專利名稱：一種野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及環境污染監測與評價和生態恢復領域，用于以生物膜為對象的生態監測，可實現在野外快速的天然水體中生物膜采集器的懸掛和洗脫，完成生物膜的采集。
背景技術：
水體中現有的生物群都是長期地理變遷和生物進化的結果，監測和評價水生態系統健康的最直接和有效的方法就是對生態系統中的生物狀態進行監測。與化學或物理檢測相比，生物群落是對水體中各種化學、物理、生物因子的綜合直接的反應，更能體現水生生態系統的健康狀態。因此生物評價法已經成為評價生態系統健康狀況的重要手段。生物膜由于分布廣，體積小，生命周期短，對各種人為干擾敏感，近年來逐漸成為水質生物監測與評價的重要手段。目前應用于生態監測研究以人工基質暴露培養為主，培養一定時間后還需回到實驗室進行生物膜刮取，需要較高人力投入，自動化水平低。且在野外采集時都需要人工操作，在復雜地形的條件下，難以找到合適的采樣器懸掛裝置。因此在生態監測中急需開發集懸掛和洗脫于一體的采集裝置。從而進行生物膜監測用于測試確定水質和生態系統健康狀態。張萬友等人O000)研究開發了一種新型好氧生物膜過濾裝置，能有效地降低污水中的CODCr、B0D5、NH3-N和SS等；楊宇等人Q010)采用多孔彈性材料設計了一種新型生物膜一體化裝置，并利用該裝置對堿法草漿中段廢水進行處理實驗；凱利· S ·史密斯和克勞迪規·德蘇扎在公開號為CN1446314的專利中公開了一種方法和裝置，用于測定不同試劑對生物材料(生物膜)的生長、微生物影響的腐蝕及有機和無機污染物的沉積的影響； Hadi R等人Q010)比較了兩種生物反應器檢測方法，使用醫療器械清潔劑去除生物膜。但目前的生物膜培養和過濾裝置都存在以下缺點(1)儀器多用于實驗室培養和監測，不方便與野外培養和提取生物膜；O)由于水體生物膜結構與功能變化與水深、光照強度和溫度密切相關，不同水深的生物膜可提供重要的生態信息為管理服務，而現有的生物膜培養與采集裝置不能同時滿足野外操作方便與采集不同水深的生物膜要求。本發明的目的就是為了克服上述不足，構建一套野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置。
發明內容
本發明的目的是提供一種可以在野外懸掛生物膜采集器并洗脫的裝置。此裝置可以解決在野外培養和采集不同水深的生物膜并完成洗脫的要求。為達到上述目的，本發明采用了如下技術方案野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置由采集車和洗脫器兩部分組成(見附圖1)。采集車由掛鉤(1)、浮漂(2)、滑輪(3)、防水線(4)、伸縮臂(5)、繞線軸(6)、手柄(7)、支撐架 (8)、旋轉軸(9)、暗插銷(10)、定位圓盤(11)、底盤車(12)和水平調節絲桿(13)構成，洗脫器由超聲波清洗儀(14)、開關(15)、水泵(16)、排水管(17)和底盤(18)構成，通過螺絲將清洗儀、水泵固定在底盤上，再將整個裝置固定在采集車上。底盤車是整個裝置的承載工具，可攜帶整個裝置移動，旋轉伸展臂及吊掛裝置用以吊掛采樣器向指定位置固定，清洗及排水裝置可完成超聲波清洗采集片并將溶解液排入到容器中。本發明的效果和益處是，由于浮漂的設計解決了在野外采樣過程中，能夠保證放置在水中的采樣器始終在水面以下固定的深度富集生物膜使生物膜在較為穩定的陽光、溫度、光線和水文條件下生長。解決了當生態水位變化時，水中采樣器在水面以下深度變化的問題。本發明伸縮臂的設計可以使采樣器與岸邊保持一定距離，旋轉伸展臂收起時長度 1200mm，最大伸展有效臂長(外管加內管)2000mm。旋轉軸的設計解決了將放置在水中的采樣器提出水面的問題，可使在岸邊的操作人員容易獲取到放置在水中的采樣器。與現有技術相比，本發明可準確采集不同水深的生物膜并在野外完成洗脫，易于懸掛及收取采集器，可調節采集器與岸邊距離，在復雜地形條件下保證采樣裝置水平，且方便移動。本發明結構簡單、實用性強，與其他功能類似的裝置相比具有成本低廉、方便快捷等特點。可以廣泛應用于各種天然水體的生物膜培養，適用于環境科學與生態監測領域。
圖1野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置1為掛鉤，2為浮漂，3為滑輪，4為防水線，5為伸縮臂，6為繞線軸，7為手柄，8為支撐架，9為旋轉軸，10為暗插銷，11為定位圓盤，12為底盤車，13為水平調節絲桿，14為超聲波清洗儀，15為開關，16為水泵，17為排水管，18為底盤。圖2水質變化對生物膜的影響藻密度、葉綠素a、chlb/chla、多糖含量、堿性磷酸酶活性、β -葡萄糖苷酶活性和亮氨酸肽酶活性都與水質等級呈正相關關系，；而chlc/chla，細菌多樣性指數H，細菌均勻度指數E，細菌豐富度指數與水質等級呈負相關關系。夏季生物膜各指標都略高于冬季。圖3冗余分析結果示意圖生物膜的群落結構主要受溫度、溶解氧濃度、氟化物濃度、氨氮濃度，B0D5、營養狀態指數和透明度的影響，這些環境因子可以解釋生物膜60. 6%的變化。
具體實施例方式下面基于附圖詳細敘述本發明的原理和實施實例。本發明由掛鉤(1)、浮漂(2)、滑輪(3)、防水線(4)、伸縮臂(5)、繞線軸(6)、手柄(7)、支撐架(8)、旋轉軸(9)、暗插銷(10)、定位圓盤(11)、底盤車(12)、水平調節絲桿 (13)、超聲波清洗儀(14)、開關(15)、水泵(16)、排水管(17)和底盤(18)構成。儀器的整體尺寸是1350 X 600 X 680mm，底盤車(12)大小為1350 X 425 X沘0讓。伸縮臂(5)收起時長度1200mm，有效臂長1000mm，內管最大伸展值800mm，最大伸展有效臂長 (外管加內管)2000mm。底盤(18)直徑400mm，厚20mm，旋轉軸(9)長300mm。吊掛裝置牽引線長:3mX2，滑輪⑶直徑40，輪距145mm。超聲波清洗機外形和內槽尺寸分別為325 X 265 X 280mm和300 X 240 X 150_，排水管長800mm。底盤車(1 是整個裝置的承載工具，可攜帶整個裝置移動。旋轉伸展臂( 及吊掛裝置可吊掛采樣器向指定位置固定。清洗及排水裝置可清洗采集片并將溶解液排入到容器中。采樣之前，將整個裝置放置在岸邊，調節水平調節絲桿(1 ，保證整個裝置在有坡度的岸邊處于水平。通過搖動手柄(7)，可調節采樣器在水面下的深度，由于有浮漂O)，保證了采樣器在水面下的培養深度。可通過調節伸縮臂(5)的長度，將采樣器放置在距離岸邊的合適距離。固定暗插銷(10)后，伸縮臂(5)不動。經過一段時間的培養，搖動手柄(7)， 防水線通過繞線軸和滑輪，將采樣器提升出水面。拔下暗插銷(10)，以旋轉軸為支點旋轉伸縮臂180°。將采樣器取下，放到超聲波清洗儀中，打開清洗儀開關進行生物膜洗脫。洗脫完成后可通過排水裝置將溶解了生物膜的混合液排入容器中帶回實驗室進行生態監測。實施案例在河北省某個草型湖泊，利用本發明作為野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置，監測生物膜群落對復合污染的響應。以活性碳纖維為基質，培養10-15天，在不同季節布設采樣點采集生物膜，分析不同采樣點間生物膜結構功能變化，同時測定其水質變化，分析人為干擾對生物膜的效應。監測指標包括生物膜非灰干重(AFDW)，附著藻密度(AD)，葉綠素a，b，c (CHLA, CHLB, CHLC)， 葉綠素比值(CHLB/A，CHLC/A)，硅藻、綠藻、藍藻占總附著藻細胞的百分比(DIAT，CHOL, CYBA)，堿性磷酸酶活性(APA)，β-葡萄糖苷酶活性(GLU)，亮氨酸氨基肽酶活性(LEU)，多糖含量(POLY)，附著細菌shanon-wiener多樣性指數(H)，附著細菌均勻度指數(E)，附著細菌豐富度指數(Dmg)和附著細菌優勢度指數(d)。水質變化對生物膜的影響見附圖2.根據生物膜各指標與水質等級的比較，可以看出藻密度、葉綠素a、chlb/chla、多糖含量、堿性磷酸酶活性、β -葡萄糖苷酶活性和亮氨酸肽酶活性都與水質等級呈正相關關系，水質等級越高，以上各指標數值越大；而chlc/chla，細菌多樣性指數H，細菌均勻度指數E，細菌豐富度指數與水質等級呈負相關關系，水質等級越高，指標數值越小。由于受溫度等其他條件的影響，夏季生物膜各指標都略高于冬季。為了進一步明確各水質指標與生物膜結構、組成、分布的關系，應用冗余分析的方法分析了生物膜各指標與環境各指標的關系(附圖3)。結果表明，生物膜的群落結構主要受溫度、溶解氧濃度、氟化物濃度、氨氮濃度， B0D5、營養狀態指數和透明度的影響，這些環境因子可以解釋生物膜60. 6%的變化。第一個數軸反映了生物膜結構與溫度、可生化降解有機物的正相關和生物膜結構與氨氮、透明度、 溶解氧的負相關性，可以解釋變化的46. 2%。這些指標都與水體營養狀態相關，因此，第一數軸反映的是白洋淀濕地的富營養狀況。Chlc/a和硅藻百分比與高透明度和溶解氧相關， chlb/a、藻密度和亮氨酸酶與低溶解氧、高B0D5和氨氮濃度相關。第二數軸與溫度正相關， 與氟化物濃度負相關，解釋了變化的14. 4%。
權利要求
1.一種野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置，其特征在于在各種天然水體中，構建一種天然水體生物膜采集器的懸掛及洗脫裝置。將生物膜采集器通過防水線懸掛在采集車上， 通過調節伸縮臂和防水線長度，實現將采集器固定在距離岸邊和水面下一定深度。經過一段時間的培養后，利用采集車上伸縮臂可通過旋轉軸旋轉的特點，獲取到天然水體中附著在采樣器上的藻類、細菌、原生生物，經過洗脫裝置的洗脫，生物膜樣品可帶回實驗室進行生態監測。
2.根據權利要求1所述的野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置是由采集車和洗脫器組成。所述的采集車由掛鉤(1)、浮漂O)、滑輪(3)、防水線0)、伸縮臂(5)、繞線軸(6)、手柄(7)、支撐架(8)、旋轉軸(9)、暗插銷(10)、定位圓盤(11)、底盤車(12)和水平調節絲桿 (13)構成，洗脫器由超聲波清洗儀(14)、開關(15)、水泵(16)、排水管(17)和底盤(18)構成，通過螺絲將清洗儀、水泵固定在底盤上，再將整個裝置固定在采集車上。所述的浮漂⑵通過防水線⑷和滑輪⑶懸掛在伸縮臂(5)上。由內外管組成的伸縮臂(5)可通過內外管的相對位置移動調節伸縮臂的長度，防水線(4)纏繞在繞線軸(6) 上，搖動手柄(7)可調節防水線(4)長度，進而控制采樣器在水體中培養的深度。掛鉤(1) 上可以懸掛生物膜采樣器。伸縮臂(5)與底盤車(12)通過鋼制支撐架(8)連接。插好暗插銷(10)可使伸縮臂(5)固定在超聲波清洗儀(14) 一側。拔下暗插銷(10)時，可使伸縮臂(5)圍繞旋轉軸(9)水平旋轉180度，從而將采樣器放置于天然水體中。定位圓盤(11)、 超聲波清洗儀(14)和水泵(16)都焊接在底盤車(1 上。水平調節絲桿(1 通過螺絲連接在底盤車(12)上。將采樣器，通常是有機玻璃或活性碳纖維等材料通過防水線(4)懸掛在掛鉤(1)上，并置于水體中，經過一定時間的培養后，將采樣器取出并放置在超聲波清洗儀(14)中洗脫， 則可以完成生物膜采樣器的懸掛和洗脫。
3.根據權利要求1和2所述的野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置，其特征在于，所述浮漂可調節采樣器在水體中深度(水面以下20厘米)，有利于生物膜獲取陽光和適宜溫度，使生物膜生長均勻。
4.根據權利要求1和2所述的野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置，其特征在于，通過搖動手柄，使防水線在繞線軸上纏繞，在放置采樣器和提取采樣器時，通過滑輪調整采樣器和浮漂的深度，培養不同水深的生物膜，并可以根據需要調節繩長，以便獲取所需要深度的生物膜。
5.根據權利要求1和2所述的野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置，其特征在于，所述采樣器可控制在水體中深度，光線可以自由透過，更接近自然狀態，利于生物膜生長。
6.根據權利要求1和2所述的野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置，其特征在于，所述暗插銷可控制支撐架與定位圓盤的相對位置。插上暗插銷，可將支撐架固定在定位圓盤上，附著生物膜時，使采樣器不動；拔下暗插銷，可伸縮臂以旋轉軸為軸在水平方向轉動到所需角度，使操作人員在野外岸邊方便安裝和卸去采樣器。
7.根據權利要求1和2所述的野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置，其特征在于，所述伸縮臂可調節采樣器與岸邊距離，1. 0-1. 8米的調節區間。
8.根據權利要求1和2所述的野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置，其特征在于，所述打眼套扣，可記錄長度并防止伸縮臂內、外管相對旋轉。
9.根據權利要求1和2所述的野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置，其特征在于，所述定位圓盤為鋁圓盤直徑400mm，中孔安裝軸承。
10.根據權利要求1和2所述的野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置，其特征在于，所述底盤車上安裝的水平調節絲杠可使底盤車的四個腿實現相對升降，使整個裝置在凹凸不平的野外地形上保持水平。
全文摘要
本發明涉及一種野外生物膜采集器懸掛及洗脫裝置。它由采集車和洗脫器兩部分組成，采集車由掛鉤(1)、浮漂(2)、滑輪(3)、防水線(4)、伸縮臂(5)、繞線軸(6)、手柄(7)、支撐架(8)、旋轉軸(9)、暗插銷(10)、定位圓盤(11)、底盤車(12)和水平調節絲桿(13)構成，洗脫器由超聲波清洗儀(14)、開關(15)、水泵(16)、排水管(17)和底盤(18)構成，通過螺絲將清洗儀、水泵固定在底盤上，再將整個裝置固定在采集車上。本發明主要用于懸掛野外生物膜采集器并實現生物膜野外洗脫，可以廣泛應用于不同流域獲取高質量的生物膜進行生態監測。與現有技術相比，本發明可準確采集不同水深的生物膜并在野外完成洗脫，易于懸掛及收取采集器，可調節采集器與岸邊距離，在復雜地形條件下保證采樣裝置水平，且方便移動。
文檔編號G01N1/34GK102564794SQ20111043467
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優先權日2011年12月22日
發明者劉靜玲, 楊懿, 王雪梅, 蘇俐雅, 陳秋影, 馬牧源 申請人:北京師范大學