CN118703320A - 菌种丰度监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种菌种丰度监测系统和方法，该系统包括：控制单元，用于控制所述监测系统的运行；进样单元，连接所述控制单元，并用于自生物除臭设备内获取菌种样品输送入所述反应单元；反应单元，接收由进样单元获取的所述菌种样品，菌种样品中的ATP在所述反应单元内与荧光素‑荧光素酶试剂进行反应；温度检测单元，连接控制单元，用于检测反应单元内的所述菌种样品在反应前、反应中的温度，并将所述温度传输至所述控制单元；所述控制单元根据预存的ATP含量与温度数据的拟合曲线计算出所述菌种样品中的微生物数量。本公开可根据检测到的微生物数量判断微生物除臭设备内部微生物的生长状况，从而能精准的对设备进行调整，保证了除臭效果。

Description

菌种丰度监测系统和方法

技术领域

本公开涉及生物除臭技术领域，具体涉及一种菌种丰度监测系统和方法。

背景技术

生物除臭设备内部的微生物数量是影响除臭效果的重要指标。除臭工况如除臭塔内部温度、进气浓度、循环液pH值等发生变化都会影响微生物的丰度从而响除臭效果。因此，将除臭设备内的菌种数量维持在特定范围内是保证除臭效果的关键。

CN202120123272.6中公开了一种智能管理微生物生产环境的生物除臭塔，该除臭塔在储水箱的内侧安装有加热板，被设置成能够在温度较低时对水箱内的水进行一定的加热，从而避免了营养液和微生物因水温较低而出现不好的现象，进而提高了生物除臭塔的除臭效率。此外，现有技术中也有通过自动调节除臭装置内循环液的pH的方式及时调整微生物的生产环境。

上述及其类似方案虽能够改善除臭装置内的微生物生存环境，在一定程度上保证了除臭效果，但不能精确的监测除臭装置内部微生物的数量，因此不能实时根据微生物数量及结合微生物新陈代谢规律判断出设备内部微生物的生长状况，因而不能精准判断设备的运行是否正常，也不能精准的对设备的运行进行调整。

发明内容

本公开的目的是提供一种能够精准的对微生物除臭塔内的菌种丰度进行监测的方案。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

一种菌种丰度监测系统，包括：

控制单元，用于控制所述监测系统的运行；

进样单元，连接所述控制单元，并用于自生物除臭设备内获取菌种样品；

反应单元，接收由所述进样单元获取的所述菌种样品，所述菌种样品中的ATP在所述反应单元内与荧光素-荧光素酶试剂进行反应；

温度检测单元，连接所述控制单元，用于检测所述反应单元内的所述菌种样品在反应前、反应中的温度，并将所述温度传输至所述控制单元；

所述控制单元根据预存的ATP含量与温度数据的拟合曲线计算出所述菌种样品中的微生物数量。

优选地，所述系统包括试剂供应单元，所述试剂供应单元连接所述控制单元和所述反应单元，用于将所述荧光素-荧光素酶试剂输送入所述反应单元。

更优选地，所述试剂供应单元包括气液混合模块和雾化模块；

所述气液混合模块用于混合所述荧光素-荧光素酶试剂和空气以形成气液混合物，所述气液混合物经所述雾化模块雾化后与所述菌种样品进行反应。

优选地，所述系统包括固液分离单元，用于排出所述反应单元内的液体。

更优选地，所述固液分离单元包括空气供应模块，所述空气供应模块连接所述控制单元和所述反应单元；

所述空气供应模块将具有压力的空气输送入所述反应单元以通过空气压力分离微生物和所述反应单元中的液体，分离的所述液体经排液管排出。

优选地，所述气液混合模块中的空气来自所述空气供应模块。

优选地，所述反应单元设有破碎模块，用于破碎所述菌种样品中的微生物细胞。

更优选地，所述系统包括清洗单元，所述清洗单元连接所述控制单元和反应单元，用于将清洗剂输送入所述反应单元以对其进行清洗。

优选地，所述进样单元包括过滤模块，用于过滤所述菌种样品中的固体颗粒物。

为实现上述目的，本公开还提供以下技术方案：

一种菌种丰度监测方法，所述方法在前述任一项所述的系统中实施，所述方法包括以下步骤：

S1.将取自微生物除臭设备内的菌种样品输送入反应单元，并排出所述反应单元腔室内的液体；

S2.记录步骤S1时段内的所述菌种样品的温度变化，取平均值C1；

S3.将荧光素-荧光素酶试剂输送入所述反应单元，启动破碎模块使所述菌种样品中的微生物发生细胞裂解并与所述荧光素-荧光素酶试剂充分混合、反应；

S4.记录步骤S3中所述菌种样品的温度变化，取最高值C2；

S5.根据C2与C1的差值计算所述菌种样品中的ATP含量，根据所述ATP含量计算出所述菌种样品中的微生物数量。

本公开要求保护的技术方案取得了以下有益效果：

由于微生物细胞内恒量的ATP与荧光素和荧光素酶反应能够释放热量，因此通过检测菌种样品在反应前和反应中的温差变化就能够测量出其中ATP的含量，进而能够快速、准确的检测菌种样品中的微生物数量。因此，本公开能够实时根据检测到的微生物数量并结合微生物新陈代谢规律判断出生物除臭设备内部微生物的生长状况，精准判断设备的运行是否正常，从而能精准的对设备的运行进行调整，保证了除臭效果。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为菌种丰度监测系统的模块示意图。

图2为菌种丰度监测系统的结构示意图。

附图标记：

1-液体进口取样管；2-洁净水进水管；3-石英砂过滤头；4-三通阀；5-微型计量水泵；6-单向阀；7-洁净空气进气管；8-气泵；9-药剂储盒；10-微生物细胞过滤网；11-流量调节阀；12-气液混合器；13-排气管；14-反应检测室；15-超声波破碎发生器；16-压力传感器；17-红外温度传感器；18-电动阀；19-排液管。

具体实施方式

为使本公开中实施例的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

实施例

参考附图1，本实施例提供一种菌种丰度监测系统。

本实施例中的监测系统包括控制单元(例如，PLC(Programmable LogicController)控制单元)、进样单元、反应单元和温度检测单元，控制单元分别连接进样单元和温度检测单元，用于控制整个监测系统的运行。

其中，进样单元用于将取自生物除臭设备内的菌种样品输送入反应单元，可优选的在进样单元中设置过滤模块，用于过滤所述菌种样品中的固体颗粒物。菌种样品在反应单元内与荧光素-荧光素酶试剂进行反应，温度检测单元用于检测反应单元内的菌种样品在反应前、反应中的温度变化，并将温度数据传输至控制单元以用于计算所述菌种样品中的微生物数量。

由于微生物细胞内衡量的ATP(腺嘌呤核苷三磷酸，生物体内最直接的能量来源)能与荧光素和荧光素酶反应并释放热量(产生光子)，且热量/光子的数量与ATP的浓度成正比，因此本实施例通过检测菌种样品在反应前、反应中的温差变化/强度可以测量反应发出的光子数量进而测定ATP的含量。由于所有生物活细胞中都含有恒量的ATP，因此能够快速检测微生物数量。其中，根据光子信号的强度，使用ATP荧光检测仪就可以计算出样品中ATP的浓度。

在本实施例中，控制单元预先存储了相同工况下微生物ATP含量与温度数据的拟合曲线，因此控制单元可根据接收到的温度数据计算出菌种样品中的微生物数量。

在优选的方案中，本实施例中的系统包括试剂供应单元，该试剂供应单元连接控制单元和所述反应单元，用于将荧光素-荧光素酶试剂输送入反应单元。

在更优选的方案中，试剂供应单元还包括气液混合模块和雾化模块。其中，气液混合模块用于混合荧光素-荧光素酶试剂和空气以形成气液混合物，该气液混合物再经雾化模块雾化后喷洒进入反应单元的腔室与菌种样品进行反应，能与微生物更充分的接触和反应。

在优选的方案中，本实施例的系统还包括固液分离单元，用于排出反应单元内的液体。示例性的，固液分离单元包括空气供应模块，该空气供应模块连接控制单元和反应单元，用于将具有压力的空气输送入反应单元以对所述菌种样品产生挤压力分离出菌种样品中的液体，分离的液体经反应单元的排液管排出。

在优选的方案中，气液混合模块中的空气可以来自空气供应模块。在更优选的方案中，反应单元内还设有破碎模块，用于破碎菌种样品中的微生物细胞，使其与反应试剂充分混合并发生反应。

在优选的方案中，本实施例中的系统还包括清洗单元，该清洗单元连接控制单元和反应单元，用于将清洗剂输送入所述反应单元以对其进行清洗。清洗后的反应单元的腔室可以通过空气供应模块向其内部通入空气进行干燥。

在本实施例中系统中实施的菌种丰度监测方法通过以下步骤进行：

S1.将取自微生物除臭设备内的菌种样品输送入反应单元，并通过空气供应模块向反应单元通入带有压力的空气排出反应单元腔室内的液体；

S2.通过温度检测单元记录步骤S1时段内的菌种样品的温度变化，取平均值C1；

S3.将荧光素-荧光素酶试剂输送入反应单元，同时启动破碎模块使菌种样品中的微生物发生细胞裂解并与荧光素-荧光素酶试剂充分混合、反应；

S4.通过利用温度检测单元记录步骤S3中菌种样品的温度变化，取最高值C2；

S5.控制单元根据C2与C1的差值计算菌种样品中的ATP含量，根据ATP含量计算出所述菌种样品中的微生物数量。

应用例

以下通过具体的应用例对本公开中的菌种丰度监测系统的具体结构设置及运行方法做进一步清楚的描述。

参考附图2，本应用例中的菌种丰度监测系统包括从生物除臭设备取样的液体进口取样管1、向反应单元的反应检测室14通入清洗用的洁净水的洁净水进水管2和向反应检测室14通入用于排液的空气的洁净空气进气管7。液体进口取样管1上设有石英砂过滤头3，液体进口取样管1和洁净水进水管2通过三通阀4汇合至一主管道，主管道上依次设有微型计量水泵5和单向阀6。

主管道连接至反应检测室14，洁净空气进气管7上设有用于为空气加压的气泵8。本应用例将荧光素-荧光素酶试剂储存在药剂储盒9中，药剂储盒9中的试剂通过管道通入反应检测室14，该管道上设有流量调节阀11。

在优选的方案中，用于输入荧光素-荧光素酶试剂的管道与洁净空气进气管7汇合，汇合后的管道上设有气液混合器12且通入反应检测室14的一端连接雾化喷嘴。雾化喷嘴使反应药剂旋切进入反应检测腔室，雾化后的液体与腔室内壁充分均匀接触。多余的气体自上而下到达腔室底板，然后再自下而上从排气管13排出。

反应检测室14的顶部设有该排气管13，反应检测室14可在其周身设有用于破坏微生物的超声波破碎发生器15，底部设有微生物细胞过滤网10和红外温度传感器17。本应用例中的微生物细胞过滤网可选用纤维素膜滤器，是由醋酸纤维素制成的具有均一孔径的穴孔的人工膜，使超过孔径限度以上的微生物不能通过，该膜可以反复使用。

反应检测室14的底部还连接排液管19，排液管19上设有压力传感器16和电动阀18。排液管19上的压力传感器16的主要作用是通过管路压力突变来控制排液管电动阀18的启闭：当腔室内液体排净时，管路中液体压力会变为气体压力，压力骤减，表明排液过程结束。

本应用例中，各种阀、泵、传感器的调节控制均通过PLC控制单元控制进行，以自动控制进样体积、药剂添加量等。

具体地，本应用例按以下方式对生物除臭设备内的菌种丰度进行监测：

1.准备工作

a.采用一体化控制柜，通过PLC自动控制系统内所有用电设备。柜内安装散热除湿装置，保证整个检测环境温度控制在20～25℃内，且采用避光措施。

b.将菌种样品的取样口安装在生物除臭设备内具有明显灵敏变化的位置处。

c.用2mmol/L EDTA的0.1mol/L pH7.75Tris-醋酸缓冲液稀释荧光素-荧光素酶试剂，使荧光素-荧光素酶含量达到50×10^-6mol/L。

d.接通洁净空气进气管和洁净水进水管。

e.拟合出在相同的工况下的ATP含量与红外感应电信号数据曲线(温度数据曲线)并将该曲线存储在控制单元中，以用于后续的微生物含量计算。

2.清洁系统管路

a.打开三通阀4、排气管上的排气阀和微型计量水泵5，向反应检测室14通入洁净水，待水充满整个反应检测室14后，关闭排气阀V3并开启超声波破碎发生器15；待压力传感器16上的压力达到0.05MPa后，打开排液管19上的排水阀，维持此状态2min对反应检测室一边进水一边超声清洗。

b.以上过程结束后，打开气泵8、三通阀4和微型计量水泵5，关闭超声波破碎发生器15，利用气泵8泵入的空气将反应检测室14内的水排干，该过程持续1min。

c.重复过程a和b 2～3遍，然后关闭气泵8和排液管19上的排水阀。

3.取样

打开三通阀4和气泵8，抽取微生物除臭设备内的液体样品100ml输送入反应检测室14内。

其中，抽取液体样品的体积由PLC程序设定，例如可设置为100ml、300ml、1000ml三个档位，以满足不同工况下不同微生物浓度的监测需求。

4.第一次记录数值

打开排液管19上的排水阀，用气泵8提供的带有压力的气体挤压过滤反应检测室14内的液体，液体从排液管19排出，液体样品中大部分的微生物被富集到腔室底板上的微生物细胞过滤网10。红外温度传感器全程检测微生物细胞过滤网底板的温度变化，并取该段时间内温度的加权平均值C1。

5.加入药剂

打开流量调节阀11和气泵8，通过PID(Proportion IntegrationDifferentiation)控制调节，按照1.2:1的气液比加入10ml含有荧光素-荧光素酶的试剂。

6.破碎生物

开启超声波破碎发生器15，将反应检测室14的腔室内壁以及底板上的微生物细胞裂解，并与附着在其上的试剂充分混合、反应。

7.第二次记录数值

打开排液管19上的排水阀，用气泵8泵入的气体的压力将反应检测室14内的液体过滤排出，红外温度传感器17全程检测微生物细胞过滤网底板的温度变化，此时记录最高温度值C2。

由于ATP与荧光素的反应时间非常快速，因此从反应开始观测时间在15秒内为宜。

8.微生物丰度计算

结合两次检测温度的差值与红外感应检测对应的ATP含量的比值，计算得出菌种样品中微生物菌的数量。

本应用例利用微生物细胞内恒量的ATP与荧光素和荧光素酶反应能够释放热量，通过检测菌种样品在反应前和反应中温差变化来测量出其中ATP的含量，进而能够快速、准确的检测菌种样品中的微生物数量。因此，能够实时根据检测到的微生物数量并结合微生物新陈代谢规律判断出生物除臭设备内部微生物的生长状况，精准判断设备的运行是否正常，从而能精准的对设备的运行进行调整，保证了除臭效果。

以上所述的实施例和应用例仅是对本公开做示例性描述，并非对本公开的范围进行限定，在不脱离本公开设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本公开的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本公开确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种菌种丰度监测系统，其特征在于，包括：

控制单元，用于控制所述监测系统的运行；

进样单元，连接所述控制单元，并用于自生物除臭设备内获取菌种样品；

反应单元，接收由所述进样单元获取的所述菌种样品，所述菌种样品中的ATP在所述反应单元内与荧光素-荧光素酶试剂进行反应；

温度检测单元，连接所述控制单元，用于检测所述反应单元内的所述菌种样品在反应前、反应中的温度，并将所述温度传输至所述控制单元；

所述控制单元根据预存的ATP含量与温度数据的拟合曲线计算出所述菌种样品中的微生物数量。

2.根据权利要求1所述的菌种丰度监测系统，其特征在于，所述系统包括试剂供应单元，所述试剂供应单元连接所述控制单元和所述反应单元，用于将所述荧光素-荧光素酶试剂输送入所述反应单元。

3.根据权利要求2所述的菌种丰度监测系统，其特征在于，所述试剂供应单元包括气液混合模块和雾化模块；

所述气液混合模块用于混合所述荧光素-荧光素酶试剂和空气以形成气液混合物，所述气液混合物经所述雾化模块雾化后与所述菌种样品进行反应。

4.根据权利要求3所述的菌种丰度监测系统，其特征在于，所述系统包括固液分离单元，用于排出所述反应单元内的液体。

5.根据权利要求4所述的菌种丰度监测系统，其特征在于，所述固液分离单元包括空气供应模块，所述空气供应模块连接所述控制单元和所述反应单元；

所述空气供应模块将具有压力的空气输送入所述反应单元以通过空气压力分离微生物和所述反应单元中的液体，分离的所述液体经排液管排出。

6.根据权利要求5所述的菌种丰度监测系统，其特征在于，所述气液混合模块中的空气来自所述空气供应模块。

7.根据权利要求1所述的菌种丰度监测系统，其特征在于，所述反应单元设有破碎模块，用于破碎所述菌种样品中的微生物细胞。

8.根据权利要求1所述的菌种丰度监测系统，其特征在于，所述系统包括清洗单元，所述清洗单元连接所述控制单元和反应单元，用于将清洗剂输送入所述反应单元以对其进行清洗。

9.根据权利要求1所述的菌种丰度监测系统，其特征在于，所述进样单元包括过滤模块，用于过滤所述菌种样品中的固体颗粒物。

10.一种菌种丰度监测方法，其特征在于，所述方法在权利要求1至9任一项所述的系统中实施，所述方法包括以下步骤：

S1.将取自微生物除臭设备内的菌种样品输送入反应单元，并排出所述反应单元腔室内的液体；

S2.记录步骤S1时段内的所述菌种样品的温度变化，取平均值C1；

S3.将荧光素-荧光素酶试剂输送入所述反应单元，启动破碎模块使所述菌种样品中的微生物发生细胞裂解并与所述荧光素-荧光素酶试剂充分混合、反应；

S4.记录步骤S3中所述菌种样品的温度变化，取最高值C2；

S5.根据C2与C1的差值计算所述菌种样品中的ATP含量，根据所述ATP含量计算出所述菌种样品中的微生物数量。