一种用于病毒和细菌监测的污水采集装置的制作方法

本发明涉及污水采集技术领域，具体而言，涉及一种用于病毒和细菌监测的污水采集装置。

背景技术：

新冠病毒可以出现在尿液和粪便中。在城市中，这些尿液和粪便中的病毒通常会被排入污水系统。另外人的洗漱过程也会直接将病毒释放到生活污水中。这些提示病毒在城市中的一个重要去向是进入污水系统，这为通过污水监测疫情提供了可能。分析生活污水、分离污水中病毒，并采用新一代测序等现代生物学技术对其实施监测将能够克服前面提到的传统流行病学的不足。

针对于污水中病毒和细菌的监测，需要进行有效的污水样品采集。现有的污水采集方式，采集瞬时样或者通过等流量比例、等时间比例等方式采集混合样，适用于污水中化学物质的分析，不能适用于细菌或病毒的检测分析。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于病毒和细菌监测的污水采集装置，其采用连续采样的方式，实现对污水病毒细菌的不间断监测，可对相关疫情的流行进行全天候的监控和预警；在大体积采样的同时完成样品富集，降低实验室后续样品处理的工作量，大幅度缩短分析时间，提高污水病毒和细菌监测的准确性和灵敏度。

本发明的实施例是这样实现的：

一种用于病毒和细菌监测的污水采集装置，其包括依次链接的过滤单元、动力单元和富集单元；

过滤单元包括开设有通孔的固定板、围成漏斗状且自由端固定至固定板的透水不锈钢外壳和套设在透水不锈钢外壳围成的漏斗中的5级过滤层；

动力单元包括通过通孔贯穿固定板的套筒、活塞活动设置在套筒中的二级复合嵌套活塞泵，以及连接至二级复合嵌套活塞泵的电源；

富集单元包括多个串联设置的富集瓶、设置在富集瓶内的富集膜和设置在管路上且用于控制富集瓶的多个自动切换阀。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，二级复合嵌套活塞泵包括靠近过滤单元设置的外活塞、靠近富集单元设置的内活塞、连通管、套设在内活塞和外活塞外侧的活塞套管，以及连接连通管的电机，外活塞和内活塞的轴心开设有通道，连通管的两端与通道连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述5级过滤层由靠近透水不锈钢外壳的一级开始孔径逐渐减小。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述5级过滤层的孔径分别为5-10微米、10-20微米、20-50微米、50-100微米和100-300微米。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述透水不锈钢外壳和5级过滤层采用仿生学的流线型设计，不锈钢外壳为栅板结构。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述富集膜为微滤膜、超滤膜、纳滤膜或琼脂糖凝胶中的一种。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述富集膜为琼脂糖凝胶。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述富集瓶上设置有废水排出口。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述富集瓶和自动切换阀均为4个，自动切换阀和富集瓶一一对应配合。

与现有技术相比，本发明用于病毒和细菌监测的污水采集装置的有益效果是：

（1）采用连续采样的方式，实现对污水病毒细菌的不间断监测，可对相关疫情的流行进行全天候的监控和预警；

（2）在大体积采样的同时完成样品富集，降低实验室后续样品处理的工作量，大幅度缩短分析时间，提高污水病毒和细菌监测的准确性和灵敏度。

（3）二级复合嵌套活塞泵可以实现采样的同时对过滤层进行反冲，避免长时间采样过程中过滤层外面粘附的颗粒物降低采样效率，使得整个装置能够长时间高效运转。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例用于病毒和细菌监测的污水采集装置的结构示意图；

图2为本发明实施例过滤单元的结构示意图;

图3为本发明实施例二级复合嵌套活塞泵的结构示意图。

图标：100-用于病毒和细菌监测的污水采集装置；110-过滤单元；120-动力单元；130-富集单元；111-固定板；114-通孔；112-透水不锈钢外壳；113-5级过滤层；121-套筒；122-二级复合嵌套活塞泵；123-电源；131-富集瓶；132-富集膜；133-自动切换阀；134-废水排出口；141-外活塞；142-内活塞；143-连通管；144-活塞套管；145-电机；146-宽口段；147-窄口段；148-锥形段。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种用于病毒和细菌监测的污水采集装置100，其包括依次链接的过滤单元110、动力单元120和富集单元130。

请参照图1和图2，过滤单元110包括开设有通孔114的固定板111、透水不锈钢外壳112和5级过滤层113。透水不锈钢外壳112围成漏斗状且自由端固定至固定板111。5级过滤层113套设在上述透水不锈钢外壳112围成的漏斗中。5级过滤层113由靠近透水不锈钢外壳112的一级开始孔径逐渐减小。在本实施例中，上述5级过滤层113的孔径分别为5-10微米、10-20微米、20-50微米、50-100微米和100-300微米。在其他实施例中，上述孔径还可以是其他大小，只要能够达到过滤大颗粒的目的，都在本实施例的保护范围中。根据目标物细菌或病毒的大小，5级过滤层113的孔径需要相应调整。在本实施例中10-300微米的各级过滤层均采用不锈钢材质，5-10微米过滤层采用聚丙烯、聚四氟乙烯等材质。在本实施例中透水不锈钢外壳112和5级过滤层113采用仿生学的流线型设计，有利于减小污水流动过程中遇到的阻力。透水不锈钢外壳112为栅板结构。

请继续参照图1，动力单元120包括套筒121、二级复合嵌套活塞泵122和给上述二级复合嵌套活塞泵122提供动力的电源123。上述套筒121通过通孔114贯穿固定板111。二级复合嵌套活塞泵122的活塞活动设置在上述套筒121中。电源123连接至二级复合嵌套活塞泵122，且包裹在防水层中。嵌套的活塞可以实现采样的同时对过滤层进行反冲，避免长时间采样过程中过滤层外面粘附的颗粒物降低采样效率。在本实施例中，电源123为可充电锂电池，在其他实施例中也可以是其他种类的电源，都在本实施例的保护范围中。

请参照图3，二级复合嵌套活塞泵122包括靠近过滤单元110的外活塞141、靠近富集单元130的内活塞142、连通管143、活塞套管144和电机145。外活塞141和内活塞142的轴心开设有通道，上述连通管143的两端连接至内活塞142和外活塞141。外活塞141和内活塞142套设在活塞套管144中。电机145连接至连通管143，且带动连通管143运动，为内活塞142和外活塞141的运动提供动力。在本实施例中，连通管143包括宽口段146、窄口段147和锥形段148，上述宽口段146用于容纳直径更大的外活塞141，窄口段147用于容纳直径更小的内活塞142。当内活塞142和外活塞141向靠近富集单元130一侧运动时，污水被推入富集单元130；当内活塞142和外活塞141向靠近过滤单元110的一端运动时，窄口段147逐渐形成真空，污水沿着外活塞141的通道、连通管143和内活塞142的通道流入二级复合嵌套活塞泵122，同时部分污水被外活塞141推回过滤单元110实现反冲。在其他实施例中，连通管143也可以是等宽的，内活塞142和外活塞141可以等直径，都能实现本实施例的技术效果，都在本实施例的保护范围中。但是，当外活塞141的直径大于内活塞142的直径时，能够保证少量的水进入富集单元130，大部分水反冲至过滤单元110，能够极大的避免长时间采样过程中过滤层外面粘附的颗粒物降低采样效率。

请继续参照图1，富集单元130包括4个串联设置的富集瓶131、富集膜132和4个自动切换阀133。上述富集膜132设置在富集瓶131内，用于富集污水中的细菌和病毒。自动切换阀133设置在连接富集瓶131的管路上，分别控制串联的4个富集瓶131中污水的进出。富集瓶131上设置有废水排出口134，经过富集膜132除去细菌和病毒的污水可从废水排出口134流出。在本实施例中上述富集膜132为琼脂糖凝胶，琼脂糖凝胶是以琼脂糖为基质制备的凝胶，其依靠糖链之间的次级链维持网状结构，琼脂糖的浓度决定了网状结构的孔径，可用于不同粒径细菌和病毒的分离富集。在其他实施例中富集膜132还可以是其他材料，例如微滤膜、超滤膜、纳滤膜等滤膜，上述滤膜可截留的颗粒粒径范围在0.005-5微米之间，可以根据目标细菌和病毒的粒径来选择。滤膜的材料可以选择聚丙烯、聚砜、塑料合金、聚四氟乙烯等材质，只要能达到本实施例通过调节实现对不同粒径细菌和病毒的分离富集，都在本实施例的保护范围中。在本实施例中，自动切换阀133采用定时切换的电磁阀，其原理是当一个富集瓶131工作满富集时间时，定时切换的电磁阀的阀门自动开启，污水流入下一个富集瓶131继续进行富集。在其他实施例中，自动切换阀133也可以是其他阀体，只要能够实现方便的富集瓶131切换，都在本实施例的保护范围中。富集时间的设定可以根据细菌和病毒的粒径、浓度。富集膜132的工作效率，期望达到的富集率，通过实验研究确定。

请参照图1和图2，上述用于病毒和细菌监测的污水采集装置100的工作原理是：（1）当内活塞142和外活塞141向靠近富集单元130一侧运动时，为污水提供流过过滤层的动力，污水从透水不锈钢外壳112，穿过5级过滤层113实现过滤，过滤的污水通过内活塞142导入后面的富集单元130。当污水通过富集瓶131，污水中的细菌和病毒富集在富集膜132上，经过富集膜132除去细菌和病毒的污水可从废水排出口134流出。当富集膜132的富集时间达到设定值时，自动切换阀133的阀门开启，污水流入下一个富集瓶131继续进行富集。根据污水中病毒的量，设置足够数量的富集瓶131；（2）当内活塞142和外活塞141向靠近过滤单元110的一端运动时，窄口段147逐渐形成真空，污水沿着外活塞141的通道、连通管143和内活塞142的通道流入二级复合嵌套活塞泵122，同时部分污水被外活塞141推回过滤单元110实现反冲。上述反冲有效去除过滤层外附着的颗粒，提高整个装置的工作效率。

综上所述，本发明提供一种用于病毒和细菌监测的污水采集装置，采用连续采样的方式，实现对污水病毒细菌的不间断监测，可对相关疫情的流行进行全天候的监控和预警；在大体积采样的同时完成样品富集，降低实验室后续样品处理的工作量，大幅度缩短分析时间，提高污水病毒和细菌监测的准确性和灵敏度；二级复合嵌套活塞泵可以实现采样的同时对过滤层进行反冲，避免长时间采样过程中过滤层外面粘附的颗粒物降低采样效率，使得整个装置能够长时间高效运转。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。