CN203855569U - 一种适用于丝状微生物培养的反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于丝状微生物培养的反应器，其包括曝气池、固定支架、筛网、曝气泵、曝气软管、进料槽，固定支架设置在曝气池中，筛网安装在固定支架上，曝气泵通过流量计与曝气软管连通，曝气软管分别设置在每层筛网下方，便于实施从下向上逐步递减曝气量，轻易实现对丝状微生物的生长控制；进料槽通过蠕动泵与曝气池上端的进料口连通，曝气池底部设置有排水口，筛网上放置有丝状微生物培养的载体；该装置既保证了对丝状微生物的静止培养和对丝状微生物的氧气供给，又减少了集中曝气对丝状微生物的机械损伤；通过本装置的分散培养和分散供气，可以轻易实现对丝状微生物的生长控制，促进了丝状微生物的生长和产物合成。
Description
技术领域
本实用新型属于工业微生物领域，具体地说涉及一种适用于丝状微生物固定化培养的装置，具体为针对丝状微生物的分层式静止培养反应器。
背景技术
在微生物的培养中人们常常采用固定化的培养方式，这是因为固定化培养能够促进微生物的生长和代谢。
白腐真菌的固定化培养有利于其活性的维持。Saucedo等人（1988）在对Gibberella fujikuroi 菌丝的固定化研究中发现：固定化培养可以提高真菌生长的稳定性，延长其活性维持的时间；Bottcher等（1988）和Komel等（1985）的固定化真菌研究得出类似的结果。
固定的白腐真菌能促进其对代谢酶等的合成。Rogalski 等（2006） 将Nematoloma frowardii固定于聚氨酯泡沫载体（polyurethane foam）上获得2304 nkat/l 的MnP，比自由悬浮培养的MnP高出1.4倍。Nakamura 等（1999） 的研究结果表明：采用聚氨酯泡沫载体的固定化培养获得高产的木质素降解酶(LiP: 300U/mL, MnP: 250U/mL, and Lac: 50U/mL)远远高于非固定化培养的酶活 (LiP: 22U/mL, MnP: 8U/mL, and Lac: 1.8U/mL) 。
固定化微生物还可以提高应用，如其对污染物的去除效果。Sayadi等（1996）在其试验中发现自由培养的P.chrysosporium未能对橄榄油厂的废水进行有效脱色，但当采用聚氨酯泡沫载体（PUF）进行固定化培养时实现了有效脱色。Liao（1997）的研究结果显示：固定化的P.Chrysosporium 比自由培养时具有更高的PAHs去除率。
但是，固定化的微生物常常遇到一些问题，如：生物膜脱落的问题。目前许多研究者对一些载体进行了研究，如聚氨酯泡沫（PUF）（Mielgo I.等，Water research,2002 ,36, 1896-1901）、钢丝网(Kapdan IK等, Enzyme Microb Technol，2002；30:195–9.)，木块(Nillsson I.等, Enzyme and microbial technology，2006，38, 94-100.)等，但这些载体在使用过程中会遇到生物膜脱落的问题，即随着生物膜的加厚，生物膜内部获得的营养物质和氧气逐步减少，造成生物膜的脱落。另外，曝气过大产生剪切力，影响固定化微生物的生长和代谢。
发明内容
本实用新型提供了一种适用于丝状微生物的培养反应器，可以促进丝状微生物的生长和代谢，维持丝状微生物的连续生长和持续的代谢。
本实用新型丝状微生物培养装置包括曝气池1、固定支架2、筛网3、曝气泵4、曝气软管5、进料槽6，固定支架2设置在曝气池1中，一层以上的筛网3安装在固定支架2上，曝气泵4通过流量计10与曝气软管5连通，曝气软管5分别设置在每层筛网3下方，便于实施从下向上逐步递减曝气量，轻易实现对丝状微生物的生长控制；进料槽6通过蠕动泵9与曝气池上端的进料口8连通，曝气池底部设置有排水口7并与排水管相连，筛网3上放置有丝状微生物培养的载体11。
所述载体是以粘扣带材料做成的中空管状载体，载体一端开口或两端开口，开口端用有支撑度的管状材料支撑，有支撑度的管状材料的口用通透性材料封口；粘扣带有两种形态，一种为带小勾表面的粘扣带，另一种为带毛绒状表面的粘扣带，两种材料都具有粗燥的表面，利于菌丝的附着生长，且它们都是微生物难以降解的材料。因此，带小勾的粘扣带织物和带绒圈的粘扣带织物都可以用于脉管载体的制作；粘扣带材料由不能被微生物降解的材料制得，不能被微生物降解的材料为塑料、木质纤维素、丝、棉、麻或化学纤维。
所述有支撑度的管状材料为有机玻璃管、不锈钢管或塑料管；通透性材料为棉花、棉布、胶塞或各种高分子有机滤膜。
所述的培养装置中，在曝气泵的作用下，空气通过导气管进入曝气软管，由于每层筛网下固定着曝气软管，因此空气可以与筛网上的固定化的微生物有效地接触，并可以通过流量计调节每层的曝气量对丝状微生物的生长进行调节。
将固定化有丝状微生物的载体11放置在筛网3上，而筛网被分层安装在固定支架上后2最终放置于曝气池1中，整个培养系统可以从曝气池中取出，便于更换固定化的丝状微生物，有利于反应器的维修。
在所述的培养装置中，每层筛网下固定着曝气软管，由于气体是向上运动，因此可以采用由下向上逐步递减曝气量，节约运行成本，实施从下向上逐步递减曝气量可以保证了对丝状微生物的静止培养和对丝状微生物的氧气供给，又减少了集中曝气对丝状微生物的机械损伤，促进了丝状微生物的生长和产物合成。
本实用新型的优点和有益效果：
1）本实用新型的反应器装置为固定化的丝状微生物生长和代谢提供了一个途径，可以解决固定化生长中因为缺乏氧气，曝气剪切等带来的生物膜脱落问题；
2）本实用新型的反应器将丝状微生物分散于分层的筛网上培养，并提供相应的供气系统，利于对丝状微生物的生长和代谢控制；
3）在本实用新型的反应器装置中，支架与反应器的反应槽可以不固定连接，利于将整个支架取出进行固定化的微生物、筛网以及曝气软管的更换，利于对丝状微生物的生长和代谢控制；
4）本实用新型方法简单、成本低，操作简便灵活性高，易于推广应用。
附图说明
图1为本实用新型反应器的结构示意图；
图中：1-曝气池；2-固定支架；3-筛网；4-曝气泵；5-曝气软管；6-进料槽；7-排水口；8-进料口；9-蠕动泵；10-流量计；11-载体。
具体实施方式
实施例1：本实用新型丝状微生物培养装置包括曝气池1、固定支架2、筛网3、曝气泵4、曝气软管5、进料槽6，固定支架2设置在曝气池1中，5层的筛网3安装在固定支架2上，曝气泵4通过流量计10与曝气软管5连通，曝气软管5分别设置在每层筛网3下方，便于实施从下向上逐步递减曝气量，轻易实现对丝状微生物的生长控制；进料槽6通过蠕动泵9与曝气池上端的进料口8连通，曝气池底部设置有排水口7，筛网3上放置有丝状微生物培养的载体11，其中载体为中空管状粘扣带载体，载体两端开口，开口端用有支撑度的塑料管支撑，塑料管口用棉花封口；粘扣带载体由带小勾的粘扣带织物和带绒圈的粘扣带织物制成。
采用上述装置对黄孢原毛平革菌（p. chrysosporium）进行培养：
（1）挂膜培养
挂膜是在250 mL的三角瓶中完成，在32瓶250 mL的三角瓶中分别加入100 mL Bonnarme培养液（Bonnarme P, Jeffries TW (1990) Mn(II) regulation of lignin peroxidases and Manganese-dependent peroxidases from lignin-degrading white rot fungi. Appl. Environ. Microbiol. 56: 210–217），并分别投加载体4个，在121℃条件下，灭菌30 min；然后接种黄孢原毛平革菌（p. chrysosporium）孢子，每毫升接种104 个孢子，然后置于37℃，160 rpm的摇床上培养2天；将生长菌丝的载体取出，接着用去离子水清洗，然后测其附着生长的菌丝的生物量，平均生物量（湿重）为6.20 g。
（2）黄孢原毛平革菌（p. chrysosporium）的连续培养试验
将125个具有固定化黄孢原毛平革菌的载体11平均分配到筛网3上，每层25个载体；将筛网固定在固定支架2上后放入曝气池1中，通过蠕动泵9将进料槽6中的4升Bonnarme培养液通过进料口8加入曝气槽1中，采用水力停留时间约3天，连续运行，进样流速1 mL/min；试验中曝气泵4将空气泵入并分流，分流的空气分别由流量计10进行控制并分别与固定在筛网下的曝气软管5相连，每层的曝气量由池底向上递减，依次为300 mL/min、250 mL/min、200 mL/min、150 mL/min、100 mL/min。在连续3天的运行后，每个载体上的生物量平均生物量为16.38 g，与接种前的生物量相比，增加近164%；进一步连续运行21天，每个载体上的生物量平均生物量为15.48 g。
实施例2：本实施例装置结构同实施例1，不同在于载体一端开口，开口端用有支撑度的有机玻璃管支撑，有机玻璃管口用棉布封口；粘扣带载体由带小勾的粘扣带织物制成。
黄孢原毛平革菌（p.chrysosporium）合成锰过氧化物酶的试验
按照实施例1的方法进行固定化培养黄孢原毛平革菌（p.chrysosporium）的培养，两天后，将125个具有固定化黄孢原毛平革菌的载体11平均分配到5层筛网上，每层25个载体，将筛网固定在固定支架2上后放入曝气池1中，有效体积4 L，采用水力停留时间约3天，连续运行，进样流速1 mL/min。采用进水的培养基参见（Zhou Cheng, Wen Xiang-hua, Ning ping. Continuous acid blue 45 decolorization by using a novel open fungal reactor system with ozone as the bactericide. Biochemical Engineering Journal, 2013, 79: 246-252.）。试验中每层的曝气量由池底向上递减，依次为300 mL/min、250 mL/min、200 mL/min、150 mL/min、100 mL/min。在连续15天的运行中，锰过氧化物酶在第2天开始出现酶活，且最高酶活可达35U/L；平均的锰过氧化物酶活为14 U/L。
实施例3：本实施例装置结构同实施例1，不同在于载体一端开口，开口端用有支撑度的不锈钢管支撑，不锈钢管口用胶塞封口；粘扣带载体由带绒圈的粘扣带织物制成。
通过采用本实施例装置对垃圾渗滤液进行脱色降解：
按照实施例1的方法进行固定化培养黄孢原毛平革菌（p.chrysosporium）的培养，两天后，将125个具有固定化黄孢原毛平革菌的载体11平均分配到5层筛网3上，每层25个载体，将筛网3固定在固定支架2上后放入曝气池1中，然后将4升的垃圾渗滤液通过蠕动泵9从进料槽6加入曝气槽1中。试验中每层的曝气量由池底向上递减，依次为300 mL/min、250 mL/min、200 mL/min、150 mL/min、100 mL/min。采用序批式的运行方式运行，经过2天的降解，垃圾渗滤液脱色64%；经过3天的降解，垃圾渗滤液脱色84%。连续运行5次，平均的垃圾渗滤液脱色73.4%。
Claims (4)
1.一种适用于丝状微生物培养的反应器，其特征在于：包括曝气池（1）、固定支架（2）、筛网（3）、曝气泵（4）、曝气软管（5）、进料槽（6），固定支架（2）设置在曝气池（1）中，一层以上的筛网（3）安装在固定支架（2）上，曝气泵（4）通过流量计（10）与曝气软管（5）连通，曝气软管（5）分别设置在每层筛网（3）下方；进料槽（6）通过蠕动泵（9）与曝气池上端的进料口（8）连通，曝气池底部设置有排水口（7），筛网（3）上放置有丝状微生物培养的载体（11）。
2.根据权利要求1所述的适用于丝状微生物培养的反应器，其特征在于：载体为中空管状粘扣带载体，载体一端开口或两端开口，开口端用有支撑度的管状材料支撑，有支撑度的管状材料的口用通透性材料封口。
3.根据权利要求2所述的适用于丝状微生物培养的反应器，其特征在于：有支撑度的管状材料为有机玻璃管、不锈钢管或塑料管。
4.根据权利要求2所述的适用于丝状微生物培养的反应器，其特征在于：通透性材料为棉花、棉布、胶塞或高分子有机滤膜。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141001 Termination date: 20150515 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |