一种消除磁场影响的控温型生物膜培养实验方法及其装置制造方法及图纸

技术编号:13897545 阅读:93 留言:0更新日期:2016-10-25 06:28
一种消除磁场影响的控温型生物膜培养实验方法及其装置,所述的方法包括以下步骤:在进水箱内装入液体,使得液体的液面达到预设位置;设好生物膜培养所需因素的参数;进水箱内的液体引入消磁后的反应罐内并加热;转动生物膜培养片,对生物膜培养片表面的微生物进行培养;装置包括储水单元、反应单元和控制单元,储水单元与反应单元管路连接,控制单元设置在储水单元与反应单元之间储水单元包括进水箱和用于注入液体的刻度管;反应单元包括反应罐、电动搅拌器、固定支架、磁屏蔽罩和至少一个生物膜培养片;控制单元包括带控制板的PLC主控箱、液位警报器、蠕动泵和加热器。本发明专利技术的有益效果是:能消除磁场、精准控制培养条件的消除磁场影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种消除磁场影响的控温型生物膜培养实验方法及其装置
技术介绍
供水管道中的生物膜吸附着重金属、有毒的消毒副产物等物质,同时还为微生物提供生长繁殖的场所,部分微生物属于致病菌,存在潜在致病风险。在水体处于滞流或者水流流速骤变的情况下,生物膜中的致病菌或有毒有害物质将释放到水体中严重威胁到人体健康。因此,生物膜逐渐成为研究的热点,而生物膜中的成分受多种因素的影响如温度,水流切应力以及水力停留时间等,但是,在实际管道中无法控制水温、水力停留时间、水体切应力等因素,所以在生物膜培养装置中控制水温和水力条件以研究其对生物膜的生长影响显得非常有必要。但是,目前现有的小型生物膜培养装置存在以下几个缺陷:1)温度不可控(温度是影响生物膜培养的最关键因素),在冬季水温较低时微生物生长缓慢甚至大量死亡,而常规加热器致使反应器水体受热不均匀影响微生物的生长;2)常规加热器和电动搅拌器会激发产生磁场影响微生物的生长;3)传统反应器采用电动机搅拌桨旋转带动水体旋转,模拟实际管道水体对生物膜培养片的切应力,但是由于水体并非刚体,反应器中水体切应力的大小从中心向两边呈逐渐递减趋势,这将导致预期实验结果与实际在一定程度上存在差异。为解决上述问题,设计一种消除磁场影响的可控温新型供水管道生物膜培养小型实验装置。
技术实现思路
本专利技术针对目前的小型生物膜培养过程中存在磁场干扰、无法控制水温、水力停留时间、水体切应力等因素的问题,提出了一种能消除磁场、精准控制培养条件的消除磁场影响的控温型生物膜培养实验方法及其装置。本专利技术所述的一种消除磁场影响的控温型生物膜培养实验方法,包括以下步骤:1)在进水箱内装入液体,并使得液体的液面达到预设的液面位置;2)设定好生物膜培养所需因素的参数,所述的参数包括预先计算好的反应罐内的进水流量与水力停留时间的数学关系式 Q = 1000 V 60 t h ]]>式中Q为进水流量(mL/min),罐内工作体积V(L),th水力停留时间(h);生物膜培养片的速度和水流切应力之间的数学关系式 τ = fρv 2 2 ]]>式中τ为水流剪切力(N/m2),f范宁摩擦系数,v为生物膜培养片的速度v(m/s);ρ为反应罐内水密度(kg/m3) f = 0.0791 Re 0.25 ]]> Re = v ρ R μ ]]>式中Re为雷诺数,ρ水密度(kg/m3),R为水力半径(m),μ动力粘度(Pa·s); v = 2 π N r 60 ]]>式中v为生物膜培养片的速度v(m/s);N为转速(rpm),r为生物膜培养片到转轴中心的距离(m);以及反应罐内的水力停留时间、水流切应力、水温和低液位的数值;3)设定完所需参数之后,将进水箱内的液体引入消磁后的反应罐内,待反应罐注满之后开始加热直至罐内液体达到设定温度;整个培养过程保持进水箱内液面恒定;整个过程中反应罐内始终充满液体,溢出的液体从反应罐的出水口排出;即,当进水箱中的液位超出液位警报器预设的最大值或者低于液位警报器预设的最小值时发出警报声,同时整个装置运行停止;进水箱内注入液体待进水箱的水位到达预设工作水位时停止加水,装置重新开始启动运行;4)转动生物膜培养片,对生物膜培养片表面的微生物进行培养,得到需要的微生物;其中培养过程中的参数根据微生物种类进行调整。本专利技术所述的一种消除磁场影响的控温型生物膜培养实验方法构建的装置,包括储水单元、反应单元和控制单元,所述的储水单元与所述的反应单元管路连接,所述的控制单元设置在储水单元与反应单元之间,其特征在于:所述的储水单元包括进水箱和用于注入液体的刻度管,所述的刻度管设置在所述的进水箱的外部,并且所述的刻度管底部与所述的进水箱底部连通;所述的反应单元包括反应罐、电动搅拌器、固定支架、磁屏蔽罩和至少一个生物膜培养片,所述的电动搅拌器安装在位于反应罐的顶部的固定支架上,并且所述的电动搅拌器的外部罩有磁屏蔽罩,所述的电动搅拌器的搅拌轴穿过所述的反应罐的顶部与所述的生物膜培养片固接;所述的控制单元包括带控制板的PLC主控箱、液位警报器、蠕动泵和加热器,所述的加热器的凹槽内装有所述的反应罐,所述的加热器的凹槽内壁设有两根反向缠绕的电阻丝,并且所述的电阻丝与加热器凹槽内壁贴合;所述的液位警报器设置在所述的进水箱的上部;所述的蠕动泵的进液口与所述的进水箱的出液口管路连接,所述的蠕动泵的出液口与所述的反应罐的进液口管路连接;所述的液位警报器、蠕动泵、加热器以及反应单元的电动搅拌器分别与所述的PLC主控箱相应的端口电路相连。所述的加热器上配有温度报警器,并且所述的温度报警器的控制端与所述的PLC主控箱相应的端口电路连接。所述的生物膜培养片包括四角星形柱状体和连接轴,所述的连接轴的上端与所述的电动搅拌器的搅拌轴固接,所述的连接轴的下端与所述的四角星形柱状体转动连接,并且所述的四角星形柱状体的内壁凹凸不平。所述的反应罐的顶部设有4个所述的生物膜培养片。所述的电动搅拌器的搅拌轴通过轴承与所述的生物膜培养片固接;所述的轴承与所述的反应罐之间配有密封垫。所述的磁屏蔽罩为坡莫合金屏蔽罩。所述的PCL主控箱上设有自动档和手动档,生物膜培养装置的工作状态可进行切换,蠕动泵进水量、电动搅拌器的旋转速度、加热器的温度、液位报警器的水位均通过PCL主控箱上的触摸屏进行手动设置。具体的,所述的加热器可均衡对反应罐进行加热,温差控制在±0.5摄氏度,同时加热器还设有温度警报装置,一旦监测到的温度远高于设定温度则发出检修警报;所述的进水箱外部装有带有容积刻度的透明塑料刻度管,易于加药配置实验所需水质水体;所述的轴承与反应罐之间设置有密封垫,且轴承和反应罐都采用金属不锈钢材质;所述的加热器内壁凹槽是由两根反向缠绕的电阻丝均匀缠绕,使其通过反应罐的磁通量为零以避免磁场对微生物生长造成影响;所述的电动搅拌器与装有生物膜培养片的轴承直接相连接,运行时以带动整个生物膜培养片转动,在电动搅拌器外加有一个坡莫合金屏蔽罩,用来消除电动搅拌器内通电线圈激发产生的磁场对反应罐内微生物生长的影响;所述的生物膜培养片采用四角星形柱状体,表面较为凹凸不平易于更多量的微生物的附着与生长,同时生物膜培养片被电动搅拌器带动转动时,其自身也可绕轴转动以确保柱状体的四个面均可受水力剪切力的作用;所述的PLC主控箱中预先存入预先计算好的进水流量与水力停留时间的数学关系式、电动机搅拌速度和水流切应力之间的数学关系式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除磁场影响的控温型生物膜培养实验方法,包括以下步骤:1)在进水箱内装入液体,并使得液体的液面达到预设的液面位置;2)设定好生物膜培养所需因素的参数,所述的参数包括预先计算好的反应罐内的进水流量与水力停留时间的数学关系式Q=1000V60th]]>式中Q为进水流量(mL/min),罐内工作体积V(L),th水力停留时间(h);生物膜培养片的速度和水流切应力之间的数学关系式τ=fρv22]]>式中τ为水流剪切力(N/m2),f范宁摩擦系数,v为生物膜培养片的速度v(m/s);ρ为反应罐内水密度(kg/m3)f=0.0791Re0.25]]>Re=vρRμ]]>式中Re为雷诺数,ρ水密度(kg/m3),R为水力半径(m),μ动力粘度(Pa·s);v=2πNr60]]>式中v为生物膜培养片的速度v(m/s);N为转速(rpm),r为生物膜培养片到转轴中心的距离(m);以及反应罐内的水力停留时间、水流切应力、水温和低液位的数值;3)设定完所需参数之后,将进水箱内的液体引入消磁后的反应罐内,待反应罐注满之后开始加热直至罐内液体达到设定温度;整个培养过程保持进水箱内液面恒定;整个过程中反应罐内始终充满液体,溢出的液体从反应罐的出水口排出;4)转动生物膜培养片,对生物膜培养片表面的微生物进行培养,得到需要的微生物;其中培养过程中的参数根据微生物种类进行调整。...

【技术特征摘要】
1.一种消除磁场影响的控温型生物膜培养实验方法,包括以下步骤:1)在进水箱内装入液体,并使得液体的液面达到预设的液面位置;2)设定好生物膜培养所需因素的参数,所述的参数包括预先计算好的反应罐内的进水流量与水力停留时间的数学关系式 Q = 1000 V 60 t h ]]>式中Q为进水流量(mL/min),罐内工作体积V(L),th水力停留时间(h);生物膜培养片的速度和水流切应力之间的数学关系式 τ = fρv 2 2 ]]>式中τ为水流剪切力(N/m2),f范宁摩擦系数,v为生物膜培养片的速度v(m/s);ρ为反应罐内水密度(kg/m3) f = 0.0791 Re 0.25 ]]> Re = v ρ R μ ]]>式中Re为雷诺数,ρ水密度(kg/m3),R为水力半径(m),μ动力粘度(Pa·s); v = 2 π N r 60 ]]>式中v为生物膜培养片的速度v(m/s);N为转速(rpm),r为生物膜培养片到转轴中心的距离(m);以及反应罐内的水力停留时间、水流切应力、水温和低液位的数值;3)设定完所需参数之后,将进水箱内的液体引入消磁后的反应罐内,待反应罐注满之后开始加热直至罐内液体达到设定温度;整个培养过程保持进水箱内液面恒定;整个过程中反应罐内始终充满液体,溢出的液体从反应罐的出水口排出;4)转动生物膜培养片,对生物膜培养片表面的微生物进行培养,得到需要的微生物;其中培养过程中的参数根据微生物种类进行调整。2.根据权利要求1所述的一种消除磁场影响的控温型生物膜培养实验方法构建的装置,包括储水单元、反应单元和控...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈磊王磊申屠华斌柳景青彭宏熙张逸夫周云峰罗志逢
申请(专利权)人:浙江工业大学
类型:发明
国别省市:浙江;33

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