一种厌氧微生物用智能化富集培养设备及方法

技术领域

本发明涉及厌氧微生物培养技术领域，具体公开了一种厌氧微生物用智能化富集培养设备及方法。

背景技术

厌氧微生物是污水处理过程中一种较为常见的细菌，以厌氧氨氧化菌为例，其在培养过程中对培养液中的溶氧量有着即为严苛的要求，同时培养过程中的参数如温度、pH值实时添加量均有着一定的要求，一旦相应的参数不处于最佳范围值内则会影响其培养富集的速度，使得整个厌氧氨氧化菌的培养周期过长。现有的厌氧微生物培养装置均是采用绝大多数都是采用厌氧培养箱来对其进行富集培养，在培养过程中将培养皿或培养试管放入到厌氧培养箱中，同时需要不断地通入氮气、二氧化碳及其他非氧气体来控制培养液中的溶氧量，从而保证厌氧微生物的快速富集生长。

例如申请号为CN202022025919X的实用新型专利就公开了一种智能厌氧培养箱，包括摄像装置、氧传感器、进气孔、出气孔、氮气发生器、智能控制器以及无线通讯模组；通过在培养室内部设置摄像装置采集智能厌氧箱内部的视频信息，在智能控制器上设置无线通讯模组，智能控制器能够通过无线通讯模组将该视频信息发送到维护人员；以及智能控制器能够实时接收到氧传感器采集的厌氧培养箱内部的氧气浓度值，在厌氧培养箱内部的氧气浓度过高的情况下，控制氮气发生器向厌氧培养箱的培养室内部充入氮气，以降低培养室内部的氧气浓度。该实用新型专利公开的智能厌氧培养箱在对厌氧微生物进行培养时，将培养皿或培养试管放入厌氧培养箱的内部并通过氮气发生器向箱内通入氮气以控制箱内氧气浓度，一定程度上能够控制厌氧微生物培养环境的氧气浓度，但是仍存在不足之处。其一，该厌氧培养箱只能对箱内氧气浓度进行检测，一旦检测氧气浓度过高并通入氮气时，已经有部分氧气已经溶于培养液中了，而培养液的溶氧量才是影响厌氧微生物快速生长富集的重要因素；其二，在厌氧微生物培养过程中像温度、培养液的pH值等也是需要进行实时监测调节的，而且该厌氧培养箱并不能对其进行控制调节；其三，厌氧微生物在培养时还需要间歇式对其进行搅拌，以使得厌氧微生物均匀分散在培养液中以最大化的培养速度进行富集，而该智能厌氧培养箱则需打开培养箱使用搅拌工具进行搅拌，而一旦厌氧培养箱被打开则会导致空气流入，无法精准控制箱内的氧气浓度。针对现有智能厌氧培养箱在对厌氧微生物进行富集培养时存在的上述不足，本申请提出了一种能够有效解决上述技术问题的厌氧微生物用智能化富集培养设备及方法。

发明内容

本发明旨在于提供一种厌氧微生物用智能化富集培养设备及方法，以解决现有智能厌氧培养箱在对厌氧微生物进行富集培养时存在的不足。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种厌氧微生物用智能化富集培养设备，包括培养箱、试管和操作柜，所述培养箱包括下水浴箱体和上密封箱盖，所述下水浴箱体中密封设置有载板，所述载板上转动设置有第一转盘，所述载板上设置有用于驱动第一转盘旋转的驱动装置，所述第一转盘上周向均匀开设有若干个试管卡孔，所述下水浴箱体的侧壁上设置有对准试管下半段设置的摄像头，所述上密封箱盖中设置有升降板，且上密封箱盖的上表面设置有实现升降板上下移动的第一伸缩驱动件，所述升降板上转动设置有第二转盘，所述第二转盘上周向均匀设置有若干试管塞，且每个试管塞与试管卡孔上下对齐设置，每个所述试管塞的圆心处均贯穿设置有搅拌轴，所述搅拌轴的下端设置有搅拌叶，上端设置有下齿面轮，所述升降板的上端设置有第二伸缩驱动件，所述第二伸缩驱动件的下端连接有搅拌电机，所述搅拌电机的输出轴上连接有与下齿面轮相作用的上齿面轮；

所述培养箱的左右两侧分别设置有气源罐和培养液桶，所述第二转盘的上表面圆心处设置有密封壳体，所述密封壳体中设置有转动体，所述转动体中开设有径向通道，所述转动体上连接有与径向通道相连通的伸缩管，所述伸缩管伸出上密封箱盖的顶端连接有三通管，所述三通管的一端通过气管与气源罐相连接，另一端通过输液管与培养液桶相连接，且培养液桶上设置有与输液管相连接的液泵，所述试管塞的内侧设置有与密封壳体相连接的进管，所述试管塞的外侧设置有出管，且出管上设置有单向阀。

作为上述方案的进一步设置，位于所述载板下方的下水浴箱体中设置有温度传感器和水浴加热器，所述温度传感器和水浴加热器均与操作柜中的控制模块电性连接。

作为上述方案的进一步设置，所述气管和输液管上均设置有第一电磁阀，所述输液管上还外接有抽液管，所述抽液管上设置有第二电磁阀，所述抽液管的端部连接有pH值检测仪，且pH值检测仪上还设置有与抽液管相连接的抽液泵。

作为上述方案的进一步设置，所述培养液桶的上端设置有投加管，所述培养液桶的上表面圆心处设置有混合电机，所述混合电机的输出轴上连接有伸入培养液桶内部的搅拌机构

作为上述方案的具体设置，所述驱动装置包括固定设置在载板上的驱动电机，所述驱动电机的输出轴上设置有主动齿轮，所述第一转盘上同心焊接有与主动齿轮相啮合的齿圈。

作为上述方案的进一步设置，所述下水浴箱体的侧壁上设置有垂直导轨，所述载板的侧端开设有垂直导轨相匹配的滑口，所述载板上还设置有螺纹孔，所述下水浴箱体的侧壁上端设置有丝杆电机，所述丝杆电机的输出轴上连接有与螺纹孔相匹配的垂直丝杆。

作为上述方案的进一步设置，位于所述摄像头两侧的下水浴箱体的侧壁上还设置有照明灯棒。

作为上述方案的进一步设置，所述下水浴箱体的侧壁下端设置有排液管，且排液管上设置有排液阀，所述上密封箱盖的侧壁上端设置有排空管，所述排空管上设置有排空阀。

本发明还公开了一种使用上述厌氧微生物用智能化富集培养设备进行的厌氧微生物富集培养方法，其包括如下步骤：

S1：将厌氧微生物菌种等分成若干份并一一装入试管中，同时还加入适量的厌氧指示剂，然后将下水浴箱体和上密封箱盖装配密封，并使得升降板下移使得试管塞将试管的上端开口密封；

S2：启动驱动装置使得第一转盘和第二转盘每次同步旋转一定角度实现试管的切换，并在切换试管过程中通过液泵将培养液桶中的培养液定量排至试管中；

S3：待所有试管完成添加培养液后，再启动驱动装置使得试管逐个切换，并在切换过程中将气源罐中的气体通入到试管中，从而将试管内部及培养液中的氧气去除完全，直至厌氧指示剂无显示；

S4：启动水浴加热器将下水浴箱体中的温水控制在设定温度，同时通过温度传感器进行及时监控实现水浴温度的动态调节，使得厌氧微生物处于最佳温度下生长；

S5：在厌氧微生物培养过程中，每过一段时间启动驱动装置将试管进行旋转切换，并在切换过程中通过搅拌电机使得搅拌轴转动，从而使得试管中的液体混合均匀，同时在试管旋转切换还通过摄像头逐个观察每个试管中的情况，当厌氧指示剂无显示时则再次将气源罐中气体通入去除氧气；

S6：当厌氧微生物培养半个月后，每天通过摄像头观察一次试管中的生长情况，待厌氧微生物富集培养完成后即可打开上密封箱盖将试管取出即可。

优先地，所述步骤中的厌氧指示剂选用刃天青，所述步骤中气源罐内部的气体为氮气、甲烷或二氧化碳气体均可。

与现有技术相比，本发明有益效果：

1)本发明公开的厌氧微生物用智能化富集培养设备在对厌氧微生物进行培养时，将菌种等分成若干份分别放入到对应的试管中，能够避免单一培养皿培养时因意外操作而导致培养失败的风险。

2)本智能化富集培养设备在进行厌氧微生物培养时能够先将试管管口密封，然后再依次向每个试管中注入培养液，培养液注入完全后再依次箱每个试管中通入气体从而去除试管及培养液中的氧气，能够有效保证厌氧微生物培养时的无氧环境，提高厌氧微生物的生长速度。

3)本智能化富集培养设备在培养时还能够在试管旋转切换的过程中逐一对每个试管的内部进行搅拌，从而使得厌氧微生物均匀分散在培养液中以最大化的培养速度进行富集，而且还能够在试管切换过程中通过摄像头观察试管内部情况，可添加厌氧指示剂及时获取试管内部含氧状态，从而保证培养过程中始终处于无氧环境。

4)本智能化富集培养设备在运行过程中还能够通过设置的温度传感器和水浴加热器对试管温度的实时动态调节，能够使得厌氧微生物在培养过程中始终处于最佳温度环境，从而进一步提高了厌氧微生物的富集培养速度。

5)本智能化富集培养设备还能够在试管旋转切换过程中，通过改变输液管的管路流向将抽取少量试管中的液体至pH值检测仪，然后通过pH值检测仪对试管中液体的pH值进行检测，然后再通过液泵将培养液桶中经过pH值调节后的培养液输送至试管中，使其不仅能够及时补充厌氧微生物生产所需的营养成分，还能够及时对其pH值进行调控，使得厌氧微生物能够在试管中以最大的生产速度进行富集培养。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中富集培养设备的第一角度结构示意图；

图2为本发明中富集培养设备的第二角度结构示意图；

图3为本发明中培养箱的立体爆炸图；

图4为本发明中载板、第一转盘、试管等立体结构示意图；

图5为本发明中升降板、第二转盘、试管塞等第一角度立体结构示意图；

图6为本发明中升降板、第二转盘、试管塞等第二角度立体结构示意图；

图7为本发明图5中A处的放大结构示意图；

图8为本发明中第二转盘、密封壳体、转动体等俯视平面结构示意图；

图9为本发明中试管塞、搅拌叶、进管、出管等立体结构示意图；

图10为本发明中下水浴箱体的内部立体结构示意图。

其中：

1-培养箱，101-下水浴箱体，102-上密封箱盖，103-载板，1031-滑口，1032-螺纹孔，104-第一转盘，1041-齿圈，105-试管卡孔，106-温度传感器，107-水浴加热器，108-升降板，109-第一伸缩驱动件，110-第二转盘，111-试管塞，112-搅拌轴，113-搅拌叶，114-下齿面轮，115-第二伸缩驱动件，116-搅拌电机，117-上齿面轮，118-伸缩管，119-三通管，120-气管，121-输液管，122-液泵，123-进管，124-出管，125-单向阀，126-摄像头，127-第一电磁阀，128-抽液管，129-pH值检测仪，130-抽液泵，131-垂直导轨，132-丝杆电机，133-垂直丝杆，134-照明灯棒，135-排液管，136-排空管，137-密封壳体，138-转动体，1381-径向通道；

2-试管；

3-操作柜；

4-驱动装置，401-驱动电机，402-主动齿轮；

5-培养液桶，501-投加管，502-混合电机；

6-气源罐。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1～10，并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

实施例1公开了一种厌氧微生物用智能化富集培养设备，参考附图1和附图2，该富集培养设备的主体包括培养箱1和操作柜3，其中培养箱1包括下水浴箱体101和上密封箱盖102，并且上密封箱盖102的下端开口与下水浴箱体101的上端开口之间可通过紧固件(如螺栓)进行固定连接，同时还在两者的连接端面上设置有密封圈进行密封处理。

参考附图3、附图4和附图10，在下水浴箱体101中密封设置有载板103，并在载板103的中心位置处转动设置有第一转盘104，同时还在载板103上设置有用于驱动第一转盘104旋转的驱动装置4。具体的驱动装置4包括固定设置在载板103上的驱动电机401，并在驱动电机401的输出轴上设置有主动齿轮402，另外还在第一转盘104上同心焊接有与主动齿轮402相啮合的齿圈1041，在运行过程中以驱动电机401为动力源，再通过主动齿轮402与齿圈1041之间的啮合传动可实现第一转盘104绕自身中轴线做定角度旋转。

在第一转盘104上周向均匀开设有若干个试管卡孔105，并在每个试管卡孔105中插设固定有进行培养的试管2。为了实现对试管2内部的情况培养情况进行实时监控，还在下水浴箱体101的侧壁上设置有对准试管2下半段设置的摄像头126，而且为了保证在密封环境下依旧能够很好的捕捉到试管2中的培养情况，还在位于摄像头126两侧的下水浴箱体101的侧壁上还设置有照明灯棒134。在厌氧微生物富集培养过程中，通过照明灯棒134提高光源，然后通过摄像头126实时捕捉与之对齐试管2中的情况，并将实时捕捉的画面传输至操作柜3中的储存模块和视频处理模块中，同时操作柜3内部的控制模块根据获取的信息进行判断。

另外，还在位于载板103下方的下水浴箱体101中设置有温度传感器106和水浴加热器107，并将温度传感器106和水浴加热器107均与操作柜3中的控制模块电性连接，通过温度传感器106能够实时监控下水浴箱体101中液体温度，然后通过调节水浴加热器107的功率来控制水温。

参考附图3、附图5、附图6、附图7、附图8和附图9，在上密封箱盖102中设置有升降板108，并且在上密封箱盖102的上表面设置有实现升降板108上下移动的第一伸缩驱动件109，该第一伸缩驱动件109可选用气缸。在升降板108的中心位置处转动设置有第二转盘110，并在第二转盘110上周向均匀设置有若干试管塞111，每个试管塞111与试管卡孔105上下对齐设置，使得在第一伸缩驱动件109的推动作用下试管塞111能够将每个试管2的上端开口堵住密封。同时，还在每个试管塞111的圆心处均贯穿设置有搅拌轴112，该贯穿处设置有密封轴承，从而能够保证试管塞111的密封性。在搅拌轴112的下端设置有搅拌叶113，搅拌轴112的上端设置有下齿面轮114，然后在升降板108的上端设置有第二伸缩驱动件115，该第二伸缩驱动件115也可选用气缸或电动推杆，并在第二伸缩驱动件115的下端连接有搅拌电机116，然后在搅拌电机116的输出轴上连接有上齿面轮117，并且上齿面轮117在第二伸缩驱动件115的推动作用下能够与下齿面轮114相啮合，然后在搅拌电机116的驱动作用下使得该试管2内部的搅拌轴112、搅拌叶113转动，使的试管内部的培养液处于均匀状态，防止其发生沉积而影响厌氧微生物富集生长速度。

参考附图1和附图2，在培养箱1的左右两侧分别设置有气源罐6和培养液桶5。在第二转盘110的上表面圆心处固定设置有密封壳体137，并在密封壳体137中设置有转动体138，该转动体138与密封壳体137之间发生相对转动，并在转动体138中开设有径向通道1381，然后在转动体138上连接有与径向通道1381相连通的伸缩管118，并在伸缩管118伸出上密封箱盖102的顶端连接有三通管119。将三通管119的一端通过气管120与气源罐6相连接，另一端通过输液管121与培养液桶5相连接，并且培养液桶5上设置有与输液管121相连接的液泵122，其中气管120和输液管121上还设置有第一电磁阀127，然后在每个试管塞111的内侧设置有与密封壳体137相连接的进管123，在每个试管塞111的外侧设置有出管124，并且出管124上设置有单向阀125。

最后，本实施例还在下水浴箱体101的侧壁下端设置有排液管135，排液管135上设置有排液阀，上密封箱盖102的侧壁上端设置有排空管136，排空管136上设置有排空阀。

本实施例1公开的厌氧微生物用智能化富集培养设备在对厌氧微生物进行培养时，将其菌种等分成多份并将其分别装入试管2中，然后第一伸缩驱动件109的作用下将升降板108向下移动，使得每个试管2的上端开口被对应的试管塞111堵塞密封。

接着，打开输液管121上的第一电磁阀127并启动液泵122，从而将培养液桶5中调节好的培养液依次定量输入到每个试管2中。然后再关闭输液管121上的第一电磁阀127，打开气管120上的第一电磁阀127，从而将气源罐6中的氨气或者二氧化碳气体通入到试管2中，利用试管塞111上的出管124、单向阀125将试管2及培养液中的氧气全部去除。

随后，通过操作柜3设定厌氧微生物的最佳培养温度，通过温度传感器106和水浴加热器107来实现培养过程中试管2中温度的动态调节。另外，在培养过程中每过一段时间启动一次驱动装置4，使得第一转盘104在载板103上旋转一定角度，然后在第二伸缩驱动件115的推动作用下使得上齿面轮117与下齿面轮114相啮合，然后启动搅拌电机116使得搅拌轴112、搅拌叶113转动从而将内部培养液搅拌分散均匀，另外试管2旋转切换过程中通过摄像头126捕捉试管内部情况来判断厌氧微生物富集生长的进度。

实施例2

实施例2公开了一种以实施例1为基础而改进设计的厌氧微生物用智能化富集培养设备，其主要针对实施例1无法对培养过程中试管内部pH值进行监控和调节以及无法根据试管中液位调节其进入水浴中的深度，本实施例2与实施例1相同之处不做再次说明，下面对其不同之处进行说明。

参考附图2，本实施例2还在输液管121上外接有一根抽液管128，在抽液管128上设置有第二电磁阀(图中为标注)，然后在抽液管128的端部连接有pH值检测仪129，并且pH值检测仪129上还设置有与抽液管128相连接的抽液泵130。在厌氧微生物培养过程中，启动驱动装置4使得试管2进行逐一切换，并在切换过程中打开第二电磁阀，启动抽液泵130抽取少量试管2中的液体至pH值检测仪129中，然后通过pH值检测仪129对其进行pH检测，并将检测结果输送至操作柜3的控制模块。

同时，在培养液桶5的上端设置有投加管501，培养液桶5的上表面圆心处设置有混合电机502，混合电机502的输出轴上连接有伸入培养液桶5内部的搅拌机构，通过投加管501及时补充培养液外，还能够通过滴加酸液或碱液来调节培养液的pH值，然后将培养液再通入到试管2的内部，从而达到对试管2中培养液pH值的调节。

参考附图4和附图10，本实施例2还在下水浴箱体101的侧壁上设置有垂直导轨131，同时载板103的侧端开设有垂直导轨131相匹配的滑口1031。在载板103上还设置有螺纹孔1032，然后还在下水浴箱体101的侧壁上端设置有丝杆电机132，丝杆电机132的输出轴上连接有垂直丝杆133，并且该垂直丝杆133与螺纹孔1032相匹配。当需要将试管2的下端浸入到不同深度的温水中，直接控制丝杆电机132的正反转，然后在垂直丝杆133与螺纹孔1032的传动作用下来控制整个载板103的上下移动，从而调节试管2浸入温升的深度。

实施例3

实施例3公开了一种使用实施例1中富集培养设备对厌氧微生物进行的富集培养方法，该富集培养方法包括如下步骤：

步骤一：将厌氧微生物菌种根据培养设备中试管的数量等分成若干份，并将其并一一装入试管2中，同时还加入适量的厌氧指示剂，具体的厌氧指示剂优先选用刃天青，利用刃天青的颜色变化来判断试管2内部氧气的浓度。然后将下水浴箱体101和上密封箱盖102装配密封，然后启动第一伸缩驱动件109使得升降板108下移进而使得试管塞111将试管2的上端开口密封。

步骤二：启动驱动装置4使得第一转盘104和第二转盘110每次同步旋转一定角度从而实现试管2的切换，然后在切换试管2过程中通过液泵122将培养液桶5中的培养液定量排至试管2中。

步骤三：待所有试管2完成添加培养液后，再启动驱动装置4使得试管2逐个切换，并在试管2切换的过程中将气源罐6中的气体通入到试管2中，然后在通入气体的作用下将试管2内部及培养液中的氧气去除完全，直至厌氧指示剂无颜色显示为止。此处，气源罐6中的气体可选用氮气、甲烷或二氧化碳气体均可。

步骤四：启动水浴加热器107将下水浴箱体101中的温水控制在设定温度，以厌氧氨氧化菌为例，可设置温度范围在32±2℃，同时通过温度传感器106进行及时监控实现水浴温度的动态调节，使得厌氧微生物处于最佳温度下生长。

步骤五：在厌氧微生物培养过程中，每过一段时间启动驱动装置4将试管2进行旋转切换，并在切换过程中通过搅拌电机116使得搅拌轴112转动，从而使得试管2中的液体混合均匀，同时在试管2旋转切换还通过摄像头126逐个观察每个试管2中的情况，当厌氧指示剂无颜色显示时则再次将气源罐6中气体通入去除氧气；

步骤六：当厌氧微生物培养半个月后，每天通过摄像头126观察一次试管2中的生长情况，待厌氧微生物富集培养完成后即可打开上密封箱盖102将试管2取出即可。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。