專利名稱：一種輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬管道微生物生長(zhǎng)的試驗(yàn)裝置，屬于環(huán)境技術(shù)和水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在輸水管道中，水中的懸浮菌容易附著到營(yíng)養(yǎng)相對(duì)豐富的管壁表面，形成生物膜。 在城市供水管道中，管壁的生物膜中存在著各種致病菌，生物膜在水流剪切力的沖擊作用下老化脫落，細(xì)菌進(jìn)入水體中，導(dǎo)致水體變濁，色度及細(xì)菌總數(shù)增加，使水質(zhì)惡化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起飲用水的微生物風(fēng)險(xiǎn)。在工業(yè)循環(huán)冷卻水輸水管道中，如化工業(yè)，石油工業(yè)中的循環(huán)冷卻水輸送管道中，管壁生物膜的形成嚴(yán)重影響了管道的輸水功能，隱藏著不安全因素。評(píng)價(jià)生物膜引起的微生物學(xué)風(fēng)險(xiǎn)，研究生物膜的生長(zhǎng)特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸水管道中微生物再生長(zhǎng)的控制已經(jīng)成為各國(guó)研究人員共同關(guān)注的問(wèn)題。由于實(shí)際管網(wǎng)是一個(gè)封閉系統(tǒng)，在實(shí)際管網(wǎng)中很難控制微生物再生長(zhǎng)的條件及對(duì)生物膜形成過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因此建立一種模擬輸水管道中微生物再生長(zhǎng)的試驗(yàn)裝置是首要解決的問(wèn)題。目前的模擬系統(tǒng)主要有兩種管道模擬系統(tǒng)和反應(yīng)器模擬系統(tǒng)。管道模擬系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)化了的實(shí)際管網(wǎng)，長(zhǎng)度比實(shí)際管網(wǎng)短很多，在實(shí)驗(yàn)室中可以實(shí)現(xiàn)模擬實(shí)際管網(wǎng)中的水力條件，管道模擬系統(tǒng)又分為循環(huán)式和非循環(huán)式兩種。非循環(huán)式管道模擬系統(tǒng)占地面積大，且用水量大，試驗(yàn)成本高，循環(huán)式管道模擬系統(tǒng)雖然可節(jié)約用水和占地面積，但水力條件與實(shí)際管網(wǎng)存在較大的區(qū)別，嚴(yán)重影響研究和控制試驗(yàn)結(jié)果。反應(yīng)器模擬系統(tǒng)中比較有代表性的是AR(Annular Reactor)反應(yīng)器，該反應(yīng)器主要由反應(yīng)罐、轉(zhuǎn)子、電機(jī)、掛片、進(jìn)出水口和取樣口組成，轉(zhuǎn)子上掛有掛片以提供生物膜附著生長(zhǎng)的表面，轉(zhuǎn)子在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，掛片亦隨之旋轉(zhuǎn)，掛片起了攪拌反應(yīng)器中水的作用，使得掛片與水體的交界面之間產(chǎn)生剪切力，既可模擬管網(wǎng)中的水力條件，剪切力的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。反應(yīng)器運(yùn)行一段時(shí)間后，可從取樣口將掛片取出并對(duì)掛片表面附著的生物膜進(jìn)行分析。該反應(yīng)器模擬系統(tǒng)占地小，用水量少，設(shè)備費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用比較低，但是，該反應(yīng)器模擬系統(tǒng)具有以下缺點(diǎn)1、由于掛片設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，掛片表面形成的生物膜隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)容易被沖刷甩掉，2、掛片在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，承受離心力的作用，使得生物膜的生長(zhǎng)條件與實(shí)際管網(wǎng)內(nèi)的生長(zhǎng)條件發(fā)生改變，影響模擬研究結(jié)果。中國(guó)專利CN201003052Y公告了一種模擬管道生物膜試驗(yàn)反應(yīng)器，該容器包括帶有頂蓋的筒形容器本體，環(huán)繞筒形容器內(nèi)壁豎直加工有若干條用于插裝插片的導(dǎo)槽，作為生物膜生長(zhǎng)面的條板形插片分別插裝在各導(dǎo)槽內(nèi)，但該裝置存在如下缺陷，1、作為生物膜生長(zhǎng)面的條板形插片不容易取出，導(dǎo)致取樣不便，2、插槽在反應(yīng)器內(nèi)部屬于死角區(qū)域，這種區(qū)域容易營(yíng)造一個(gè)營(yíng)養(yǎng)相對(duì)豐富的環(huán)境，極易造成微生物過(guò)度滋生，使得插片表面的生物膜分析準(zhǔn)確度降低
發(fā)明內(nèi)容
為解決以上技術(shù)上的不足，本發(fā)明提供一種輸水管道微生物再生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器， 節(jié)約用水和占地面積，降低實(shí)驗(yàn)成本。該反應(yīng)器不僅能模擬實(shí)際輸水管道中水力條件，培育生物膜，而且掛片不隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，掛片受到水的剪切力更近似于實(shí)際輸水管道的管壁所受到剪切力，提高了模擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性、可靠性，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)無(wú)死角，取樣也更加方便。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，包括帶有頂蓋的圓筒形容器本體，其特征在于，在頂蓋上設(shè)有加藥口和取樣口，貫通頂蓋的中心軸孔垂直設(shè)置有驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸的下端連接有攪拌器，驅(qū)動(dòng)軸的上端與電機(jī)相連，容器本體的側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口與進(jìn)水管相連通，進(jìn)水管的管路上設(shè)置有流量計(jì)，在容器本體內(nèi)、攪拌器的上方設(shè)有圓形載板，載板的中心穿過(guò)驅(qū)動(dòng)軸，載板上均勻分布有環(huán)形排列的插孔，有供微生物附著生長(zhǎng)的垂直掛片穿過(guò)插孔懸掛在載板上，所述掛片在載板下方圍成一個(gè)筒狀空間。根據(jù)本發(fā)明，所述的掛片為長(zhǎng)方形，掛片上端有凸臺(tái)，凸臺(tái)長(zhǎng)度大于插孔的長(zhǎng)度或者寬度大于插孔寬度。掛片下部穿過(guò)插孔、掛片上端的凸臺(tái)卡在載板插孔上，使得掛片懸掛在載板上。根據(jù)本發(fā)明，在環(huán)繞容器本體的內(nèi)壁上，均勻分布設(shè)置有一圈3-5個(gè)凸起，所述載板安放在所述凸起上。便于載板拆卸，易于將載板取下進(jìn)行清洗。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述插孔為長(zhǎng)方形孔，長(zhǎng)度為17-20mm，寬度為5_10mm。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述插孔的數(shù)量為12-18個(gè)。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述插孔距離載板邊緣為5-10mm。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的載板距頂蓋的距離為40_50mm。優(yōu)選該距離能更方便從采樣口采樣。根據(jù)本發(fā)明，所述的掛片寬度小于插孔長(zhǎng)度即可。優(yōu)選的，所述的掛片寬度為 15-19mm。根據(jù)本發(fā)明，所述的掛片長(zhǎng)度小于載板距容器底部的距離，掛片的底邊位于進(jìn)水口上方。優(yōu)選的，所述的掛片的長(zhǎng)度為100-120mm。所述的取樣口為3-5個(gè)，優(yōu)選的，轉(zhuǎn)動(dòng)頂蓋后可使取樣口位于載板插孔的正上方。 優(yōu)選的，所述的加藥口和取樣口均配有橡膠塞。取下橡膠塞即可取樣，取樣口所在的頂蓋是可轉(zhuǎn)動(dòng)的，無(wú)需取下頂蓋，轉(zhuǎn)動(dòng)頂蓋將取樣口對(duì)準(zhǔn)載板插孔便可將一圈的掛片取出，通過(guò)加藥口進(jìn)行加藥可以模擬不同水質(zhì)參數(shù)及消毒劑對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響。所述的攪拌器為槳板式葉輪攪拌器。槳板式葉輪攪拌器的轉(zhuǎn)速通過(guò)電機(jī)可以控制，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以使容器中旋轉(zhuǎn)水流與掛片之間的剪切力改變。直至模擬反應(yīng)器中的水流剪切力與實(shí)際管道中的相等時(shí)，即可模擬水流在實(shí)際管道中的水力條件，可以模擬不同輸水管道中的水力條件。所述掛片的材料選自聚乙烯、硬質(zhì)聚氯乙烯、鑄鐵或不銹鋼。掛片可由不同材料制成，根據(jù)實(shí)際管網(wǎng)中管材情況的不同可選自不同材質(zhì)。所述的流量計(jì)為L(zhǎng)ZB-10玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，購(gòu)自沈陽(yáng)市北星流量?jī)x表廠。流量計(jì)可以調(diào)節(jié)控制反應(yīng)器的進(jìn)水流量，以模擬實(shí)際輸水管道中水流與單位長(zhǎng)度管壁的接觸時(shí)間或停留時(shí)間。本發(fā)明模擬管道微生物生長(zhǎng)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)原理如下
水力停留時(shí)間(HRT)是指水在反應(yīng)器內(nèi)平均停留時(shí)間；實(shí)驗(yàn)時(shí)模擬反應(yīng)器的進(jìn)水流量設(shè)為q，反應(yīng)器的有效容積為V，水力停留時(shí)間(HRT)為HRT = V/q 式(1)其中，HRT單位:h ；V單位=L ；q單位L/h。反應(yīng)器中水流剪切力(τ )的計(jì)算公式為T(mén) = Lfa-P.(2πω)2-r.(^0/式 C)其中，τ為剪切力，N/m2 ；r =轉(zhuǎn)子半徑，cm ； ω為轉(zhuǎn)速，單位r/min ； P 度，單位l(fkg/m3 ；fa為摩擦系數(shù)。公式O)引自論文魯巍.給水管網(wǎng)細(xì)菌生長(zhǎng)特性及其控制的研究[D] 華大學(xué)環(huán)境工程系，2005.由上述水流剪切的計(jì)算公式可以看出，剪切力的大小與進(jìn)水流量、攪拌器的轉(zhuǎn)速呈正比。通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)水流量、改變攪拌器的轉(zhuǎn)速，可使水與掛片之間達(dá)到不同的水流剪切力，當(dāng)反應(yīng)器中的水流剪切力與實(shí)際管道中的相等時(shí)，即可模擬水流在實(shí)際管道中流動(dòng)的情形。本發(fā)明的特點(diǎn)及優(yōu)良效果1、本發(fā)明的輸水管道模擬反應(yīng)器的掛片設(shè)置在載板上的插孔中，載板固定在容器本體的內(nèi)壁上，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)，載板固定不動(dòng)，避免了掛片隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)承受離心力的作用，使模擬反應(yīng)器中的水力條件更趨近于實(shí)際管網(wǎng)中的水力條件，防止生物膜隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)被沖甩掉；2、插孔在載板上呈環(huán)形排列，掛片之間組成圓筒狀空間使掛片近似于實(shí)際中的輸水管道管壁，掛片受到的水流剪切力，更近似于實(shí)際輸水管道的管壁所受到的剪切力，掛片上生物膜的生長(zhǎng)條件更接近于實(shí)際管道中生物膜的生長(zhǎng)條件，有利于培育生物膜。另一方面還保證了掛片能有最大的表面與水流接觸供生物膜生長(zhǎng)。3、掛片凸臺(tái)的長(zhǎng)度大于長(zhǎng)方形插孔的長(zhǎng)度或凸臺(tái)的寬度大于長(zhǎng)方形插孔的寬度， 掛片在插孔中固定得更穩(wěn)定，不容易被水流沖掉，同時(shí)取樣也更加方便，直接鑷子夾持住掛片凸臺(tái)部將其直接取出，不會(huì)破壞附著在掛片下部的生物膜，提高研究和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。4、插孔距輸水管道模擬反應(yīng)器的容器內(nèi)壁有一定距離，防止掛片貼在反應(yīng)器的內(nèi)壁上，避免插片設(shè)置在容器體壁上而造成的死角區(qū)域，提高了掛片表面的生物膜分析準(zhǔn)確度。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是容器本體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實(shí)施例1的載板、插孔分布結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是實(shí)施例1的掛片的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1、頂蓋；2、取樣口 ；3、電機(jī)；4、驅(qū)動(dòng)軸；5、攪拌器；6、載板；7、掛片；8、插孔； 9、進(jìn)水口 ；10、出水口 ；11、流量計(jì)；12、加藥口。
為液體密 北京清
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)地說(shuō)明，但不限于此。實(shí)施例1一種輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，包括帶有頂蓋1的圓筒形容器本體，在頂蓋1上設(shè)置有加藥口 12和取樣口 2，加藥口和取樣口 2處設(shè)置有橡膠塞，取樣口為3個(gè)，取下橡膠塞即可取樣，頂蓋1可以轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)需取下頂蓋1，便可以將樣品逐一取出，通過(guò)加藥口 12進(jìn)行加藥可以模擬不同水質(zhì)參數(shù)及消毒劑對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響。貫通頂蓋1的中心軸孔垂直設(shè)置有驅(qū)動(dòng)軸4，驅(qū)動(dòng)軸4的下端位于容器本體的內(nèi)部，驅(qū)動(dòng)軸4的上端與電機(jī)3相連，驅(qū)動(dòng)軸4的下端連接有攪拌器5，攪拌器5為槳板式葉輪攪拌器，通過(guò)電機(jī)3控制轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以使容器中旋轉(zhuǎn)水流與掛片之間的剪切力改變。在容器本體內(nèi)部攪拌器5的上方還設(shè)置有半徑為75mm的圓形載板6，驅(qū)動(dòng)軸4貫穿載板6的中心，載板6距頂蓋1的距離為45mm。環(huán)繞容器本體的內(nèi)壁上設(shè)置有處于同一高度的3個(gè)凸起，載板6卡放在凸起上，此種設(shè)計(jì)載板拆卸方便，易于將載板6取下進(jìn)行清洗。載板6上均勻分布有一圈插孔8，轉(zhuǎn)動(dòng)頂蓋1可使取樣口 2位于插孔8的正上方，插孔 8中插有供微生物附著生長(zhǎng)的掛片7，容器本體的側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)水口 9和出水口 10，進(jìn)水口 9與進(jìn)水管相連通，進(jìn)水管的管路上設(shè)置有流量計(jì)11。流量計(jì)11為L(zhǎng)ZB-10玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)(沈陽(yáng)市北星流量?jī)x表廠)。流量計(jì)11可以調(diào)節(jié)控制反應(yīng)器的進(jìn)水流量，以模擬實(shí)際輸水管道中水流與單位長(zhǎng)度管壁的接觸時(shí)間或停留時(shí)間。所述插孔8在載板6上排列呈圓環(huán)形，插孔8為長(zhǎng)17mm，寬5mm的長(zhǎng)方形孔，插孔 8的數(shù)量為12個(gè)。插孔8距載板6邊緣的距離為5mm，如圖3所示。所述掛片的材料選自聚氯乙烯(PVC)，掛片7上端有凸臺(tái)，凸臺(tái)長(zhǎng)度大于插孔的長(zhǎng)度或者寬度大于插孔8寬度。 掛片7下部穿過(guò)插孔、掛片上端的凸臺(tái)卡在載板插孔8上，使得掛片懸掛在載板上。掛片7 呈長(zhǎng)方形，寬度為15mm，長(zhǎng)度為110mm，掛片7的底邊位于進(jìn)水口 9的上方，如圖4所示。由于載板固定，掛片插在載板上的插孔中，避免了掛片隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使模擬反應(yīng)器中的水力條件更趨近于實(shí)際管網(wǎng)中的水力條件，同時(shí)，此種設(shè)計(jì)取樣也更加方便，可用鑷子夾持住掛片凸臺(tái)部將其直接取出，不會(huì)破壞附著載片上的生物膜，提高研究和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。實(shí)施例2、一種輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，所不同的是在頂蓋1上設(shè)有5個(gè)取樣口 2，半徑為80mm的圓形載板6距頂蓋1的距離為50mm ；插孔8呈長(zhǎng)方形，該長(zhǎng)方形插孔的長(zhǎng)度為20mm，寬度為10mm，插孔的數(shù)量為18個(gè)。 插孔8距載板6周邊的距離10mm，掛片寬度為18mm，長(zhǎng)度為120mm。環(huán)繞容器本體的內(nèi)壁上設(shè)置有處于同一高度的5個(gè)凸起，5個(gè)凸起處于同一平面上，載板6卡在凸起上。
權(quán)利要求
1.一種輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，包括帶有頂蓋的圓筒形容器本體，其特征在于，在頂蓋上設(shè)有加藥口和取樣口，貫通頂蓋的中心軸孔垂直設(shè)置有驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸的下端連接有攪拌器，驅(qū)動(dòng)軸的上端與電機(jī)相連，容器本體的側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口與進(jìn)水管相連通，進(jìn)水管的管路上設(shè)置有流量計(jì)，在容器本體內(nèi)、攪拌器的上方設(shè)有圓形載板，載板的中心穿過(guò)驅(qū)動(dòng)軸，載板上均勻分布有環(huán)形排列的插孔，有供微生物附著生長(zhǎng)的垂直掛片穿過(guò)插孔懸掛在載板上，所述掛片在載板下方圍成一個(gè)筒狀空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，其特征在于，所述的掛片為長(zhǎng)方形，掛片上端有凸臺(tái)，凸臺(tái)長(zhǎng)度大于插孔的長(zhǎng)度或者寬度大于插孔寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，其特征在于，在環(huán)繞容器本體的內(nèi)壁上均勻分布設(shè)置有一圈3-5個(gè)凸起，所述載板安放在所述凸起上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，其特征在于，所述載板插孔為長(zhǎng)方形孔，長(zhǎng)度為17-20mm，寬度為5_10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，其特征在于，所述插孔的數(shù)量為12-18個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，其特征在于，所述插孔距離載板邊緣為5-10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，其特征在于，所述的載板距頂蓋的距離為40-50mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，其特征在于，所述的掛片寬度小于插孔長(zhǎng)度，優(yōu)選的，掛片寬度為15-19mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，其特征在于，所述的掛片長(zhǎng)度小于載板距容器底部的距離，優(yōu)選的，掛片的長(zhǎng)度為100-120mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸水管道微生物生長(zhǎng)模擬反應(yīng)器，其特征在于，所述的取樣口為3-5個(gè)，轉(zhuǎn)動(dòng)頂蓋取樣口位于載板插孔的正上方；優(yōu)選的，所述的加藥口和取樣口均配有橡膠塞。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬管道微生物生長(zhǎng)的試驗(yàn)裝置。它包括帶有頂蓋的圓筒形容器本體、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的攪拌器、進(jìn)水口和出水口，在容器本體內(nèi)部攪拌器的上方設(shè)置有載板，載板上均勻分布有插孔，有供微生物附著生長(zhǎng)的垂直掛片穿過(guò)插孔懸掛在載板上，所述掛片在載板下方圍成一個(gè)筒狀空間。本發(fā)明不僅能模擬實(shí)際輸水管道中水力條件，培育生物膜，而且掛片固定得更加穩(wěn)定，取樣也更加方便，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)無(wú)死角，提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。
文檔編號(hào)C12M1/00GK102268364SQ201110194708
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者李力, 王夢(mèng)蕙, 陳璐 申請(qǐng)人:山東大學(xué)