一種氣泡導(dǎo)向組件、高密度微生物培養(yǎng)裝置及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氣泡導(dǎo)向組件，包括至少兩個(gè)沿水平方向排列的曲折導(dǎo)向構(gòu)件；曲折導(dǎo)向構(gòu)件包括至少兩個(gè)在豎直方向依次上下相連的導(dǎo)向板，導(dǎo)向板相對(duì)水平面傾斜設(shè)置，并且同一曲折導(dǎo)向構(gòu)件中任意相鄰的導(dǎo)向板相對(duì)水平面的傾斜方向相反，任意相鄰的曲折導(dǎo)向構(gòu)件之間形成曲折上升的通道，曲折導(dǎo)向構(gòu)件的任一導(dǎo)向板與相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件的最靠近的導(dǎo)向板在水平面的投影部分重疊。本發(fā)明的氣泡導(dǎo)向組件極大地增加了單位體積內(nèi)氣泡導(dǎo)向的面積并且實(shí)現(xiàn)了模塊化組裝、適應(yīng)性強(qiáng)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的高密度微生物培養(yǎng)裝置及其在廢氣處理和微藻培養(yǎng)中的應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種氣泡導(dǎo)向組件、高密度微生物培養(yǎng)裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微生物培養(yǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種氣泡導(dǎo)向組件、高密度微生物培養(yǎng)裝置以及該裝置在微生物培養(yǎng)和廢氣處理中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代空氣污染的主要原因是由燒煤燒油燒氣的工業(yè)操作產(chǎn)生的工業(yè)廢氣和多種燒油的運(yùn)輸工具放出的尾氣的過(guò)量排放，其主要成分包括有害的二氧化碳，氧化氮，氧化硫和一氧化碳及無(wú)害的氮?dú)夂退魵狻４髿鈱又杏羞^(guò)量的二氧化碳會(huì)造成溫室效應(yīng)，并可使海水變酸，是造成世界環(huán)境惡化的主要原因。氧化氮和氧化硫雖不會(huì)造成溫室效應(yīng)，但這些氣體遇水后可以變成酸，酸雨就是這些氣體遇水后變成酸形成的。酸雨降到地表，可導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)流失，使土壤貧瘠化，并可引起地表水源酸化使水生生物減少甚至絕跡，破壞生態(tài)環(huán)境。酸雨懸在空中還是形成霾的一種原因，可造成嚴(yán)重的空氣污染。目前還沒(méi)有成熟的廢氣處理技術(shù)可以控制二氧化碳的排放。對(duì)于其處理技術(shù)的發(fā)展方向也還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。海底埋藏和藻類固碳就是兩種有代表性的研究熱點(diǎn)。海底埋藏技術(shù)要求高，投資量大。相比之下，藻類固碳有更廣泛的基礎(chǔ)，許多國(guó)家都在進(jìn)行藻類固碳的嘗試，方法不同，結(jié)果各異，但至今還沒(méi)有突破。
[0003]微生物環(huán)保系統(tǒng)是用微生物的生長(zhǎng)取代化學(xué)反應(yīng)，并讓微生物有效地利用所提供的人造環(huán)境進(jìn)行生長(zhǎng)。廢氣中的氧化硫、氧化氮和二氧化碳都可自然溶于水為微生物生長(zhǎng)所用，微生物環(huán)保系統(tǒng)既用于氣體的吸收又進(jìn)行微生物培養(yǎng)。微生物環(huán)保系統(tǒng)的中心是生物固碳，選用的微生物多數(shù)是各種微藻，養(yǎng)植方法可分為開(kāi)放式和封閉式。開(kāi)放式養(yǎng)植主要是用賽道和池塘，其優(yōu)點(diǎn)是建設(shè)和使用費(fèi)用低、便于工業(yè)化、易清洗；其缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低，易被污染，占地大，耗水多。封閉式系統(tǒng)主要是各種光反應(yīng)器，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、不易被污染、占地小、耗水少；其缺點(diǎn)是建設(shè)和使用費(fèi)用高、不易清洗、大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用較為困難。作為研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)之一，工業(yè)界`一直在找一種既能用于工業(yè)化生產(chǎn)，又有高效率的培養(yǎng)裝置，但多年來(lái)一直沒(méi)有新突破?，F(xiàn)有的微藻的培養(yǎng)系統(tǒng)都不能滿足固碳的需要，也達(dá)不到微藻工業(yè)化生產(chǎn)的目的。
[0004]在微生物培養(yǎng)過(guò)程中，通常需要將氣態(tài)營(yíng)養(yǎng)物以氣泡的方式傳遞到微生物的培養(yǎng)液里，尤其是光合微生物如藻類，需要在存在太陽(yáng)輻射和例如二氧化碳等富含碳的氣體的情況下、在適當(dāng)營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)介質(zhì)中生長(zhǎng)并進(jìn)行光合作用，因而增加氣態(tài)營(yíng)養(yǎng)物在微生物培養(yǎng)液里的供應(yīng)有利于微生物的生長(zhǎng)。目前，增加氣態(tài)營(yíng)養(yǎng)物供應(yīng)的方法有三種:第一是增加氣體的傳輸率，把更多的氣體在一定時(shí)間內(nèi)壓入微生物培養(yǎng)環(huán)境中；第二是減小氣泡的直徑，使氣泡可以溶解在培養(yǎng)液中；第三是增加培養(yǎng)器內(nèi)氣泡經(jīng)歷的微生物培養(yǎng)液的高度。這三種方法的缺點(diǎn)是:①都會(huì)增加微生物培養(yǎng)過(guò)程的能量消耗，從而增加生產(chǎn)成本不能把微生物培養(yǎng)器的模式放大到工業(yè)化生產(chǎn)的規(guī)模；③不能使用只裝少量微生物培養(yǎng)液的微生物培養(yǎng)器進(jìn)行培養(yǎng)，限制了微生物培養(yǎng)器的應(yīng)用；@對(duì)于微藻培養(yǎng)，現(xiàn)有技術(shù)只能把二氧化碳?xì)怏w與光能同時(shí)提供給一小部分微藻細(xì)胞進(jìn)行光合作用，降低了培養(yǎng)效率。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，提供一種能耗低、效率高、可以模塊化組裝的氣泡導(dǎo)向組件及其高密度微生培養(yǎng)裝置和應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種氣泡導(dǎo)向組件，包括至少兩個(gè)沿水平方向排列的曲折導(dǎo)向構(gòu)件；所述曲折導(dǎo)向構(gòu)件包括至少兩個(gè)在豎直方向依次上下相連的導(dǎo)向板，所述導(dǎo)向板相對(duì)水平面傾斜設(shè)置，并且同一曲折導(dǎo)向構(gòu)件中任意相鄰的導(dǎo)向板相對(duì)水平面的傾斜方向相反，任意相鄰的曲折導(dǎo)向構(gòu)件之間形成曲折上升的通道；所述曲折導(dǎo)向構(gòu)件的任一導(dǎo)向板與相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件的最靠近的導(dǎo)向板在水平面的投影部分重疊。[0007]所述氣泡導(dǎo)向組件還包括用于固定所述曲折導(dǎo)向構(gòu)件的固定件。
[0008]本發(fā)明的氣泡導(dǎo)向組件極大地增加了單位體積內(nèi)氣泡導(dǎo)向的面積，并且實(shí)現(xiàn)了模塊化，可以根據(jù)需要方便地進(jìn)行組裝，可以應(yīng)用于微生物的規(guī)模化培養(yǎng)。
[0009]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述導(dǎo)向板為平面板或弧形板或波浪形板。所述導(dǎo)向板為平面板時(shí)，其與水平面的夾角為優(yōu)選為10~30°。
[0010]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，相鄰所述曲折導(dǎo)向構(gòu)件的間隔為15-50mm。
[0011]本發(fā)明還提供了一種高密度微生物培養(yǎng)裝置，所述高密度微生物培養(yǎng)裝置包括容器、氣泡發(fā)生裝置、至少一個(gè)所述的氣泡導(dǎo)向組件，所述氣泡發(fā)生裝置和氣泡導(dǎo)向組件設(shè)置在所述容器中，所述氣泡發(fā)生裝置設(shè)置在氣泡導(dǎo)向組件的底部。
[0012]進(jìn)一步地，所述氣泡導(dǎo)向組件與所述容器的內(nèi)壁之間留有供培養(yǎng)液流動(dòng)的間隙。所述曲折導(dǎo)向構(gòu)件上或者容器的內(nèi)壁上還可設(shè)置光源，例如LED燈。
[0013]本發(fā)明還提供了所述高密度微生物培養(yǎng)裝置在廢氣處理中的應(yīng)用，所述廢氣處理的方法包括:在高密度微生物培養(yǎng)裝置的容器中加入培養(yǎng)液并引入包括以二氧化碳作為碳源的微生物、能夠代謝氧化硫的微生物、能夠代謝氧化氮的微生物中的致少一種微生物進(jìn)行培養(yǎng)，并將所述廢氣導(dǎo)入所述氣泡發(fā)生裝置在所述培養(yǎng)液中形成氣泡，氣泡自所述氣泡導(dǎo)向組件的底部進(jìn)入所述通道并沿導(dǎo)向板的下表面爬升，為微生物提供氣體營(yíng)養(yǎng)。
[0014]本發(fā)明還提供了所述高密度微生物培養(yǎng)裝置在微藻培養(yǎng)中的應(yīng)用，包括在高密度微生物培養(yǎng)裝置的容器中加入培養(yǎng)液并引入微藻進(jìn)行培養(yǎng)，并將含二氧化碳的氣體導(dǎo)入所述氣泡發(fā)生裝置在所述培養(yǎng)液中形成氣泡，氣泡自所述氣泡導(dǎo)向組件的底部進(jìn)入所述通道并沿導(dǎo)向板的下表面爬升，為微生物提供氣體營(yíng)養(yǎng)，培養(yǎng)過(guò)程中設(shè)置的光源為微藻提供光倉(cāng)泛。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]本發(fā)明提供的特殊結(jié)構(gòu)的氣泡導(dǎo)向組件，極大地提高氣泡導(dǎo)向的面積，實(shí)現(xiàn)了模塊化組裝。本發(fā)明的高密度微生物培養(yǎng)裝置，氣泡導(dǎo)向組件中的導(dǎo)向板為微生物培養(yǎng)過(guò)程所需的攜帶營(yíng)養(yǎng)氣體的氣泡提供曲折向上的行進(jìn)路徑，使氣泡在沿導(dǎo)向板下表面上行的過(guò)程中，垂直上升速度減慢而增加了水平方向的運(yùn)動(dòng)，成倍地增加了單位體積內(nèi)氣泡與微生物培養(yǎng)液的接觸面積及延長(zhǎng)了氣液接觸時(shí)間，使微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)氣體能夠充分地從氣相傳遞到微生物培養(yǎng)液中供微生物生長(zhǎng)使用，極大提高微生物培養(yǎng)過(guò)程中的物質(zhì)及能量利用效率，從而提高了培養(yǎng)效率和降低了培養(yǎng)成本，同時(shí)氣泡的曲折向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程增加了氣液攪動(dòng)頻率，帶動(dòng)了微生物培養(yǎng)液的運(yùn)動(dòng)，把微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物均勻地傳送到整個(gè)微生物培養(yǎng)液中，利于提高微生物的培養(yǎng)效率，且氣泡導(dǎo)向組件的設(shè)計(jì)和組裝方式靈活，可實(shí)現(xiàn)模塊化，適應(yīng)性強(qiáng)。將該高密度微生物培養(yǎng)裝置應(yīng)用于廢氣處理和微藻培養(yǎng)，生產(chǎn)能力可達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的水平。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是曲折導(dǎo)向構(gòu)件的導(dǎo)向板為多個(gè)時(shí)氣泡導(dǎo)向組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是導(dǎo)向板為方形平板時(shí)氣泡導(dǎo)向組件的裝配件的分解示意圖；
[0019]圖3是導(dǎo)向板為方形平板時(shí)氣泡導(dǎo)向組件的裝配件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是曲折導(dǎo)向構(gòu)件的導(dǎo)向板為兩個(gè)平板時(shí)氣泡導(dǎo)向組件的分解示意圖；
[0021]圖5是曲折導(dǎo)向構(gòu)件的導(dǎo)向板為兩個(gè)平板時(shí)的氣泡導(dǎo)向組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6是導(dǎo)向板為弧形板時(shí)氣泡導(dǎo)向組件的裝配件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖7是曲折導(dǎo)向構(gòu)件的導(dǎo)向板為兩個(gè)弧形板時(shí)的氣泡導(dǎo)向組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖8是采用另一種裝配方式的氣泡導(dǎo)向組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖9是圖8的局部放大圖A ;
[0026]圖10是圖8的氣泡導(dǎo)向組件中曲折導(dǎo)向構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖11是本發(fā)明實(shí)施例的高密度微生物培養(yǎng)裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖12是本發(fā)明實(shí)施例的高密度微生物培養(yǎng)裝置結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0029]圖13為本發(fā)明實(shí)施例的高密度微生物培養(yǎng)裝置的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]圖1~圖5給出方便導(dǎo)向板的批量制作及氣泡導(dǎo)向組件的裝配的一種優(yōu)選實(shí)施方式。如圖1所示，為氣泡導(dǎo)向組件的結(jié)構(gòu)示意圖，氣泡導(dǎo)向組件I包括多個(gè)沿水平方向等間距排列的曲折導(dǎo)向構(gòu)件10，曲折導(dǎo)向構(gòu)件10包括多塊在豎直方向依次上下接觸相連的導(dǎo)向板101，導(dǎo)向板101相對(duì)水平面傾斜設(shè)置，同一曲折導(dǎo)向構(gòu)件10中任意相鄰的導(dǎo)向板101相對(duì)水平面的傾斜方向相反，任意相鄰的曲折導(dǎo)向構(gòu)件10之間形成曲折上升的通道，且曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的任一導(dǎo)向板101與相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的最靠近的導(dǎo)向板101在水平面的投影部分重疊，氣泡自氣泡導(dǎo)向組件的底部進(jìn)入通道并沿導(dǎo)向板101的下表面爬升。
[0032] 圖1中，氣泡導(dǎo)向組件I的裝配方法是將多個(gè)水平方向上平行等間距設(shè)置的導(dǎo)向板101固定后得到裝配件，然后在豎直方向疊加得到氣泡導(dǎo)向組件1，具體將裝配件翻轉(zhuǎn)180°，得到另一個(gè)裝配件，將翻轉(zhuǎn)前后的裝配件疊加，使導(dǎo)向板101相接觸且相對(duì)水平面傾斜方向相反，得到氣泡導(dǎo)向組件1，疊加后可進(jìn)一步固定，防止導(dǎo)向板移動(dòng)。
[0033]如圖2所示，為導(dǎo)向板為方形平板時(shí)，氣泡導(dǎo)向組件的裝配件的分解示意圖。裝配件包括導(dǎo)向板101和固定件，固定件包括具有與水平方向成銳角的斜向插槽1110的橫條111和楔形承臺(tái)112，可進(jìn)一步包括緊固件113，楔形承臺(tái)112上具有與橫條111尺寸對(duì)應(yīng)的凹槽1120，楔形承臺(tái)112的厚度與導(dǎo)向板101的豎直高度相同，其與導(dǎo)向板101靠近的面與導(dǎo)向板101平行。
[0034]圖3是導(dǎo)向板為方形平板時(shí)，氣泡導(dǎo)向組件的裝配件的結(jié)構(gòu)示意圖，在多個(gè)水平方向上等間距設(shè)置的導(dǎo)向板101的前方和后方分別用橫條111固定導(dǎo)向板101，在最末兩端的導(dǎo)向板101的相鄰位置設(shè)置楔形承臺(tái)112，使楔形承臺(tái)112的斜面與末端的導(dǎo)向板101間形成通道，將橫條111兩端分別插入楔形承臺(tái)112上的1120中，經(jīng)過(guò)緊固件113如螺絲固定，得到裝配件。
[0035]圖4是曲折導(dǎo)向構(gòu)件的導(dǎo)向板為兩個(gè)平板時(shí)，氣泡導(dǎo)向組件的分解示意圖，圖5為相應(yīng)氣泡導(dǎo)向組件的結(jié)構(gòu)示意圖。該氣泡導(dǎo)向組件由兩個(gè)裝配件疊加得到，裝配件的分解示意圖及結(jié)構(gòu)示意圖參見(jiàn)圖2、圖3，將一個(gè)裝配件翻轉(zhuǎn)180°疊加在另一個(gè)裝配件上得到圖5中的氣泡導(dǎo)向組件I。圖1中的氣泡導(dǎo)向組件可由多個(gè)圖5中的氣泡導(dǎo)向組件疊加組裝得到。
[0036]如圖5所示的氣泡導(dǎo)向組件I中，曲折導(dǎo)向構(gòu)件10由兩個(gè)導(dǎo)向板101組成，相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件10中，任意相鄰的曲折導(dǎo)向構(gòu)件10之間形成曲折上升的通道2，曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的任一導(dǎo)向板IOla與相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的最靠近的導(dǎo)向板IOlb及導(dǎo)向板IOlc在水平面的投影均部分重疊。曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的導(dǎo)向板IOld與相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的最靠近的導(dǎo)向板IOle及導(dǎo)向板IOlf在水平面的投影也部分重疊。氣泡3在通道2中，沿導(dǎo)向板IOld下表面爬升至末端后豎直上行，到達(dá)相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件10中位置稍在上方的導(dǎo)向板IOlb下表面，并沿該下表面繼續(xù)向上爬升，從而交替沿相鄰兩個(gè)曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的導(dǎo)向板101下表面曲折向上爬升。
[0037]圖6是導(dǎo)向板為弧形板時(shí)，氣泡導(dǎo)向組件的裝配件的結(jié)構(gòu)示意圖，裝配件中包含導(dǎo)向板101和固定件，固定件的結(jié)構(gòu)及裝配件的裝配方式參照?qǐng)D2及圖3，導(dǎo)向板101采用弧形板可以進(jìn)一步延長(zhǎng)氣泡的上行路徑長(zhǎng)度。
[0038]圖7是導(dǎo)向板為弧形板時(shí)，氣泡導(dǎo)向組件的結(jié)構(gòu)示意圖，將圖6中的裝配件翻轉(zhuǎn)180°后與未翻轉(zhuǎn)的裝配件疊加，使導(dǎo)向板101相接觸，得到氣泡導(dǎo)向組件1，包括曲折導(dǎo)向構(gòu)件10及曲折上升的通道2，氣泡交替沿相鄰兩個(gè)曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的導(dǎo)向板101下表面曲折向上爬升。
`[0039]圖1、圖5及圖7的氣泡導(dǎo)向組件I中，曲折導(dǎo)向構(gòu)件10上的導(dǎo)向板101采用接觸的連接方式，即導(dǎo)向板101獨(dú)立可拆分，從而可采用將導(dǎo)向板101沿水平方向排列設(shè)置并固定后疊加的裝配方式，實(shí)現(xiàn)模塊化組裝，組裝方式靈活、方便。同時(shí)，導(dǎo)向板101在水平方向上等間距排列，相互平行，在提高單位體積內(nèi)導(dǎo)向板101的密集程度及氣液接觸面積的同時(shí)，相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件上靠近的導(dǎo)向板間距越小，在水平面上的投影重疊部分面積越大，氣泡在導(dǎo)向板下表面上的上行路徑越長(zhǎng)，氣液接觸面積也越大。
[0040]圖8是采用另一種裝配方式的氣泡導(dǎo)向組件結(jié)構(gòu)示意圖，圖9是圖8的局部放大圖A。該氣泡導(dǎo)向組件I中，導(dǎo)向板101相對(duì)水平面傾斜設(shè)置，多個(gè)導(dǎo)向板101在豎直方向上采用依次相連為一體的方式形成曲折導(dǎo)向構(gòu)件10，同一曲折導(dǎo)向構(gòu)件10中任意相鄰的導(dǎo)向板101相對(duì)水平面的傾斜方向相反，在水平方向上等間距設(shè)置多個(gè)曲折導(dǎo)向構(gòu)件10，經(jīng)固定件固定即可。
[0041]固定件包括設(shè)置在曲折導(dǎo)向構(gòu)件10兩端的卡條114及具有與卡條114緊配合的卡槽1150的橫條115，多個(gè)曲折導(dǎo)向構(gòu)件10由橫條115固定，得到氣泡導(dǎo)向組件I。
[0042]圖10是圖8的氣泡導(dǎo)向組件I中曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中示出了相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的位置關(guān)系，即任意相鄰的曲折導(dǎo)向構(gòu)件10之間形成曲折上升的通道，曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的任一導(dǎo)向板101與相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的最靠近的導(dǎo)向板101在水平面的投影部分重疊，使氣泡交替沿相鄰兩個(gè)曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的導(dǎo)向板101下表面曲折向上爬升，同時(shí)氣泡導(dǎo)向構(gòu)件10上下端分別設(shè)置有卡條114，方便固定。
[0043]圖8中的氣泡導(dǎo)向組件I采用先將導(dǎo)向板101依次固定連接為一體或?qū)⒍鄠€(gè)導(dǎo)向板101整體一次成型的加工方式即導(dǎo)向板自成一整體，得到曲折導(dǎo)向構(gòu)件10后，再將多個(gè)曲折導(dǎo)向構(gòu)件10組合固定的裝配方式，方便曲折導(dǎo)向構(gòu)件10的制作，且組裝方式靈活。同時(shí)，導(dǎo)向板101在水平方向上間距相等，相互平行，可提高單位體積內(nèi)導(dǎo)向板101的密集程度及氣液接觸面積，且相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件間距越小，導(dǎo)向板在水平面上的投影重疊部分面積越大，氣泡在導(dǎo)向板下表面上的上行路徑越長(zhǎng),氣液接觸面積也越大。
[0044]圖5及圖8的氣 泡導(dǎo)向組件中通過(guò)固定件將導(dǎo)向板及曲折導(dǎo)向構(gòu)件固定，固定件及固定方式多種多樣，將導(dǎo)向板及曲折導(dǎo)向構(gòu)件固定，不影響氣泡曲折上行的行進(jìn)路徑以及培養(yǎng)液的流動(dòng)即可。
[0045]氣泡導(dǎo)向組件中的導(dǎo)向板為氣泡不能穿透的薄板，材質(zhì)為塑料、金屬或玻璃或其它不溶于培養(yǎng)液的物質(zhì)，當(dāng)微生物培養(yǎng)過(guò)程中需要光照時(shí)，宜為透光板。同時(shí)，氣泡在培養(yǎng)液中受到豎直向上的力或氣泡行進(jìn)速度較快，沖量較大時(shí)，均可推動(dòng)氣泡沿導(dǎo)向板運(yùn)動(dòng)。因而導(dǎo)向板的具體形狀及相對(duì)水平面的傾斜角度均不受嚴(yán)格限制，氣泡能夠上行而不因受阻礙導(dǎo)致完全停留即可，具體如波浪形、弧形或平面等及幾種形狀的混合均是可行的，采用表面為曲面的導(dǎo)向板如弧形板或波浪形板，可以進(jìn)一步增加氣泡行進(jìn)路徑長(zhǎng)度，導(dǎo)向板為平面板時(shí)，其與水平面的夾角優(yōu)選為10~30°，更優(yōu)選為20°。
[0046]需要指出，氣泡向上爬升時(shí)，導(dǎo)向板相對(duì)水平面傾斜程度小，氣泡的運(yùn)動(dòng)速率慢，氣液攪動(dòng)程度低，但氣液接觸時(shí)間長(zhǎng)，氣泡運(yùn)行的路徑長(zhǎng)度或氣液接觸面積較大，而傾斜程度較大時(shí)，氣泡的運(yùn)動(dòng)速率較快，氣液攪動(dòng)程度大，而氣液接觸時(shí)間短，氣泡運(yùn)行的總路徑或氣液接觸面積較小。
[0047]微生物培養(yǎng)的具體操作還可包括培養(yǎng)基制備及對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行的常規(guī)滅菌等預(yù)處理，以及培養(yǎng)完成后的分離提純等操作。
[0048]下面提供一個(gè)微生物培養(yǎng)的具體實(shí)施例，該微生物培養(yǎng)方法包括以下步驟:
[0049]待培養(yǎng)微生物為微藻Synechococcussp.MA19,培養(yǎng)基BGll的配制方法為:將硝酸鈉 1.5g，磷酸氫二鉀 0.04g,硫酸鎂(MgSO4.7H20) 0.075g,氯化鈣(CaCl2.2H20) 0.036g,檸檬酸0.006g,檸檬酸鐵銨0.006g, EDTA0.0Olg,碳酸鈉0.02g,微量金屬溶液1.0ml，混合溶解于IL蒸餾水中，調(diào)節(jié)pH為7.1，滅菌后放入冰箱待用。其中微量金屬溶液的配置方法為:將硼酸2.86g，氯化錳(MnCl2.4H20) 1.81g，硫酸鋅(ZnSO4.7H20) 0.222g，鑰酸鈉(NaMoO4.2H20) 0.39g，硫酸銅(CuSO4.5H20) 0.079g，硝酸鈷(Co (NO3) 2.6H20) 49.4mg，加入
1.0L蒸餾水中溶解即得。
[0050]將微藻引入培養(yǎng)器的培養(yǎng)液的過(guò)程首先進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，預(yù)培養(yǎng)包括以下步驟:
[0051]SO1、在錐形瓶中將IOml微藻液與30ml培養(yǎng)基BGll混合，在25°C、LED燈光照射及連續(xù)通入氣體的條件下培養(yǎng)24h，得到微藻培養(yǎng)液1，為略有渾濁的綠色液體；
[0052]S02、3天后，將35ml微藻培養(yǎng)液I與165ml培養(yǎng)基BGll混合，繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)條件同S01，得到微藻培養(yǎng)液2 ；
[0053]S03、3天后，將S02得到的200ml微藻培養(yǎng)液3分為三等份分裝在錐形瓶中，分別加入培養(yǎng)基BGll至200ml，繼續(xù)培養(yǎng)，條件與SOl相同，至微藻培養(yǎng)液變混濁，得到微藻培養(yǎng)液3 ；
[0054]S04、l天后，將三個(gè)錐形瓶中的微藻培養(yǎng)液3合并到一個(gè)錐形瓶中，加入培養(yǎng)基BGll至2L，繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)條件同S01，得到綠色渾濁的微藻預(yù)培養(yǎng)液。
[0055]將預(yù)培養(yǎng)得到的微藻預(yù)培養(yǎng)液加入高密度微生物培養(yǎng)裝置的容器中，再加入18L培養(yǎng)基BGlI，開(kāi)啟高密度微生物培養(yǎng)裝置中的LED燈，同時(shí)連續(xù)通入氣體，進(jìn)行培養(yǎng)。
[0056]微藻的預(yù)培養(yǎng)及培養(yǎng)過(guò)程中的氣體為含有二氧化碳15% (體積分?jǐn)?shù))，IOOppm 二氧化氮，250ppm 二氧化硫的空氣，培養(yǎng)過(guò)程中進(jìn)氣量為每分鐘I立方米。
[0057]本發(fā)明的微生物培養(yǎng)方法還可用于培養(yǎng)細(xì)菌，待培養(yǎng)細(xì)菌為E.coli時(shí)，培養(yǎng)基LB的配制方法為:將胰蛋白胨(tryptone) IOg,酵母提取物(yeastextract) 5g,氯化鈉(NaCl) IOg,瓊脂粉15-20g，加入1000mL雙蒸水中溶解，用5mol/LNa0H溶液約0.2ml調(diào)pH至7.2即得，121°C滅菌30min后待用。將待培養(yǎng)細(xì)菌E.coli引入培養(yǎng)容器中的培養(yǎng)基LB中，通入氣體后進(jìn)行培養(yǎng)。
[0058]圖11為高密度微生物培養(yǎng)裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖12為高密度微生物培養(yǎng)裝置的結(jié)構(gòu)分解示意圖，圖13為高密度微生物培養(yǎng)裝置的立體圖，高密度微生物培養(yǎng)裝置包括容器和設(shè)置在容器中的氣泡導(dǎo)向組件1、氣泡發(fā)生裝置6，還包括氣體導(dǎo)入裝置。
[0059]容器具體為培養(yǎng)箱，包括箱體41，箱蓋42和出氣孔43，箱體41底面約為lXlm2，高約lm，培養(yǎng)箱中的培養(yǎng)液液面高于氣泡導(dǎo)向組件I，箱體41和箱蓋42分別由塑料或金屬或玻璃或其它材料制成，無(wú)特殊限制。
[0060]氣體導(dǎo)入裝置包括配氣器51和進(jìn)氣管道52，氣體經(jīng)進(jìn)氣管道52導(dǎo)入容器底部的氣室后，經(jīng)過(guò)氣泡發(fā)生裝置6在培養(yǎng)液中產(chǎn)生直徑較小的氣泡，由氣泡導(dǎo)向組件I的底部進(jìn)入，與含待培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)液發(fā)生物質(zhì)交換后的氣泡3溢出培養(yǎng)液后由出氣孔43排出。氣泡發(fā)生裝置6為微孔板，在氣室與氣泡發(fā)生裝置之間設(shè)置密封用的墊圈7。氣泡發(fā)發(fā)生裝置也可以是微孔管或微孔曝氣器或其他可以將氣體在培養(yǎng)液中形成微小氣泡的裝置。
[0061]氣泡導(dǎo)向組件I的結(jié)構(gòu)及裝配方式參見(jiàn)圖1~圖5，包括曲折導(dǎo)向構(gòu)件和固定件，將相同尺寸的導(dǎo)向板沿水平方向等間距排列設(shè)置并固定，得到裝配件，將翻轉(zhuǎn)180°后的裝配件與未旋轉(zhuǎn)的裝配件疊加，使曲折導(dǎo)向構(gòu)件上的導(dǎo)向板接觸相連，得到多個(gè)曲折導(dǎo)向構(gòu)件組成的氣泡導(dǎo)向組件。具體的，導(dǎo)向板為長(zhǎng)I米，寬10.6cm,厚Imm的方形透明平板，與水平面的夾角為20度，28個(gè)(圖中只示出了一部分)在豎直方向依次上下相接觸連接的導(dǎo)向板構(gòu)成曲折導(dǎo)向構(gòu)件，在水平方向上等間距(20mm)排列45個(gè)(圖中只示出了一部分)曲折導(dǎo)向構(gòu)件，固定后得到氣泡導(dǎo)向組件，氣泡交替沿相鄰兩個(gè)曲折導(dǎo)向構(gòu)件的導(dǎo)向板下表面曲折向上爬升，直至逸出含待培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)液。
[0062]氣泡導(dǎo)向組件I設(shè)置于箱體41中后，在氣泡導(dǎo)向組件I與箱體41的內(nèi)壁之間留有空隙8，供受到氣泡攪動(dòng)的含待培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)液流動(dòng)，促進(jìn)培養(yǎng)體系中的物質(zhì)平衡分布，提高培養(yǎng)效率，具體在培養(yǎng)過(guò)程中，氣泡在氣泡導(dǎo)向組件I的通道中沿曲折向上的路徑行進(jìn)的同時(shí)，含待培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)液也隨之向上運(yùn)動(dòng)，然后在隨氣泡行出氣泡導(dǎo)向組件I后沿箱體41與氣泡導(dǎo)向組件I之間的空隙8回流至箱體41底部。
[0063]該培養(yǎng)箱中，在氣泡導(dǎo)向組件I的導(dǎo)向板上安裝LED燈，將光投射到氣泡周圍，使待培養(yǎng)微生物可同時(shí)獲得進(jìn)行光合作用必需的二氧化碳和光能，使待培養(yǎng)微生物能夠有效地進(jìn)行光合作用及快速地生長(zhǎng)。[0064]在本實(shí)施例的氣泡導(dǎo)向組件I中，氣泡在含待培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)液中的行進(jìn)路徑長(zhǎng)度為2.99m,相對(duì)豎直行進(jìn)距離(Im)提高近200%，氣泡3與含微藻的培養(yǎng)液的接觸面積為134m2，比其直接在豎直方向行進(jìn)時(shí)的面積Im2增加134倍，顯著提高了單位體積內(nèi)的氣液接觸面積，促進(jìn)氣液物質(zhì)交換及微生物的培養(yǎng)過(guò)程。同時(shí)，氣泡在曲折向上行進(jìn)的過(guò)程中帶動(dòng)含微藻的培養(yǎng)液流動(dòng)，提高氣液攪動(dòng)頻率，促進(jìn)物質(zhì)平衡，提高微生物培養(yǎng)效率。隨著待培養(yǎng)微生物的不斷分裂生長(zhǎng)，培養(yǎng)液的透光性急劇降低，微生物主要只在能接收到光的區(qū)域有效生長(zhǎng)，這種裝置的優(yōu)越性就充分體現(xiàn)出來(lái)。
[0065]在微藻培養(yǎng)過(guò)程中，通過(guò)觀察綠色變化并檢測(cè)培養(yǎng)液光密度變化來(lái)衡量微藻的生長(zhǎng)情況，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用該裝置進(jìn)行微藻培養(yǎng)，每分鐘可處理297克二氧化碳，0.26克二氧化氮，0.66克二氧化硫，并生產(chǎn)162克微藻生物質(zhì)，培養(yǎng)效率顯著提高。
[0066]將這種高密度微生物培養(yǎng)裝置應(yīng)用于廢氣處理時(shí)，需要在培養(yǎng)液中引入相應(yīng)的微生物，如處理二氧化碳則引入以二氧化碳作為碳源的微生物、處理氧化硫則引入能夠代謝氧化硫的微生物、處理氧化氮?jiǎng)t引入能夠代謝氧化氮的微生物中，處理時(shí)將廢氣導(dǎo)入培養(yǎng)裝置的氣泡發(fā)生裝置在培養(yǎng)液中形成氣泡，為微生物提供氣體營(yíng)養(yǎng)。 [0067]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種氣泡導(dǎo)向組件，其特征在于:其包括至少兩個(gè)沿水平方向排列的曲折導(dǎo)向構(gòu)件；所述曲折導(dǎo)向構(gòu)件包括至少兩個(gè)在豎直方向依次上下相連的導(dǎo)向板，所述導(dǎo)向板相對(duì)水平面傾斜設(shè)置，并且同一曲折導(dǎo)向構(gòu)件中任意相鄰的導(dǎo)向板相對(duì)水平面的傾斜方向相反，任意相鄰的曲折導(dǎo)向構(gòu)件之間形成曲折上升的通道；所述曲折導(dǎo)向構(gòu)件的任一導(dǎo)向板與相鄰曲折導(dǎo)向構(gòu)件的最靠近的導(dǎo)向板在水平面的投影部分重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣泡導(dǎo)向組件，其特征在于:其還包括用于固定所述曲折導(dǎo)向構(gòu)件的固定件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述氣泡導(dǎo)向組件，其特征在于:所述導(dǎo)向板為平面板或弧形板或波浪形板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述氣泡導(dǎo)向組件，其特征在于:所述導(dǎo)向板為平面板，其與水平面的夾角為10~30°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所氣泡導(dǎo)向組件，其特征在于:相鄰所述曲折導(dǎo)向構(gòu)件的間隔為15-50mm。
6.一種高密度微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于:所述高密度微生物培養(yǎng)裝置包括容器、氣泡發(fā)生裝置、至少一個(gè)如權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述的氣泡導(dǎo)向組件，所述氣泡發(fā)生裝置和氣泡導(dǎo)向組件設(shè)置在所述容器中，所述氣泡發(fā)生裝置設(shè)置在氣泡導(dǎo)向組件的底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6高密度微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于:所述氣泡導(dǎo)向組件與所述容器的內(nèi)壁之間留有供培養(yǎng)液流動(dòng)的間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求6~7所述的高密度微生物培養(yǎng)裝置，其特征在于:所述曲折導(dǎo)向構(gòu)件上設(shè)置有光源。
9.權(quán)利要求6~8任一項(xiàng)所述的高密度微生物培養(yǎng)裝置在廢氣處理中的應(yīng)用，所述廢氣處理的方法包括:在高密度微生物培養(yǎng)裝置的容器中加入培養(yǎng)液并引入包括以二氧化碳作為碳源的微生物、能夠代謝氧化硫的微生物、能夠代謝氧化氮的微生物中的至少一種微生物進(jìn)行培養(yǎng)，并將所述廢氣導(dǎo)入所述氣泡發(fā)生裝置在所述培養(yǎng)液中形成氣泡，氣泡自所述氣泡導(dǎo)向組件的底部進(jìn)入所述通道并沿導(dǎo)向板的下表面爬升，為微生物提供氣體營(yíng)養(yǎng)。
10.權(quán)利要求8所述的高密度微生物培養(yǎng)裝置在微藻培養(yǎng)中的應(yīng)用，包括在高密度微生物培養(yǎng)裝置的容器中加入培養(yǎng)液并引入微藻進(jìn)行培養(yǎng)，并將含二氧化碳的氣體導(dǎo)入所述氣泡發(fā)生裝置在所述培養(yǎng)液中形成氣泡，氣泡自所述氣泡導(dǎo)向組件的底部進(jìn)入所述通道并沿導(dǎo)向板的下表面爬升，為微生物提供氣體營(yíng)養(yǎng)，培養(yǎng)過(guò)程中所述光源為微藻提供光能。
【文檔編號(hào)】B01D53/84GK103525688SQ201310462080
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】鐘琦 申請(qǐng)人:鐘琦