一种测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置和方法，该装置包括测量机构和定位机构，测量机构包括夹具、搅拌杯、搅拌桨、搅拌轴和驱动机构，夹具包括外夹板和内夹板，内夹板中央设有通孔，外夹板和内夹板可贴合并弯曲成圆筒状的夹具，搅拌杯呈圆筒状，定位机构包括底板和顶板，搅拌杯放置于底板上，驱动机构安装于顶板上，搅拌桨固定于搅拌轴上，搅拌桨位于搅拌杯的正上方，搅拌轴的上端与驱动机构连接。该方法为：1、建立标准曲线；2、制作附着物样本；3、固定附着物样本；4、搅拌测量；5、最终脱落率的获取；6、动态脱落过程的获取。本发明专利技术简单，能够检测不同流体条件下附着物的粘附强度和动态脱落过程。

【技术实现步骤摘要】
一种测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置和方法
本专利技术属于水环境治理
，本专利技术涉及一种测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置和方法。
技术介绍
在污水处理领域，生物膜法为较为优越的处理方法。生物膜法利用藻细胞可同时去除N和P，且工艺操作较简单。生物膜法中，藻细胞对的吸收机制尤为高效和突出，它从环境中吸收的远超过其正常生长对正磷酸盐的需求，过量的被藻细胞吸收、积聚。这种独特的功能极大地提高了微藻对废水中磷的去除效率。因此，单纯微藻系统或菌藻系统的引入，近年来成为解决传统活性污泥法深度处理不同有机废水局限的新思路。微藻生物膜法虽然具有耐冲击负荷，占地面积小，污泥膨胀率低等优点，然而在水力冲击下附着物容易从生物载体表面脱落，使得出水澄清度低，出水水质不稳定。目前测定细胞间连接的方法主要为定性实验或半定量实验，基本原理为提供机械干扰，如摇晃或水流冲击，对脱落情况进行观察(如颜色深浅等)，这些方法存在以下缺点：1、对于附着物粘附情况只能主观判断或比较，缺少定量方法；2、摇晃和水流冲击都难以保证多次平行重复，且施加的干扰力不可定量测定，物理意义不明确。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置和方法，该装置结构简单，使用方便，能够实时检测不同流体条件下的脱落情况。该方法简单，操作方便，可以测得附着物的粘附强度和动态脱落过程。实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为：r>一种测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置，包括测量机构和定位机构，测量机构包括夹具、搅拌杯、搅拌桨、搅拌轴和驱动机构，夹具包括外夹板和内夹板，内夹板中央设有通孔，外夹板和内夹板均具有弹性，外夹板和内夹板可紧密贴合并弯曲成圆筒状的夹具，搅拌杯呈圆筒状，夹具的外径与搅拌杯的内径的相配合，定位机构包括底板和顶板，搅拌杯放置于底板上，驱动机构安装于顶板上，搅拌轴竖直设置，搅拌桨固定于搅拌轴的下端上，搅拌桨位于搅拌杯的正上方，搅拌轴的上端与驱动机构连接，驱动机构驱动搅拌轴旋转的同时还可驱动搅拌轴上下移动。所述的驱动机构包括丝杠导轨、固定座和搅拌电机，丝杠导轨包括步进电机、导轨、丝杠和滑块，导轨固定于顶板上，丝杠竖直设置，固定座与滑块固定连接，搅拌电机固定于固定座上，搅拌轴的上端与搅拌电机的输出轴连接。所述的驱动机构还包括固定支架，固定支架包括支撑竖板和支撑斜板，支撑斜板和支撑竖板的顶部分别固定于顶板上，支撑斜板的底部与导轨连接，步进电机安装于顶板上，步进电机的输出轴穿过顶板与丝杠的一端连接。所述的通孔为圆孔。定位机构为测量箱，底板上设有凹槽，搅拌杯放置于凹槽上。还包括在线分析机构，在线分析机构为高速相机和图像处理模块，夹具和搅拌杯均呈透明状，高速相机安装于搅拌杯外，高速相机的镜头正对着搅拌杯。所述的测量机构和高速相机有多个，测量机构和高速相机的个数相同。一种测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的方法，包括如下步骤：1、制作附着物样本：将附着物粘附在载体上，制成附着物样本；2、固定附着物样本：将外夹板放置于水平面上，在外夹板上放置附着材料样本，使附着物样本的待测面朝上，将内夹板放置于附着物样本的待测面上，使外夹板和内夹板贴合并夹住附着材料样本，同时使通孔处露出附着材料样本的待测面，将外夹板和内夹板同时弯曲形成圆筒状的夹具，将夹具放置搅拌杯内，使外夹板与搅拌杯内壁紧密贴合；3、搅拌测量：3.1、向搅拌杯中注入工作液体至设定体积V1，使附着物样本的待测面淹没入工作液体中，将搅拌杯放置于底板上，调整驱动机构，使搅拌桨浸没于搅拌杯的工作液体中；3.2、高速相机对搅拌杯中的液体进行实时拍照，高速相机将拍摄的实时图像传输给图像处理模块，图像处理模块对实时图像进行灰度处理，二值化得到附着物颗粒的实时二值化图像，图像处理模块对附着物颗粒进行实时计数，得到实时图像中附着物颗粒的实时个数Mt；3.3、高速相机视野面积为S，景深为H，有效取样体积Ve＝S×H，则附着物的实时脱落数量Nt＝Mt/Ve×V1；4、附着物最终脱落率的获取：4.1、搅拌完成后，将附着物样本拿出，用高速相机对搅拌杯中的液体进行拍照，得到第一图像，图像处理模块对第一图像进行分析处理，得到第一图像中附着物颗粒的个数M1，从而得到附着物最终的脱落数量N1＝M1/Ve×V1；4.2、将附着物样本放置于体积为V2的清洗液中，采用超声波将附着物样本上剩余的附着物全部洗脱下来，用高速相机对超声后的液体进行拍照，得到第二图像，图像处理模块对第二图像进行分析处理，得到第二图像中附着物颗粒的个数M2，从而得到剩余的附着物的数量为N2＝M2/Ve×V2；4.3、最终脱落率的计算公式为：η＝N1/(N1+N2)＝(M1/Ve×V1)/((M1/Ve×V1)+(M2/Ve×V2))＝M1×V1/(M1×V1+M2×V2)；5、动态脱落过程的获取：实时脱落率的计算公式为：ηt＝Nt/(Nt+N2)＝(Mt/Ve×V1)/((Mt/Ve×V1)+(M2/Ve×V2))＝Mt×V1/(Mt×V1+M2×V2)；以时间为横坐标，以实时脱落率为纵坐标，建立脱落率与时间的曲线，从而得知附着物动态脱落过程。所述的附着物为细胞、生物膜、粘性蛋白或颗粒物，载体为附着物附着的介质，若为测定细胞间粘接情况，则载体为基质细胞，若为测量生物膜附着，则载体为生物膜生长的基质，若为测定颗粒物粘附情况，则载体为颗粒物粘附的任何基质。与现有技术相比，本专利技术的有益效果和优点在于：1、该装置结构简单，设置了测量机构和在线分析机构，通过测量机构可调整施加在附着物表面的剪切大小和作用方式(连续、间歇等)，从而测定不同流体条件下附着物的粘附程度，通过在线分析机构可实时检测流体中附着物的脱落情况。2、该装置测量机构和在线分析机构可设置多个，可进行多样品同时测定，实现不同样品在不同的流体条件下的同时测定。3、该方法可进行定量测定，明确提出“脱落率”概念，即脱落的附着物所占的比例，可以量化评估附着物的粘附强度。4、该方法通过调整测量机构，使得施加在附着物表面流体的剪切力可控、可随意调整，可以多次平行重复测定试验，从而使测得的结果准确可靠，精度高。附图说明图1为测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置的结构示意图。图2为夹具的结构示意图。图3为内夹板的结构示意图。图4为不同载体对菌藻附着物的影响图。其中，1-搅拌杯、2-搅拌桨、3-搅拌轴、4-夹具、5-外夹板、6-内夹板、7-通孔、8-步进电机、9-导轨、10-丝杠、11-滑块、12-固定座、13-搅拌电机、14-测量箱、15-底板、16-顶板、17-凹槽、18-竖支撑板、19-斜支撑板、20-高速相机。...

【技术保护点】
1.一种测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置，其特征在于：包括测量机构和定位机构，测量机构包括夹具、搅拌杯、搅拌桨、搅拌轴和驱动机构，夹具包括外夹板和内夹板，内夹板中央设有通孔，外夹板和内夹板均具有弹性，外夹板和内夹板可紧密贴合并弯曲成圆筒状的夹具，搅拌杯呈圆筒状，夹具的外径与搅拌杯的内径的相配合，定位机构包括底板和顶板，搅拌杯放置于底板上，驱动机构安装于顶板上，搅拌轴竖直设置，搅拌桨固定于搅拌轴的下端上，搅拌桨位于搅拌杯的正上方，搅拌轴的上端与驱动机构连接，驱动机构驱动搅拌轴旋转的同时还可驱动搅拌轴上下移动。/n

【技术特征摘要】
1.一种测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置，其特征在于：包括测量机构和定位机构，测量机构包括夹具、搅拌杯、搅拌桨、搅拌轴和驱动机构，夹具包括外夹板和内夹板，内夹板中央设有通孔，外夹板和内夹板均具有弹性，外夹板和内夹板可紧密贴合并弯曲成圆筒状的夹具，搅拌杯呈圆筒状，夹具的外径与搅拌杯的内径的相配合，定位机构包括底板和顶板，搅拌杯放置于底板上，驱动机构安装于顶板上，搅拌轴竖直设置，搅拌桨固定于搅拌轴的下端上，搅拌桨位于搅拌杯的正上方，搅拌轴的上端与驱动机构连接，驱动机构驱动搅拌轴旋转的同时还可驱动搅拌轴上下移动。


2.根据权利要求1所述的测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置，其特征在于：所述的驱动机构包括丝杠导轨、固定座和搅拌电机，丝杠导轨包括步进电机、导轨、丝杠和滑块，导轨固定于顶板上，丝杠竖直设置，固定座与滑块固定连接，搅拌电机固定于固定座上，搅拌轴的上端与搅拌电机的输出轴连接。


3.根据权利要求2所述的测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置，其特征在于：所述的驱动机构还包括固定支架，固定支架包括支撑竖板和支撑斜板，支撑斜板和支撑竖板的顶部分别固定于顶板上，支撑斜板的底部与导轨连接，步进电机安装于顶板上，步进电机的输出轴穿过顶板与丝杠的一端连接。


4.根据权利要求1所述测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置，其特征在于：所述的通孔为圆孔。


5.根据权利要求1所述的测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置，其特征在于：定位机构为测量箱，底板上设有凹槽，搅拌杯放置于凹槽上。


6.根据权利要求1所述的测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置，其特征在于：还包括在线分析机构，在线分析机构为高速相机和图像处理模块，夹具和搅拌杯均呈透明状，高速相机安装于搅拌杯外，高速相机的镜头正对着搅拌杯。


7.根据权利要求6所述的测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的装置，其特征在于：所述的测量机构和高速相机有多个，测量机构和高速相机的个数相同。


8.一种测定液体环境下附着物粘附强度及动态脱落过程的方法，其特征在于包括如下步骤：
8.1、制作附着物样本：
将附着物粘附在载体上，制成附着物样本；
8.2、固定附着物样本：
将外夹板放置于水平面上，在外夹板上放置附着材料样本，使附着物样本的待测面朝上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学治，周仁杰，
申请(专利权)人：中国科学院水生生物研究所，武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42