一种自然水体生物膜培养装置的制作方法

本实用新型属于环境科学技术领域，涉及一种用于室内模拟天然水环境中生物膜批量培养的装置。

背景技术：

自然水体生物膜是一种由生命物质(细菌、微藻等微生物)和非生命物质(腐殖质、矿物颗粒等)组成的复合体。其可以覆盖于天然水环境中的几乎所有固相表面，其具有较大的比表面积及生物活性，对水中各类污染物的吸附、降解等迁移转化过程具有重要的影响。因此，一直以来是环境科学技术领域研究的热点之一。

开展自然水体生物膜的研究，首先就需要获取大批量性状均一的生物膜，已有多位研究人员开发了数个适用于野外和实验室内的生物膜培养装置(如公开号为CN2461930的专利等)，然而这些装置通常受尺寸、容量的限制，不适宜于在同一装置中一次性培养大批量生物膜。而温度、溶解氧等影响生物膜生长的关键性因素在培养装置内部分布的不均匀是造成生物膜培养装置尺寸及容量受限的主要原因。

技术实现要素：

针对于现有装置的不足，旨在提供一套温度、溶解氧等分布均匀的较大尺寸的可以在实验室内模拟天然水环境条件培养大批量生物膜的装置，提供了一种自然水体生物膜培养装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种自然水体生物膜培养装置，包括一个无盖的矩形的玻璃缸，玻璃缸的每个直角处均从下至上层叠放置有多个直角三角形板状的三角体支架，玻璃缸每个直角处叠放的三角体支架数量相同，在每一层的四个三角体支架之间均放置有一个矩形板状的生物膜培养板，每个三角体支架在相同的位置均有两个空心圆孔，玻璃缸每个直角处的多层三角体支架的两个空心圆孔构成的两个圆柱形空心孔中分别插入一个可控温加热棒和一个曝气充氧装置的气泡棒，三角体支架和生物膜培养板均采用透光材质制成。

进一步的技术方案包括：

所述的三角体支架的材质为玻璃或有机玻璃中的一种，所述的生物膜培养板的材质为玻璃或有机玻璃中的一种。

所述的曝气充氧装置包括一个气泡棒，气泡棒通过一根皮管连接一个气泵的出气口。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

(1)通过合理布设可控温加热棒和曝气充氧装置，使得温度和溶解氧在较大尺寸的生物膜培养装置内部分布均匀；

(2)本装置实现了温度、含氧量的均匀分布，使得同一批次培养的生物膜的物理化学及生物等特征高度相似，便于后续开展重复性实验研究。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型所述的一种自然水体生物膜培养装置的结构示意图，图中省去了可控温加热棒和曝气充氧装置；

图2为本实用新型所述的一种自然水体生物膜培养装置中玻璃缸直角处层叠放置三角体支架和三角体支架中放置了可控温加热棒和曝气充氧装置的构造示意图；

图3为本实用新型所述的一种自然水体生物膜培养装置的三角体支架结构示意图；

图4：为本实用新型所述的一种自然水体生物膜培养装置的内部构造俯视图，图中隐去了可控温加热棒和曝气充氧装置；

图中：1.玻璃缸、2.三角体支架、3.空心圆孔、4.生物膜培养板、5.可控温加热棒、6.曝气充氧装置、7.气泡棒、8.皮管、9.气泵。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

如图1所示，一种自然水体生物膜培养装置，包括一个无盖的矩形的玻璃缸1，玻璃缸1的每个直角处均层叠放置有多个直角三角形板状的三角体支架2，玻璃缸1每个直角处叠放的三角体支架2数量相同，在每一层的四个三角体支架2之间均放置有一个矩形板状的生物膜培养板4，如图3所示，每个三角体支架2在相同的位置均有两个空心圆孔3，如图1和图2所示，玻璃缸1每个直角处的多层三角体支架2的两个空心圆孔3构成的两个圆柱形空心孔中分别插入一个可控温加热棒5和一个曝气充氧装置6的气泡棒7，三角体支架2和生物膜培养板4均采用透光材质制成。

所述的三角体支架2的材质为玻璃或有机玻璃中的一种，所述的生物膜培养板4的材质为为玻璃或有机玻璃中的一种。

如图2所示，曝气充氧装置6包括一个气泡棒7，气泡棒7通过一根皮管8连接一个气泵9的出气口。

本实用新型所述的一种自然水体生物膜培养装置的制作、装配和使用过程如下：

按图1所示，先制作出内长、内宽均为40cm、内高为35cm的玻璃材质的玻璃缸1，玻璃缸1采用无盖设计，确保生物膜能在开放体系中生长，同时透明材质便于阳光的透射，模拟了自然水体环境中光的影响作用。然后按图3所示，制作出玻璃材质的三角体支架2，其俯视图中两个直角边长度均为12cm，正视图中高为5cm。空心圆孔3直径为3cm、高为1cm。按五组三角体支架2(每组4个、共计20个)与一个玻璃缸1进行配套，依次序从下到上将五组三角体支架2叠放到玻璃缸1的四个直角处，以三角体支架2紧贴玻璃缸1内壁为宜。接着将五块材质为有机玻璃的生物膜培养板4按次序放入每组三角体支架2所形成的空间中并调整其至平稳状态，即生物膜培养板4的四个直角能恰好置于三角体支架2内部并且不会阻挡空心圆孔3的通透性(如图1、4)。生物膜培养板4的规格为：长与宽均为34cm、厚度为0.5cm。然后将野外采集到的水样倒入玻璃缸1中，使水面高度到达30cm为宜，即应完全淹没三角体支架2。然后加入事先配制好的微量矿物盐溶液。再将四个可控温加热棒5(高为28cm、加热部分直径为2.2cm、功率为25W、温控范围为20-32℃、电压为220V)置入五组叠放好的三角体支架2中空心圆孔3所形成的八个圆柱形空心孔中的四个圆柱形空心孔内，每个直角处对称放置一个并设置温度为26℃，可避免水体温度不均而影响生物膜的正常生长。同时将曝气充氧装置6(由气泡棒7、皮管8、气泵9组成)的皮管8上接入气泡棒7，将四个气泡棒7分别对称放置于余下的四个圆柱形空心孔内，使水体含氧量分布均匀，避免局部生物膜旺盛繁殖。曝气充氧装置6的规格如下：气泡棒7长和宽均为2cm、高为25cm；皮管8内直径为4mm、外直径为6mm、长度为60cm；气泵9功率为2W、电压为220V(如图2)。将装置组装完成并接通电源后放置于室内接受自然光照良好的环境下培养生物膜。

在实验室内用本实用新型生物膜培养装置与现有普通培养装置同时培养生物膜，一段时间后通过测量不同位置、不同深度的温度来衡量二者温度的分布状况。

两种装置尺寸相近、温度均控制为26℃、曝气充氧装置规格也相同。本实用新型生物膜培养装置内平均分布四个可控温加热棒5，用温度计测量这四个位置不同深度共八组数据，分别为26℃、25℃、26℃、26℃、26℃、26℃、25℃、26℃，其标准差为S₁＝0.433(n＝8)；现有普通培养装置只在一个角落处放置一个可控温加热棒5，同样用温度计测量四个位置不同深度共八组数据，分别为26℃、23℃、21℃、22℃、26℃、24℃、23℃、21℃，其标准差为S₂＝1.854(n＝8)。由于S₁显著小于S₂，说明本实用新型生物膜培养装置可以使温度分布均匀，为同一批次培养大批量性状相似的生物膜提供可能。