阅读说明：本技术 一种可自动控制工况的生物膜培养实验装置及其培养方法 (Biological membrane culture experimental device capable of automatically controlling working conditions and culture method thereof ) 是由 金光球 尹镜雲 钟妮倩 罗心怡 张中天 朱晓萌 刘畅 唐洪武 李凌 于 2020-04-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可自动控制工况的生物膜培养实验装置及其培养方法,包括供能装置、覆膜载体、影响参数测量装置和自动控制装置,所述自动控制装置包括附着框架和设置在附着框架外侧的数个升降浮筒,所述每个升降浮筒上均设置有供能装置和影响参数测量装置,所述附着框架上设置有覆膜载体,所述升降浮筒外壁上设置有排水孔和牵引绳；所述升降浮筒与硬件连接。具体培养方法,先安装设备,然后放置设备,再投放营养物质,最后测量参数并计算。本发明通过自动控制装置,改变生物膜在水面上的放置形态,进而改变其过水面积,从而控制生物膜上生物菌落的数量。(The invention discloses a biological membrane culture experimental device capable of automatically controlling working conditions and a culture method thereof, and the biological membrane culture experimental device comprises an energy supply device, a membrane covering carrier, an influence parameter measuring device and an automatic control device, wherein the automatic control device comprises an attachment frame and a plurality of lifting buoys arranged outside the attachment frame, each lifting buoy is provided with the energy supply device and the influence parameter measuring device, the attachment frame is provided with the membrane covering carrier, and the outer wall of each lifting buoy is provided with a drain hole and a traction rope; the lifting buoy is connected with hardware. The specific culture method comprises the steps of firstly installing equipment, then placing the equipment, then putting in nutrient substances, and finally measuring and calculating parameters. The invention changes the placing form of the biological film on the water surface through the automatic control device, and further changes the water passing area, thereby controlling the number of biological bacterial colonies on the biological film.)

一种可自动控制工况的生物膜培养实验装置及其培养方法

技术领域

本发明涉及水利工程和环境工程技术领域，特别涉及一种可自动控制工况的生物膜培养实验装置及其培养方法。

背景技术

生物膜在天然水环境中和工程处理中起着重要作用。以往研究生物膜形成条件的过程中使用的野外生物膜培养法存在不能实现光照、温度、风速、河流流速等影响参数的实时资料记录，无法控制生物膜生长区域湿润状况的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种通过控制固定覆膜载体的升降浮筒内水量实现对湿润状况的精确把控和实时调节检测，简单易行，操作方便；使用材料易得，节约成本经济可行；并使用太阳能这一可再生资源，节能环保的可自动控制工况的生物膜培养实验装置。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的一种可自动控制工况的生物膜培养实验装置，包括供能装置、覆膜载体、影响参数测量装置和自动控制装置，所述自动控制装置包括附着框架和设置在附着框架外侧的数个升降浮筒，所述每个升降浮筒上均设置有供能装置和影响参数测量装置，所述附着框架上设置有覆膜载体，所述升降浮筒外壁上设置有排水孔和牵引绳；所述升降浮筒与硬件连接。

进一步的，所述供能装置包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板设置在升降浮筒最顶端，所述蓄电池与太阳能电池板连接并设置在升降浮筒内部。

进一步的，所述影响参数测量装置包括风速仪，压力传感器，流速流向仪，温度传感器，光度仪；所述风速仪和光度仪设置在升降浮筒顶部，所述压力传感器、流速流向仪和温度传感器均设置在升降浮筒底部。

进一步的，所述升降浮筒顶部还设置有照相装置。

进一步的，所述升降浮筒内部设置有水泵和抽水管，所述抽水管设置在水泵下方。

进一步的，所述附着框架的四个角上分别设置有一个升降浮筒。

进一步的，所述覆膜载体为格状附着载体。

一种如上所述的可自动控制工况的生物膜培养实验装置的培养方法，具体步骤如下：

(1)完成实验器材的组装：四个升降浮筒固定覆膜载体的附着框架四角，上置格状附着载体；升降浮筒底部安装压力传感器、温度传感器和流速流向仪，筒壁装牵引绳，升降浮筒内自上而下分别安装蓄电池、水泵、抽水管、排水孔，升降浮筒上方固定有太阳能电池板，照相装置以及光度仪、风速仪；

(2)将该装置置于河流岸边或河中漂浮，使用升降浮筒上的牵引绳实现实验装置的固定及收回；

(3)在格状附着载体上投放营养物质；

(4)给照相装置、光度仪、风速仪、温度传感器、流速流向仪、压力传感器通电，设置时间间隔定时测量，后期使用无线信号将光照、温度、风速、流速、压力参数以及生物膜生长状况的照片传回控制台，方便后续处理分析生物膜生长与研究因素的相关性；

(5)太阳能电池板吸收太阳辐射，将其转换成化学能储存在蓄电池中供电；

(6)蓄电池为水泵发电，通过抽水管、排水孔控制水量等量进出四个升降浮筒，压力传感器通过公式换算反映覆膜载体距离水面的距离，使其在水面上下5cm范围内变化；

(7)左右两边升降浮筒储水量不一致可达到覆膜载体倾斜的工况，从而控制过水面积；压力传感器换算出两边水位高度，求的倾斜角度正切值，得到覆膜载体的过水面积。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明实现功能物理过程简单，只需通过水泵抽吸水控制升降浮筒内的水量实现自定义覆膜载体与水面距离，以及过水面积，操作简单，方便灵活。

(2)本发明中升降浮筒下安装压力传感器，换算覆膜载体距离水面距离以及倾斜角度，原理简单，结果准确。

(3)本发明使用光度仪、温度传感器、风速仪、流速流向仪等装置实现实时数据测量，并通过无线信号将数据传回控制台，实现数据实时监测且精确高效。照相装置拍摄生物膜生长情况，无需到达试验现场就能观测实验结果。

(4)本发明成本低，实验装置使用的材料易得，组装简便，制造组装价格低廉。本发明节能环保，本装置使用太阳能电池板转换太阳能储存于蓄电池，满足装置内的用电需求，大大减少外加能源的需求，节约能源其保护流域生态环境。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为图1中升降浮筒结构示意图。

1—太阳能电池板；2—风速仪；3—蓄电池；4—升降浮筒；5—排水孔；6—牵引绳；7—抽水管；8—压力传感器；9—流速流向仪；10—温度传感器；11—硬件设备；12—水泵；13—光度仪；14—照相装置；15—附着框架；16—格状附着载体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明的一种可自动控制工况的生物膜培养实验装置，

如图1-3所示，本发明所述的一种可自动控制工况的生物膜培养实验装置，包括供能装置、覆膜载体、影响参数测量装置和自动控制装置，所述自动控制装置包括附着框架15和设置在附着框架15外侧的数个升降浮筒4，所述每个升降浮筒4上均设置有供能装置和影响参数测量装置，所述附着框架15上设置有覆膜载体，所述升降浮筒4外壁上设置有排水孔5和牵引绳6；所述升降浮筒4与硬件设备11连接。

进一步的，所述供能装置包括太阳能电池板1和蓄电池3，所述太阳能电池板1设置在升降浮筒4最顶端，所述蓄电池3与太阳能电池板1连接并设置在升降浮筒4内部。

进一步的，所述影响参数测量装置包括风速仪2，压力传感器8，流速流向仪9，温度传感器10，光度仪13；所述风速仪2和光度仪13设置在升降浮筒4顶部，所述压力传感器8、流速流向仪9和温度传感器10均设置在升降浮筒4底部。

进一步的，所述升降浮筒4顶部还设置有照相装置14。

进一步的，所述升降浮筒4内部设置有水泵12和抽水管7，所述抽水管7设置在水泵4下方。

进一步的，所述附着框架15的四个角上分别设置有一个升降浮筒4。

进一步的，所述覆膜载体为格状附着载体16。

操作步骤：1、完成实验器材的组装。四个升降浮筒4固定覆膜载体的附着框架15四角，上置格状附着载体16。升降浮筒4底部安装压力传感器8、温度传感器10和流速流向仪9，筒壁装牵引绳6，升降浮筒4内自上而下分别安装蓄电池3、水泵12、抽水管7、排水孔5，升降浮筒4上方固定有太阳能电池板1，照相装置14以及光度仪13、风速仪2。

2、本实验装置可自选放置位置，置于河流岸边或河中漂浮，使用升降浮筒4上的牵引绳6实现实验装置的固定及收回。

3、在格状附着载体16上投放营养物质A。

4、给照相装置14、光度仪13、风速仪2、温度传感器10、流速流向仪9、压力传感器8通电，设置时间间隔定时测量，后期使用无线信号将光照、温度、风速、流速、压力等参数以及生物膜生长状况的照片传回控制台，方便后续处理分析生物膜生长与研究因素的相关性。

5、太阳能电池板1吸收太阳辐射，将其转换成化学能储存在蓄电池3中供电。

6、蓄电池3为水泵12发电，通过抽水管7、排水孔5控制水量等量进出四个升降浮筒4，压力传感器8可通过公式换算反映覆膜载体距离水面的距离，使其在水面上下5cm范围内变化。

7、左右两边升降浮筒4储水量不一致可达到覆膜载体倾斜的工况，从而控制过水面积。压力传感器8换算出两边水位高度，求的倾斜角度正切值，得到覆膜载体的过水面积。