基于气体预配和循环供给的培养装置及方法与流程

本发明涉及微生物培育，尤其涉及基于气体预配和循环供给的培养装置及方法。

背景技术：

1、秸秆等农业大宗废弃物的资源化利用关系到农业、生态环境和社会经济的可持续发展。生物转化与合成技术是实现这些废弃物资源化利用的有效手段，但目前生物转化仅关注终端产品，对产生的co2等尾气尚未加以充分利用，而这部分co2可能占到整个生物质碳含量的50％左右。将这一半的碳充分利用，对实现废弃物高值转化和碳减排具有重要的意义。

2、现有的co2发酵尾气循环培养装置重点聚焦于发酵产物co2尾气的处理，将co2尾气经过简单的过滤后直接用于循环培养，这样的方式较为简单有效，但存在以下问题：

3、1、供气精准度差；通气时会由于液位压力导致各种配方气体不按照设定流量进入发酵系统，导致供气不稳定，通气量不准确；尤其是多罐并联时，由于曝气头和液位差问题经常导致不同发酵罐之间曝气量差异很大，甚至发生串气问题。

4、2、适用范围较窄；主要适用于发酵尾气和培养气体相同的生物转化过程，主要适用于微藻类的生物循环培养，当将其应用到需要混合气体培养的场景中时，由于其气体循环只包含co2等单一尾气，因此需要采用额外的供气设施设备；

5、3、需要人工值守；在系统工作的过程中，需要技术人员现场值守，根据培养过程调整各供料与气体循环的具体参数，以保证培养过程的顺利进行；

6、4、尾气不适于直接用于循环培养；发酵尾气的浓度一般偏高，且其混合其他的各组分比例并不固定，在循环进行培养时无法保证气体中各组分的比例是适宜培养的，尤其当尾气中某一气体浓度偏高时(如co2)，可能会对培养过程造成较为不利的影响。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了适用于多种应用场景的、基于气体预配和循环供给的自动培养装置及方法。

2、为了实现上述技术目的，本发明所提供的技术方案包括：

3、基于气体预配和循环供给的培养装置，包括：

4、通过第一管路连通的若干培养瓶，所述第一管路上还连通有进出液系统；

5、三通阀，所述三通阀分别连通预装气罐、通过气体计量泵连通气源，还通过第二管路连通培养瓶，所述第二管路上设置有气体浓度传感器；

6、预装气罐还通过第三管路与培养瓶连通，所述第三管路上设置有循环泵；

7、培养瓶连接有检测瓶内液体浊度的浊度传感器，和检测瓶内液体高度的第一液位传感器；

8、预装气罐连接有检测罐内气体压力的压力传感器，和检测罐内液体高度的第二液位传感器；

9、所述预装气罐还设置有第一出液端和排气端；

10、第一电磁阀，用于控制第二管路和第三管路分别与各培养瓶的连通关系；

11、第二电磁阀，用于控制预装气罐与第三管路的连通关系；

12、其中，所述第二管路连通培养瓶的一端位于所述培养液面以上；所述第一管路和第三管路连通培养瓶的一端位于所述培养液面以下。

13、在一些较优的实施例中，所述进出液系统包括分别并行且与所述第一管路连通的进液端和第二出液端；所述进液端和第二出液端分别设置有电磁阀和液体计量泵。

14、在一些较优的实施例中，所述第三管路伸入培养瓶的一端设置有曝气头。

15、在一些较优的实施例中，所述培养瓶前、第一电磁阀后的第三管路上设置有可调阻尼器。

16、本发明还提供过了一种基于气体预配和循环供给的培养方法，包括：

17、s1、通过进出液系统分别向若干培养瓶中加入定量的培养液；

18、s2、三通阀导通预装气罐和气源，通过气源向预装气罐中加定量的原料气；

19、s3、三通阀导通预装气罐和第二管路，打开第一电磁阀和第二电磁阀，启动循环泵，使气体按预装气罐、第三管路、培养瓶、第二管路和三通阀的顺序循环流动；

20、s4、当气体浓度传感器的检测值达到预定值时，关闭循环泵，打开排气端并收集排出气体，当罐内压力恢复大气压时关闭排气端，重复执行步骤s2-s4。

21、在一些较优的实施例中，还包括步骤：

22、当浊度传感器的检测值达到预定值时，控制第一电磁阀保持导通第三管路与培养瓶，关闭第二管路与培养瓶的导通；通过进出液系统导出定量的旧培养液，并补充相同量的新培养液；补充完成后，控制第一电磁阀保持导通第三管路与培养瓶，打开第二管路与培养瓶的导通。

23、在一些较优的实施例中，还包括步骤：

24、当第二液位传感器监测到预装气罐中液面高度达到预设时，通过第一出液端导出罐内液体；当压力传感器监测到预装气罐中气体压力达到预设时，打开排气端以降低罐内压力。

25、有益效果

26、1、本发明通过预装气罐和循环管路对气体进行批次化处理，可实现不间断气体配制和供给，并有效提高原料气的利用率；2、避免因液位压力导致配方气体不按照设定流量供应的问题，可提高气体在液体中的均匀分布程度，尤其在不能搅拌的条件下有优势；3、通过阻尼器有效平衡各个罐体的进气压力，不显著增加经济成本情况下通过简单手段实现每罐的通气量一致，保障连续稳定作业；4、通过预设各传感器的参数，配合循环管路，可实现无人值守情况下的自动进行气体处理、气体收集、培养物收集和培养液添加等功能，节约人工成本和时间成本，提高培养效率；5、采用模块化组件，可根据实际需要自由组合，以实现定制化的功能和处理量。

技术特征：

1.基于气体预配和循环供给的培养装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于气体预配和循环供给的培养装置，其特征在于：所述进出液系统(2)包括分别并行且与所述第一管路(12)连通的进液端(201)和第二出液端(202)；所述进液端(201)和第二出液端(202)分别设置有电磁阀和液体计量泵(22)。

3.如权利要求1所述的基于气体预配和循环供给的培养装置，其特征在于：所述第三管路(9)伸入培养瓶(1)的一端设置有曝气头(101)。

4.如权利要求1所述的基于气体预配和循环供给的培养装置，其特征在于：所述培养瓶(1)前、第一电磁阀(18)后的第三管路(9)上设置有可调阻尼器(21)。

5.采用权利要求1-4任一项所述培养装置实现的基于气体预配和循环供给的培养方法，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的基于气体预配和循环供给的培养方法，其特征在于，还包括步骤：

7.如权利要求5所述的基于气体预配和循环供给的培养方法，其特征在于，还包括步骤：

技术总结
本发明公开了基于气体预配和循环供给的培养装置及方法，装置包括：通过第一管路连通的培养瓶，第一管路上连通有进出液系统；三通阀分别连通预装气罐、通过气体计量泵连通气源，还通过第二管路连通培养瓶；预装气罐通过第三管路与培养瓶连通；培养瓶连接有检测瓶内液体浊度的浊度传感器；预装气罐连接有检测罐内气体压力的压力传感器；第一电磁阀用于控制第二管路和第三管路分别与各培养瓶的连通关系；第二电磁阀用于控制预装气罐与第三管路的连通关系；本发明实现不间断气体配制和供给，并有效提高原料气的利用率；还可实现无人值守情况下的自动进行气体处理、气体收集、培养物收集和培养液添加等功能，节约人工成本和时间成本，提高培养效率。

技术研发人员：吴波,周正,刘林培,何明雄
受保护的技术使用者：农业部沼气科学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12