本发明涉及一种生物膜培养装置。
背景技术
微塑料在水环境中普遍存在，大部分研究者将粒径≤5mm的塑料颗粒定义为微塑料，微塑料的种类繁多，研究调查发现环境中的微塑料主要有6种：聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚氯乙烯、聚酯类、聚苯乙烯及聚酰胺。长期存留在环境中的微塑料会吸附环境污染物，密度低的会随着水流迁移，密度稍大的可能会滞留在水体中或发生沉降。微塑料的量级与许多动物的食物量级相似，使得微塑料易被动物误食。研究发现，26种263条市售鱼进行检测时，所有的鱼体内都存在微塑料，且有17中鱼体内不止含有一种微塑料。生物膜同样广泛存在于水体中，是无柄微生物群落在各种载体上的负载，微生物首先负载于塑料表面，随后依托环境繁殖和增长，最终发展成具有一定厚度和密度的生物膜。随着对生物膜在水处理等方面的认识加深，国内外研究者对生物膜进行了大量研究，研究表明，生物膜对重金属、有机污染物具有较强的吸附性。
尽管环境水体中有大量微塑料检出的报道，但是微塑料对污染物的吸附能力很低，自身毒性也不强，因此，纯净的微塑料对环境的影响相对有限。然而微塑料在环境水体中往往不是单纯以塑料形式存在，而是在微塑料表面负载有生物膜，形成一个微生态系统。生物膜不仅可以改变微塑料的表面性质，而且可以大大提高其对污染物的吸附能力，成为污染物在水环境中迁移的重要载体。目前研究中大多集中于生物膜培养装置和采集装置，对于环境水体中以微塑料为基质的生物膜培养装置未见相关报道。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中缺少以微塑料为基质的生物膜培养装置的问题，提出一种用于环境水体中以微塑料为基质的生物膜培养装置。
本发明用于环境水体中以微塑料为基质的生物膜培养装置由培养袋、数根缩放连接绳、固定旋钮、固定盘和数个固定支脚构成；
所述培养袋为圆形，培养袋水平设置；固定盘为扁圆柱状壳体，固定盘的扁圆柱状壳体由盘盖和盘底构成；固定盘的扁圆柱状壳体内部设置有扁圆柱状固定盘芯；
所述缩放连接绳上端与培养袋底面固接；数个固定旋钮设置于固定盘上表面中心和均匀设置于靠近固定盘外缘处的固定盘上表面；固定旋钮上端为旋钮头，旋钮头下端为旋钮杆，旋钮杆为螺纹杆，螺纹杆设置于固定盘上表面的螺纹孔内，缩放连接绳下端缠绕在旋钮头与固定盘上表面的间隙内；
所述固定支脚竖向设置于固定盘下表面中心和均匀设置于靠近固定盘外缘处的固定盘下表面；固定支脚下端为尖刺状；
所述培养袋的材质为尼龙；培养袋的袋体为圆形网格孔状，根据所选取微塑料基质直径大小，圆形网格的孔径为0.15～4.00mm；培养袋的直径为23～27cm；培养袋用于放置粒径为0.2～5mm微塑料；
所述缩放连接绳的材质为尼龙，缩放连接绳的长度为13～17cm，缩放连接绳用于连接培养袋和固定盘；
其中，缩放连接绳的长度设置为13～17cm是由于本发明培养装置一般放置于湖水和河水接近岸边位置的环境水体中，水面深度较浅，为保证培养装置完全浸入水体，缩放连接绳的长度不易过长，能够防止装置随着水流波动，在水流波动较小或完全静止时，培养袋能够实现与固定盘完全贴合，提供稳定的培养环境；
所述固定旋钮的材质为有机玻璃，固定旋钮的数量为4～6个，旋钮头的直径为1.5～2.5cm，高度为0.4～0.6cm；旋钮杆直径0.8～1.2cm，长度位0.8～1.2cm；固定旋钮用于连接缩放连接绳与固定盘，同时，通过缩放连接绳下端缠绕在旋钮头与固定盘上表面的间隙内的长度实现调节培养袋与固定盘的间距；
所述固定盘的盘盖和盘底通过螺纹连接；固定盘的材质为有机玻璃；固定盘的的直径为20～30cm，厚度为3～7cm；所述固定盘芯的材质为不锈钢，重量为4～6kg；固定盘用于固定漂浮的培养袋；
所述固定支脚的材质有机玻璃；固定支脚用于插入沉积物中，能够防止培养装置发生侧向滑动，起到进一步加固作用。
本发明装置的使用方法为：
本发明用于环境水体中以微塑料为基质的生物膜培养装置使用时，向培养袋放置粒径为0.2～5mm微塑料，然后将用于环境水体中以微塑料为基质的生物膜培养装置置于环境水体中，将固定支脚插入环境水体的沉积物中，既可以进行生物膜培养。
本发明具备以下有益效果：
本发明用于环境水体中以微塑料为基质的生物膜培养装置是以微塑料为基质，在真实的环境水体中且在微塑料表面进行生物膜培养，适用于研究和分析微塑料/生物膜对水环境中污染物迁移转化影响，该装置便于在环境水体的放置和回收。
附图说明
图1为用于环境水体中以微塑料为基质的生物膜培养装置的结构式示意图；
图2为固定盘芯的结构式示意图；
图3为培养袋1缩放连接绳2的连接点或固定盘4上表面固定旋钮3的设置位置示意图；
图4实施例1中微塑料扫描电镜图；
图5实施例1中微塑料/生物膜扫描电镜图；
图6实施例1中微塑料对pb的langmuir吸附等温线；
图7实施例1中微塑料/生物膜对pb的langmuir吸附等温线。
具体实施方式：
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式用于环境水体中以微塑料为基质的生物膜培养装置由培养袋1、数根缩放连接绳2、固定旋钮3、固定盘4和数个固定支脚5构成；
所述培养袋1为圆形，培养袋1水平设置；固定盘4为扁圆柱状壳体，固定盘4的扁圆柱状壳体由盘盖和盘底构成；固定盘4的扁圆柱状壳体内部设置有扁圆柱状固定盘芯；
所述缩放连接绳2上端与培养袋1底面固接；数个固定旋钮3设置于固定盘4上表面中心和均匀设置于靠近固定盘4外缘处的固定盘4上表面；固定旋钮3上端为旋钮头，旋钮头下端为旋钮杆，旋钮杆为螺纹杆，螺纹杆设置于固定盘4上表面的螺纹孔内，缩放连接绳2下端缠绕在旋钮头与固定盘4上表面的间隙内；
所述固定支脚5竖向设置于固定盘4下表面中心和均匀设置于靠近固定盘4外缘处的固定盘4下表面；固定支脚5下端为尖刺状。
本实施方式具备以下有益效果：
本实施方式用于环境水体中以微塑料为基质的生物膜培养装置是以微塑料为基质，在真实的环境水体中且在微塑料表面进行生物膜培养，适用于研究和分析微塑料/生物膜对水环境中污染物迁移转化影响，该装置便于在环境水体的放置和回收。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述培养袋1的材质为尼龙。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述培养袋1的袋体为圆形网格孔状，圆形网格的孔径范围为0.15～4.00mm；培养袋的直径为23～27cm；培养袋1的直径为23～27cm。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述缩放连接绳2的材质为尼龙，缩放连接绳2的长度为13～17cm。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述固定旋钮3的材质为有机玻璃，固定旋钮3的数量为4～6个。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述旋钮头的直径为1.5～2.5cm，高度为0.4～0.6cm；旋钮杆直径0.8～1.2cm，长度位0.8～1.2cm。其他步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述固定盘4的盘盖和盘底通过螺纹连接。其他步骤和参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述固定盘4的材质为有机玻璃。其他步骤和参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述固定盘4的的直径为20～30cm，厚度为3～7cm；所述固定盘芯的材质为不锈钢，重量为4～6kg。其他步骤和参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述固定支脚5的材质有机玻璃。其他步骤和参数与具体实施方式一至九之一相同。
实施例1：
本实施例用于环境水体中以微塑料为基质的生物膜培养装置由培养袋1、5根缩放连接绳2、固定旋钮3、固定盘4和5个固定支脚5构成；
所述培养袋1为圆形，培养袋1水平设置；固定盘4为扁圆柱状壳体，固定盘4的扁圆柱状壳体由盘盖和盘底构成；固定盘4的扁圆柱状壳体内部设置有扁圆柱状固定盘芯；所述缩放连接绳2上端与培养袋1底面固接；数个固定旋钮3设置于固定盘4上表面中心和均匀设置于靠近固定盘4外缘处的固定盘4上表面；固定旋钮3上端为旋钮头，旋钮头下端为旋钮杆，旋钮杆为螺纹杆，螺纹杆设置于固定盘4上表面的螺纹孔内，缩放连接绳2下端缠绕在旋钮头与固定盘4上表面的间隙内；所述固定支脚5竖向设置于固定盘4下表面中心和均匀设置于靠近固定盘4外缘处的固定盘4下表面；固定支脚5下端为尖刺状；所述培养袋1的材质为尼龙；所述培养袋1的袋体为圆形网格孔状，圆形网格的孔径为1mm；培养袋1的直径为25cm；所述缩放连接绳2的材质为尼龙，缩放连接绳2的长度为15cm；所述固定旋钮3的材质为有机玻璃，固定旋钮3的数量为5个；所述旋钮头的直径为2cm，高度为0.5cm；旋钮杆直径1cm，长度位1cm；所述固定盘4的盘盖和盘底通过螺纹连接；所述固定盘4的材质为有机玻璃；所述固定盘4的的直径为25cm，厚度为5cm；所述固定盘芯的材质为不锈钢，重量为5kg；所述固定支脚5的材质有机玻璃。
取800粒粒径为1.5mm微塑料，置于本实施例的培养袋1中，将本实施例装置置于水环境中进行负载生物膜，负载时间为3周，得到了800粒负载生物膜的微塑料；图4实施例1中未负载生物膜的微塑料的扫描电镜图；图5实施例1中负载生物膜的微塑料的扫描电镜图；由图5可知，实施例1中负载生物膜的微塑料的表面有丝状生物出现，说明本实施例成功在微塑料的表面负载生物膜。
取本实施例得到的800粒负载生物膜的微塑料，均分为5份，分别置于50ml锥形瓶内，分别加入浓度为5.0mg/l、10.0mg/l、20.0mg/l、30.0mg/l和50.0mg/l的重金属铅pb吸附液；分别用硝酸钠调节至离子强度为0.02mol/l，用0.01mol/l的hno3和naoh溶液调节重金属铅吸附液的ph值为6，最终每个锥形瓶内的吸附液均为10ml；在25℃下振荡24h，此时为吸附平衡状态，以8000g离心力离心吸附液20min，过滤上清液；用火焰原子吸收法faas测定上清液中pb的平衡浓度，利用差减法计算负载生物膜的微塑料对pb的吸附量。利用langmuir吸附等温式对实验结果进行拟合；
取800粒粒径为1.5mm的未负载生物膜的微塑料，均分为5份，分别置于50ml锥形瓶内，分别加入浓度为0.1mg/l、0.5mg/l、1.0mg/l、2.0mg/l和3.0mg/l的重金属铅pb吸附液；分别用硝酸钠调节至离子强度为0.02mol/l，用0.01mol/l的hno3和naoh溶液调节重金属铅吸附液的ph值为6，最终每个锥形瓶内的吸附液均为10ml；在25℃下振荡24h，此时为吸附平衡状态，以8000g离心力离心吸附液20min，过滤上清液；用火焰原子吸收法faas测定上清液中pb的平衡浓度，利用差减法计算未负载生物膜的微塑料对pb的吸附量。利用langmuir吸附等温式对实验结果进行拟合；
表1为利用langmuir方程对微塑料及负载生物膜的微塑料吸附pb的拟合结果；研究发现，pb在微塑料和负载生物膜的微塑料上的langmuir吸附曲线r2值分别为0.99和0.95，说明langmuir吸附等温方程可以较好地描述pb在微塑料和负载生物膜的微塑料上的吸附行为。langmuir吸附等温方程的参数гimax可衡量微塑料和负载生物膜的微塑料吸附pb的能力。
图6实施例1中微塑料对pb的langmuir吸附等温线；图7实施例1中微塑料/生物膜对pb的langmuir吸附等温线。从图6可知，pb在负载生物膜的微塑料上的最大吸附量为6.10mg·g-1；从图7可知，pb在未负载生物膜的微塑料上的最大吸附量为0.58mg·g-1；说明负载生物膜的微塑料的最大吸附量远大于未负载生物膜的微塑料。由此说明，在对水体中微塑料对污染物环境行为影响研究过程中，不能够忽略生物膜的共同作用，本发明可以提供实际水体中以微塑料为基质的生物膜的培养装置，对于水体中微塑料对污染物环境行为提供了有利的技术支持。
表1