(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211177211.3 (22)申请日 2022.09.26 (71)申请人 山西大学 地址 030006 山西省太原市坞城路9 2号 (72)发明人 朱宇恩　李华　闫秀荣　闫冠玉　 (74)专利代理 机构 太原申立德知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 14115 专利代理师 孙乐 (51)Int.Cl. C12M 1/38(2006.01) C12M 1/34(2006.01) C12M 1/26(2006.01) C12M 1/04(2006.01) C12M 1/02(2006.01) C12M 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种微塑料生物 膜模块培 养装置及其应用 (57)摘要 本发明属于环 境科学技术领域， 公开了一种 微塑料生物膜模块培养装置及其应用。 针对现有 以微塑料为基质的生物膜培养装置存在的多种 问题， 提供了一种微塑料生物膜模块培养装置， 由若干个培养盒组成， 每个培养盒由生物膜培养 结构、 半自动化收集分离结构、 曝气结构和控温 结构组成。 构建起生物膜培养所需的自然条件且 能够进行人为控制， 同时可以实现微塑料生物膜 的静动态培养、 好氧、 厌氧、 兼氧共培养、 控温培 养， 开展精确模拟环境条件下相关实验室生物膜 培养实验； 可应用于浮、 悬或沉于水体的多种微 塑料生物膜培养， 达到多水层微塑料的分层采 集； 可根据不同需求合理选择生物膜培养室的体 积和数量， 实现所需生物 膜的批量 生产。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115478008 A 2022.12.16 CN 115478008 A 1.一种微塑料生物膜模块培养装置， 其特征在于： 由若干个培养盒组成， 每个培养盒由 生物膜培养结构、 半自动化收集分离结构、 曝气结构和控温结构组成； 所述生物膜培养结构， 包括生物膜培养室(1)、 微塑料添加口(2)、 微塑料添加口密封盖 (3)、 营养物质投放口(4)、 微塑料基质(5)； 所述半自动化收集分离结构， 包括过程取样管(6)、 弧形收集筒(8)收集筒挡板(9)和底 部微塑料排 放口(11)； 所述曝气结构， 包括气体曝气接入口(12)、 伞状培养液流化喷气嘴(13)及曝气管路 (14)； 所述控温结构， 包括硅胶加热片(15)、 温控传感器(16)、 按键式温度数显控制器(17)； 在生物膜培养室(1)顶部开设有微塑料添加口(2)， 并对应设置有微塑料添加口密封盖 (3)， 且微塑料添加口密封盖(3)与微塑料添加口(2)配合完成密封， 所述营养物质投放口 (4)设置在生物 膜培养室(1)顶部的一侧， 通过橡胶帽密封； 所述微塑料添加口密封盖(3)分为两种， 一种是单密封式密封盖， 另一种是在密封盖 中 心穿设过程取样管(6)的取样密封 盖； 所述弧形收集筒(8)整体为半封闭式弧形结构， 圆柱体弧面为240/360 °， 弧面垂直边缘 开设有滑槽(10)， 用于安装收集筒挡板(9)， 所述弧形收集筒(8)的筒顶大小能与微塑料添 加口(2)相配合， 所述弧形收集筒(8)的筒顶固定设置提拉杆A(801)， 用于进行悬浮层微塑 料生物膜样品的分层收集； 收集筒挡板(9)矩形结构， 收集筒挡板(9)两侧配合滑槽(10)设置， 可插入滑槽滑动， 收 集筒挡板(9)顶部固定设置有提拉杆B(901)， 通过提拉杆B(901)调节收集筒挡板(9)实现弧 形收集筒(8)的取样和关闭， 且收集筒挡板(9)与弧形收集筒(8)配合 实现弧形收集筒(8)的 密闭； 在生物膜培养室(1)底部开设有底部微塑料排放口(11)和两个气体曝气接入口(12)； 所述底部微 塑料排放口(11)呈漏斗形， 由顶部向底部不断收缩变窄， 下端设置密封盖密封， 用于对沉淀层微塑料生物 膜样品收集； 所述气体曝气接入口(12)外接曝气管路(14)， 所述气体曝气接入口(12)内接伞状培养 液流化喷气嘴(13)； 所述硅胶加热片(15)为上下两层绝缘硅胶布， 中间铺设有镍铬合金丝， 内置电源线及 温控传感器(16)。 2.根据权利要求1所述的一种微塑料生物膜模块培养装置， 其特征在于： 所述微塑料投 放口密封盖(3)、 底部微塑料排放口(11)的密封盖与生物膜培养室(1)通过卡扣结构连接， 以达到生物膜培养室的闭合状态。 3.根据权利要求1所述的一种微塑料生物膜模块培养装置， 其特征在于： 所述微塑料生 物膜模块培养装置下设有支撑底座(7)， 所述支撑底座(7)为开放式梯形结构， 上端设有卡 槽， 卡槽内侧粘贴有硅胶加热片(16)， 梯形一侧斜面上设有管路开口， 用于穿过曝气管路 (14)， 置于生物膜培养室(1)下 方。 4.根据权利要求1所述的一种微塑料生物膜模块培养装置的微塑料生物膜培养方法， 其特征在于： 步骤1， 培养装置的连接： 连接生物膜培养装置， 将微塑料投放口密封盖(3)、 底部微塑权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115478008 A 2料排放口(11)密封盖与生物膜培养室(1)通过卡扣 结构连接， 以达到生物膜培养室 的闭合 状态， 继续连接生物膜培养室(1)下端气体曝气 接入口(12)与曝气管路(14)一端相连通， 曝 气管路(14)另一端通过支撑底座(7)连接至压缩气体或气泵， 将多个培养室分隔放置在支 撑底座(7)卡槽内； 步骤2， 培养： 培养开始时， 生物膜培养室(1)中各培养室互相 分隔， 打开微塑料投加口 (2)向各培养 室加入培养液体， 并持续加入直到液体液面达到培养 室高度五分之四， 投加一 定数量的微 塑料颗粒； 若使用天然水体进 行培养， 则需在设定时间间隔更换培养液体； 若使 用配制溶液进行培养， 则可在营养物质投放口(4)处进行加药和营养盐溶液， 便于混合， 亦 可利用配制液体进行整体更 换， 直至生物 膜培养成熟或达 到实验要求后停止； 步骤3， 培养条件的设置与模拟： 模拟天然水体条件培养， 提供曝气培养条件， 生物膜培 养室(1)下端2个气体曝气接入口(12)与曝气管路(14)一端相连通， 曝气管路(14)另一端通 过支撑底座(7)连接至压缩气体或气泵， 不同培养室相互分隔， 打开曝气组件的开关， 实现 微塑料生物膜的动态培养， 关闭曝气组件的开关， 实现微 塑料生物膜的静态培养； 通过控制 通入的气 体类型， 好氧生物膜培养实验通入氧气， 厌 氧生物膜培养实验通入氮气， 兼氧生物 膜培养实验通入空气， 实现微 塑料生物膜的好氧、 厌 氧、 兼氧共培养； 提供控温培养条件， 连 接电源、 打开按键式温度数显控制器(17)上温控开关， 通过温控传感器(16)温度反馈进行 硅胶加热片(15)的温度调节， 或者将不同培 养室分别置于培养箱当中， 设定温度培 养； 步骤4， 培养中样品采集： 微塑料生物膜实验过程取样， 取出单一微塑料投加口密封盖 (3)， 替换为已经灭菌的带有过程取样管的微塑料投加口密封盖(3)， 将过程取样管放入生 物膜培养室(1)， 一端伸入设定取样位置， 另一端连接注射器， 抽动注射器吸取一定量水样 及微塑料生物 膜样品， 取样结束后拔出注射器， 改换 单一微塑料投加口密封 盖； 步骤5， 浮悬沉三态微塑料采集： 微塑料生物膜收集分离过程， 通过提拉杆B(901)将收 集筒挡板(9)沿弧形收集筒(8)侧滑槽向下推拉至最底端， 使弧形收集筒(8)下端处于闭合 状态， 使用时提前将沿弧形收集筒(8)和收集筒挡板(9)清洗干净并灭菌， 提前俩天通过微 塑料添加口(2)放入生物膜培养 室(1)内部， 弧形收集筒(8)下沉到生物膜培养室(1)中的预 设位置时， 通过收集筒挡板(9)上提拉杆B(901)将其沿着弧形收集筒(8)侧滑槽向下推动至 收集筒挡板(9)刚没入水面， 生物膜培养盒上层水样及悬浮状态的微塑料生物膜自动流入 弧形收集筒(8)内部， 待上层水样及漂浮状态的微塑料生物膜收集完全， 将收集筒挡板(9) 沿着弧形收集筒(8)侧滑槽向上拉动， 关闭弧形收集筒(8)， 最后通过提拉杆A(801)向上拉 动弧形收集筒(8)将其从生物膜培养室(1)中取出， 使用注射器将样 品吸出， 实现漂浮层水 样的收集。 从微塑料投放口(2)处放入已经灭菌的带有过程取样管 的微塑料投加口密封盖 (3)， 将过程取样管放入生物膜培养 室(1)中， 进 行悬浮层生物膜样品的收集。 最后打开底部 微塑料排 放口(11)密封盖， 使底层液体从下流出， 实现沉淀层生物 膜样品的收集； 步骤6， 装置拆除与清洗： 培养结束后， 关闭曝气结构和控温结构， 通过半自动化收集分 离结构将生物膜培养室(1)内部生物膜样 品收集分离， 将生物膜培养室(1)与支撑底座(7) 分离， 然后将生物膜培养 室(1)向上提升， 生物膜培养室(1)底部设有气体曝气接入口(12)， 且气体曝气接入口(12)与曝气管路(14)相互套接， 随着生物膜培养 室(1)的向上提升， 便于 对气体曝气接入口(12)与曝气管路(14)的分离， 随后进行生物膜培养室(1)与微塑料添加 口(3)和底部微 塑料排放口(11)密封盖的分离， 培养装置 即分离完成， 便于对各生物膜培养权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115478008 A 3