一种在复合绝缘材料表面养殖藻类的方法与流程

本发明涉及高电压外绝缘领域，特别是涉及一种在复合绝缘材料表面养殖藻类的方法。

背景技术：

随着经济的快速发展，社会对电力的需求日益加强，可靠的电力传输线路逐渐成为现代社会进步的必要保证。复合绝缘硅橡胶材料具有耐污闪能力强、憎水性优异、耐候性良好、易于维护、成效高等优点，得以广泛应用。然而，在温湿地带的森林和山地，大气中漂浮着微生物孢子，当环境适宜，孢子易滋生在绝缘子表面，逐渐成为大面积的藻类、青苔或地衣。目前已发现云南、四川、广东等地均有大量藻类滋生的情况。

藻类等微生物污染严重影响RTV涂料绝缘子与复合绝缘子表面的成分和结构。一方面，藻类分泌物如酶类或自由基等，向绝缘材料的基质或添加剂内缓慢渗透，具有一定的腐蚀性，销蚀聚合物分子，促使硅橡胶老化、绝缘性能丧失，使聚合材料变色。另一方面，微生物使绝缘子表面保持湿润，并在潮湿的环境吸附空气中的水分和无机盐，使绝缘子表面形成一层导电层，并且其保持水土的特性促使绝缘子表面积污速度加快，很大程度上增加了绝缘子的污秽度。

基于藻类微生物污层对硅橡胶绝缘子表面积污以及硅橡胶本身材料的影响，复合材料外绝缘性能将有所改变。与同等灰密的高岭土污层相比，藻类生物污秽聚集显著降低硅橡胶材料的憎水能力，严重时，绝缘子表面会出现大面积、长时间的憎水性丧失现象；同时复合材料在微生物污层中的憎水迁移性也不明显。

批量研究藻类对绝缘材料性能的影响，在实验室再现藻类在复合绝缘材料表面的生长过程与生长状态是关键。第一，实验室培养藻类多采用浸泡法制备覆盖藻类的试验样本，若藻类浸泡时间过短，由于界面作用需要较长的生化反应，细胞尚未完全着生在硅橡胶材料表面，并未与硅橡胶材料本身产生相互作用，若时间过短细胞甚至尚未适应环境，而若藻类浸泡过长可能引入培养基内水分对硅橡胶材料的破坏。第二，实验室常用小球藻并不是现场运行绝缘子表面的藻类，而不同物种，如气生型与水生型藻类，对界面憎水性的破坏机制可能并不对等，导致结果产生一定偏差。第三，现行研究包括对现场运行绝缘子的憎水性测试、实验室模拟藻类染污绝缘子的憎水性测试等，其样品表面的藻类污秽生长程度与密度各不相同，且各研究较少采用藻细胞计数等手段进行定量测算。较少的定量描述使得各研究结果难以相互对照，而藻类的生长程度差别较大可能也是导致不同实验结果的重要原因，定量确定藻类污秽对憎水性的影响至关重要。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种在复合绝缘材料表面养殖藻类的方法，利用该方法得到的寄生藻类在复合绝缘材料表面形成一层复杂的生物膜，使复合绝缘材料受到微生物腐蚀，进而精准再现现场藻类的生长情况，为外绝缘试验准备样本，利于相关试验的实施。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种在复合绝缘材料表面养殖藻类的方法，包括以下步骤：

S1、在生长有野生藻类的复合绝缘材料的表面，对包含藻类的混合污秽进行采集，剔除灰分后用培养液储存混合污秽；

S2、剔除混合污秽中的土壤、菌类以及培养液中的盐分，对藻类进行提纯，得到纯化藻液后，再加入培养液进行培养；

S3、从经灭活处理的藻类上提取胞外分泌物(EOM)，将胞外分泌物铺设在预先准备好的复合绝缘材料的表面；

S4、测量步骤S2获得的藻液的藻细胞密度，根据所需的细胞数取定量藻液，将藻类接种到经步骤S3处理的复合绝缘材料的表面上，使其在复合绝缘材料表面生长。

进一步地：

步骤S1中，在恒温恒湿条件下中储存，优选地，置于温度为25±1℃、湿度85％RH、光照度2000lux、光暗比12h:12h的人工气候箱中保存。

步骤S1中，将混合污秽用去离子水冲洗得到的混合液体以8000r/min转速进行离心处理5min，取沉淀物而舍弃上清液，以剔除混合污秽中的灰分。

步骤S2中，当藻类初步繁殖后，分离藻细胞与污秽液中的土壤颗粒，优选加入抗生素对污液进行灭菌处理，得到纯化藻液；优选地，对纯化藻液进行集中以加速细胞群体的繁殖。

步骤S2包括以下步骤：

S21、测试藻类污液的叶绿素含量和细胞浓度，当溶液中的叶绿素含量Chl>20mg/g，且达到预定的细胞浓度时，进行下一步；

S22、取藻类污液，使用离心机以6500r/min转速进行低速离心处理5min，取离心处理后的沉淀物，以磷酸盐缓冲液(PBS)水浴冲洗，再以10000r/min转速进行高速离心处理5min，使细胞与土壤脱壳，取富含单一藻细胞的上清液；进行多次高速离心处理取上清液，使藻液得到纯化；优选地，在藻液中加入β-内酰胺类抗生素或氨基糖苷类抗生素，以达到杀菌效果；

S23、在纯化藻液中加入培养液，置于温度为25±1℃的摇床气候箱中传代培养，或置于温度为25±1℃、湿度85％RH、光照度2000lux、光暗比12h:12h的人工气候箱中，通入空气或CO2气体。

步骤S3包括以下步骤：

S31、用醋酸纤维滤膜对藻液进行抽滤，舍弃抽滤瓶中的溶液；以去离子水冲洗滤膜表面的藻细胞，加入30％的H₂O₂液体，静置，当测试到叶绿素浓度Chl<6mg/g时，判断藻类已灭活；

S32、将灭活处理的藻细胞浓液平铺在预先准备好的复合绝缘材料表面。

步骤S4中，对步骤S2得到纯化藻液进行抽滤，再对抽滤得到的滤膜进行离心处理，取沉淀物，得到浓藻液，按照所需的量将浓藻液均匀涂覆、接种在复合绝缘材料表面。

步骤S4包括以下步骤：

S41、用孔径为0.22μm的醋酸纤维滤膜对纯化藻液进行抽滤，舍弃抽滤瓶中的溶液；以去离子水冲洗滤膜表面的藻细胞，冲洗液用离心机以11000r/min转速进行离心处理5min，取沉淀物得浓藻液；按照所需的量将藻液均匀涂覆、接种在复合绝缘材料表面；

S42、将接种有复合绝缘材料样品置于温度为25±1℃、湿度85％RH、光照度2000lux、光暗比12h:12h的人工气候箱中保存；优选地，制备去离子水或含培养液的喷雾剂，每隔12h对样品表面进行喷洒，保持样品表面细胞活性；优选地，以高岭土模拟自然扬尘，每隔24h对样品表面进行撒灰处理；优选的，藻类生长20天后完成培养过程。

所述培养液包含以下组分：

所述复合绝缘材料为硫化硅橡胶RTV或高温硫化硅橡胶HTV材料。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种在复合绝缘材料表面养殖藻类的方法，可在实验室复现复合绝缘材料表面生长野生藻类(如绿藻)，利用本方法得到的寄生藻类在复合绝缘材料表面形成一层复杂的生物膜，使复合绝缘材料受到微生物腐蚀。本方法借助实验室培养手段，还原现场环境、模拟实际情况，借助现场采集的微量绿藻样品，通过采样、分离、提纯、传代、接种、培养，诱导藻细胞在样品表面的生长繁殖，形成与现场特征指标一致的样品，能够满足现场样品难以采集的现实需求，同时可产出大量样本以供实验室的憎水性能、电气性能、物化性能等试验。

本方法以加速生长的方式，复现了现场藻细胞在硅橡胶绝缘材料表面的生长情况与生长过程，盐密、灰密、细胞品种等指标均与现场观测保持一致；本方法解决了不同藻类密度在硅橡胶复合绝缘材料定量铺设的技术难题；本方法可操作性、可重复性强，适用于实验室用覆藻硅橡胶材料的批量生产。

附图说明

图1为本发明实施例中野生藻类的采样流程图。

图2为本发明实施例中藻类的分离、提纯与培养流程图。

图3为本发明实施例中藻类的灭活与接种流程图。

图4为本发明实施例中细胞接种与硅橡胶表面的培养流程图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1至图4，在一种实施例中，一种在复合绝缘材料表面养殖藻类的方法，在实验室复现复合绝缘材料表面的微藻生长，该方法包括以下步骤：1)藻类的定量采样：对采样进行前期准备，选取待采污秽区域，对藻类污秽进行精准的单位面积定量采集；2)藻类的纯化：剔除混合污秽中的灰分、土壤、菌类，以及后期的培养液中的盐分，保证复合绝缘材料的表面接种结果为纯种藻类；3)藻类在硅橡胶表面的生长：硅橡胶复合绝缘材料表面有憎水性，常规接种方法使藻细胞难以直接附着、生存，因此预设灭活藻类，提取胞外分泌物(EOM)，借助其粘度作为中间成分，铺设在硅橡胶材料表面，再对健康细胞接种；4)养殖结果：利用该方法得到的寄生藻类的复合绝缘材料表面形成一层复杂的生物膜，使复合绝缘材料受到微生物腐蚀。

在进一步的实施例中，在复合绝缘材料表面养殖野生绿藻，包括以下步骤：

藻类的采样：对采样进行前期准备，选取待采污秽区域，对藻类污秽进行单位面积定量采集；采样后对样品进行初步提纯处理，剔除混合污秽中的灰分，在实验室中恒温恒湿条件储存；

藻类的分离、提纯与培养：当藻类初步繁殖，分离藻细胞与原污秽液中的土壤颗粒，对藻液进一步纯化，若有必要时，加入抗生素对污液进行灭菌处理；对纯化藻液进行集中，以加速细胞群体的繁殖；

藻类的灭活与接种：硅橡胶复合绝缘材料表面有憎水性，藻液难以直接附着，因此预设灭活藻类，提取胞外分泌物(EOM)，借助其粘度作为中间成分，铺设在硅橡胶材料表面，再对健康细胞接种；

细胞接种与培养：采用抽滤舍弃滤液，取滤膜的细胞群落以去除培养液中无机盐成分对样品纯度的影响；离心取沉淀物，即浓藻液，按照细胞数取定量藻液，均匀涂覆、接种在复合绝缘材料表面；样品在指定环境下生长20天后，完成培养过程。

在具体实施例中，提供了一种可以在硅橡胶试片上定量、均匀地附着并生长藻类的方法。

1.藻类的采样

1)采样的前期准备：选取需要采样的覆藻绝缘子，将复合绝缘子表面分成6个扇形，使用手持式叶绿素荧光测试仪粗略估算绿藻生长程度，选取不同浓度的藻类生长区域，使用采样刀在覆藻绝缘子表面划取1cm²方格；用喷壶喷洒纯净水，浸湿绝缘子表面；

2)藻类污秽的采样：使用细胞铲刮取采样区域内的样本，全部收集藻类污秽至无菌取样袋，各区域的样品分别分装，密封避光保存；

3)污秽的实验室液体环境储存：用移液枪以去离子水冲洗取样袋中的样品并取出，液体样品以8000r/min转速离心5min，取沉淀物，舍弃上清液，以剔除混合污秽中的灰分，对样品初步提纯；单位面积的污秽分别转移至预先配置的60ml BG-11培养液中，其中，BG-11是绿藻专用培养液，为其生长提供必要的无机元素，配方详见表1；将试品置于温度为25±1℃、湿度85％RH、光照度2000lux、光暗比12h:12h的人工气候箱中保存。

表1 BG-11液体培养基配方

2.藻类的分离、提纯与培养

1)藻类分离的判定：测试藻类污液的叶绿素含量，当溶液中的叶绿素含量Chl>20mg/g，判断此藻液繁殖良好，达到一定细胞浓度，可以进行分离、提纯与培养；

2)藻类的分离、提纯：取藻类污液，使用离心机在6500r/min转速离心5min，取低转速离心后的沉淀物，以磷酸盐缓冲液(PBS)水浴冲洗；样本在10000r/min转速离心5min，高速离心使细胞与土壤脱壳，取富含单一藻细胞的上清液；多次离心取上清液，使藻液得到进一步纯化；若要求藻液灭菌，在藻液中加入β-内酰胺类抗生素或氨基糖苷类抗生素等，抑制菌类的繁殖期或静止期已达到杀菌效果；

3)纯化藻液的培养：纯化藻液以200ml为单位，加入BG-11培养液，置于温度为25±1℃的摇床气候箱中传代培养；或置于温度为25±1℃、湿度85％RH、光照度2000lux、光暗比12h:12h的人工气候箱中，人工通入空气或CO₂气体。

3.藻类的灭活与接种

1)藻类的灭活：用孔径为0.22μm的醋酸纤维滤膜对藻液进行抽滤，舍弃抽滤瓶中的溶液以消除原溶液中培养液离子对后续操作与试验的影响；以去离子水冲洗滤膜表面的藻细胞，每份样品加入1ml 30％H₂O₂液体，静置，测试叶绿素浓度Chl<6mg/g，藻类已灭活；

2)藻类的接种：将灭活处理的藻细胞浓液平铺在事先准备的复合绝缘材料表面，为防止浓液流失，可将绝缘材料至于玻璃器皿内。

4.细胞接种与培养

1)藻细胞接种：事先预备室温硫化硅橡胶RTV或高温硫化硅橡胶HTV材料；用孔径为0.22μm的醋酸纤维滤膜对健康藻液进行抽滤，舍弃抽滤瓶中的溶液以消除原溶液中培养液离子对后续操作与试验的影响；以去离子水冲洗滤膜表面的藻细胞，液体样本用高速离心机在11000r/min转速离心5min，取沉淀物得浓藻液；测量所用浓藻液的藻细胞密度，例如用血球计数板进行测量；计算所需细胞数，取定量藻液，均匀涂覆、接种在复合绝缘材料表面；

2)样品培养：将复合绝缘材料样品置于温度为25±1℃、湿度85％RH、光照度2000lux、光暗比12h:12h的人工气候箱中保存；制备去离子水或含BG-11培养液的喷雾，每隔12h对样品表面进行喷洒，保持样品表面细胞活性；以高岭土模拟自然扬尘，每隔24h对样品表面进行撒灰处理，提高藻类污秽的粘附性；藻类生长，在20天后完成培养过程。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。