水30％ | 换水30％ | 采收20％换水30％ | 密度锐减 |
培养材料是淡水中常见的多刺裸腹蚤，在同一时间分别用相同容积的传统气升导流式生物反应器(a组)和本发明涉及的小型水生动物生物反应器(b组)进行培养试验。试验用水为经充分暴气的自来水，多刺裸腹蚤的饵料用人工培养的淡水栅藻和淡水小球藻，经高速离心后的浓缩藻液，培养水温12～20℃，滤过构件的网孔为100目，蚤种来自同一地点并经过1周驯养后的健康蚤体。实验共进行了20天，结果如表2。
| 培养天数(d) | 1d | 2d | 3d | 4d | 5d | 6d | 7d | 8d | 10d | 12d | 14d | 16d | 18d | 20d |
| a组 | 116 | 131 | 568 | 1562 | 1788 | 4694 | 4915 | 2667 | 1287 | 512 | 234 | 203 | 196 | 876 |
| 技术措施 | 接种 | PH调整 | PH调整 | PH调整 | 采收20％ | 重新接种 | ||||||||
| b组 | 121 | 118 | 487 | 1436 | 2010 | 4889 | 5541 | 4773 | 6189 | 3779 | 4521 | 4891 | 2110 | 1396 |
| 技术措施 | 接种 | PH调整 | 换水25％ | PH调整换水25％ | 换水25％ | PH调整换水30％ | 采收20％换水30％ | 采收20％换水30％ | 采收20％换水30％ | 采收20％换水30％ | 采收20％换水30％ | 采收20％换水30％ |
附图说明
图1为本发明反应器的结构示意图；
图2为采用本发明的培养过程示意图；
图3为现有技术的培养过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：在一个特殊的反应器中进行小型水生动物的高密度连续培养，该反应器包括反应器桶体1和气升导流管2，在反应器桶体1近底部的位置，设置有一个滤过构件，将反应器桶体1分为上下两部分，上部为培养腔3，下部为废水腔4，废水腔4通过一废水控制阀5与大气相通，培养步骤如下：首先在反应器中接种褶皱臂尾轮虫Brachionus plicatilis(Rotifer)，培养水温30℃，海水盐度24，滤过构件的网孔为250目，每天上午投喂经离心的浓缩小球藻，下午投喂酵母，在喂食培养到第4天开始增加下述操作步骤：①通过废水控制阀5排除废水腔4中的废物，这些废物主要是代谢产物和食物残渣，②补充培养液以保持反应器中的液面高度，③通过在培养过程中采取滴加酸、碱和专用水质稳定剂的方法来调节培养液的pH值，从第7天开始出现种群密度高峰，从第9天开始此后每天进行采收20％。
实施例二：在一个特殊的反应器中进行小型水生动物的高密度连续培养，该反应器包括反应器桶体1和气升导流管2，在反应器桶体1近底部的位置，设置有一个滤过构件，将反应器桶体1分为上下两部分，上部为培养腔3，下部为废水腔4，废水腔4通过一废水控制阀5与大气相通，培养步骤如下：首先在反应器中接种多刺裸腹蚤，试验用水为经充分暴气的自来水，培养水温12～20℃，滤过构件的网孔为100目，多刺裸腹蚤的饵料用人工培养的淡水栅藻和淡水小球藻，经高速离心后的浓缩藻液，在喂食培养到第4天开始增加下述操作步骤：①通过废水控制阀5排除废水腔4中的废物，这些废物主要是代谢产物和食物残渣，②补充培养液以保持反应器中的液面高度，③通过在培养过程中采取滴加酸、碱和专用水质稳定剂的方法来调节培养液的pH值，从第12天开始出现种群密度高峰，此后每2天采收20％。
实施例三：一种培养小型水生动物的生物反应器，包括反应器桶体1和气升导流管2，在反应器桶体1近底部的位置，增设一个滤过构件，将反应器桶体1分为上下两部分，上部为培养腔3，下部为废水腔4，废水腔4通过一废水控制阀5与大气相通，反应器桶体1和气升导流管2为两个中空同心圆柱体，气升导流管2上端与一封盖6相粘结，封盖6上设置有进气管7、溢气孔8和补液口9，气升导流管2上部的管壁上设置有溢流孔10，气升导流管2下部的管壁上设置有回流孔11，滤过构件包括设置在反应器桶体1内壁上的支撑凸圆12，在气升导流管2的底端部固定连接有环状上滤网夹板13，一个环状下滤网夹板14通过螺丝15和螺母16将滤网17和密封垫圈18夹持固定在环状上滤网夹板13和环状下滤网夹板14之间夹持固定，环状上滤网夹板13支承在支撑凸圆12上，滤网17的网孔为60目，滤网是中心下垂的凹型滤网。
实施例四：一种培养小型水生动物的生物反应器，包括反应器桶体1和气升导流管2，在反应器桶体1近底部的位置，增设一个滤过构件，将反应器桶体1分为上下两部分，上部为培养腔3，下部为废水腔4，废水腔4通过一废水控制阀5与大气相通，反应器桶体1和气升导流管2为两个中空同心圆柱体，气升导流管2上端与一封盖6相粘结，封盖6上设置有进气管7、溢气孔8和补液口9，气升导流管2上部的管壁上设置有溢流孔10，气升导流管2下部的管壁上设置有回流孔11，滤过构件包括设置在反应器桶体1内壁上的支撑凸圆12，在气升导流管2的底端部固定连接有环状上滤网夹板13，一个环状下滤网夹板14通过螺丝15和螺母16将滤网17和密封垫圈18夹持固定在环状上滤网夹板13和环状下滤网夹板14之间夹持固定，环状上滤网夹板13支承在支撑凸圆12上，滤网17的网孔为120目，滤网是平面型滤网。
实施例五：一种培养小型水生动物的生物反应器，包括反应器桶体1和气升导流管2，在反应器桶体1近底部的位置，增设一个滤过构件，将反应器桶体1分为上下两部分，上部为培养腔3，下部为废水腔4，废水腔4通过一废水控制阀5与大气相通，反应器桶体1和气升导流管2为两个中空同心圆柱体，气升导流管2上端与一封盖6相粘结，封盖6上设置有进气管7、溢气孔8和补液口9，气升导流管2上部的管壁上设置有溢流孔10，气升导流管2下部的管壁上设置有回流孔11，滤过构件包括设置在反应器桶体1内壁上的支撑凸圆12，在气升导流管2的底端部固定连接有环状上滤网夹板13，一个环状下滤网夹板14通过螺丝15和螺母16将滤网17和密封垫圈18夹持固定在环状上滤网夹板13和环状下滤网夹板14之间夹持固定，环状上滤网夹板13支承在支撑凸圆12上，滤网17的网孔为250目，滤网是圆柱面型滤网。
上述实施例中，环状下滤网夹板14的内圆直径最好与环状上滤网夹板13内圆直径一致，环状下滤网夹板外圆直径与支撑凸圆12的内圆直径相等，使用状态下密封垫圈18正好处于支撑凸圆12和环状上滤网夹板13的接触平面之间，起到密封隔绝培养动物进入废水腔4，废水则通过滤网17的滤过作用进入废水腔4而最终通过废水控制阀5排出。
本发明的反应器还可以用于培养鱼、虾、蟹、贝类的幼体，相对于现有技术同样具有明显的优点，如在下述的实验中，我们进行了比较：
用普通生物反应器(A)和本实用新型小型水生动物反应器(B)，在水温26～28℃、盐度19的条件下，滤过构件的网孔为200目，对泥蚶浮游幼虫进行了培养比较实验。幼虫开始培养密度为2.0×107个/M3，投喂的饵料为人工培养的金藻，投喂浓度15～20个细胞/ml。试验共进行了10天。结果如表3。在相同的培养密度下，前6d的结果基本一致，由于A组不具备换水的功能，从第7d起成活率大跌，幼虫的生长速度也变慢，最后仅有约9％的幼虫变态为匍匐幼虫。而B组因为从第4d起每天换水20～50％，保持了培养水体的稳定，最终幼虫的生长量和成活率都明显优于B组。
| 天数d | 1d | 2d | 3d | 4d | 5d | 6d | 7d | 8d | 9d | 10d | |
| A组 | 幼虫成活率％ | 100 | 100 | 98 | 89 | 88 | 86 | 53 | 32 | 12 | 9 |
| 平均幼虫壳长μm | 98 | 109 | 115 | 129 | 134 | 143 | 152 | 166 | 172 | 179 | |
| B组 | 幼虫成活率％ | 100 | 100 | 95 | 92 | 90 | 90 | 88 | 85 | 85 | 81 |
| 平均幼虫壳长μm | 98 | 105 | 114 | 122 | 131 | 143 | 157 | 169 | 185 | 196 | |
| 换水量 | 20％ | 25％ | 25％ | 35％ | 40％ | 40％ | 50％ | ||||
Claims (5)
1、一种培养小型水生动物的生物反应器，包括反应器桶体和设置在所述的反应器桶体中的气升导流管，所述的反应器桶体的近底部设置有一个滤过构件，所述的滤过构件将所述的反应器桶体分隔为上部的培养腔和下部的废水腔，所述的气升导流管设置在所述的培养腔中，所述的反应器桶体的底部设置有废水控制阀，其特征在于所述的滤过构件包括设置在所述的反应器桶体内壁上的支撑凸圆，所述的气升导流管底端部固定连接有环状上滤网夹板，所述的环状上滤网夹板和一个环状下滤网夹板将一滤网夹持固定，所述的环状上滤网夹板支承在所述的支撑凸圆上，所述的滤网的网孔为60目～250目。
2、根据权利要求1所述的培养小型水生动物的生物反应器，其特征在于所述的滤网是中心下垂的凹型滤网。
3、根据权利要求1所述的培养小型水生动物的生物反应器，其特征在于所述的滤网是可脱卸式的。
4、根据权利要求1所述的培养小型水生动物的生物反应器，其特征在于所述的环状上滤网夹板和所述的环状下滤网夹板之间设置有密封垫圈。
5、根据权利要求1所述的培养小型水生动物的生物反应器，其特征在于所述的反应器桶体的顶部设置有溢气孔和加液口。
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