CN102226149A - 一种给水管道生物膜采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种给水管道生物膜采样器，包括端部连有采样头的取样杆、连接件、球阀和固定件，所述的采样头和取样杆贯穿连接件、全开状态的球阀的管体和固定件；所述的球阀的管体的一端与连接件通过液密封配合连接，另一端与用于固定取样杆的固定件连接。本发明给水管道生物膜采样器结构简单、可在不影响给水管道内水运行工况的前提下，实时对给水管道内壁的生物膜进行采集，采集的样品具有代表性。

Description

一种给水管道生物膜采样器

技术领域

本发明涉及饮用水生物取样设备技术领域，特别涉及一种给水管道生物膜采样器。

背景技术

给水管网是城市给水系统中的重要组成部分，其作用是把经水厂净化后的符合国家生活饮用水水质标准的水输送至用户终端。给水管网就像一个敏感的、动态的和具有自身特性的巨大反应器，水由于在管道内滞留时间过长，本身不断受到再次污染，在管道内发生着复杂的物理、化学及生物学变化，导致管道内卫生状况的下降。根据《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中对国内34个主要城市管网水质资料进行统计，地表水水厂出厂水基本稳定的占21％，腐蚀性的占50％，轻微结垢的占29％。地下水水厂出厂水基本稳定的占50％，有腐蚀性的占30％，轻微腐蚀性的占20％。对占全国总供水量42.44％的36个城市调查，出厂水平均浊度为1.3度，而管网水增加到1.6度；色度由5.2度增加到6.7度；铁由0.09mg/l增加到0.11mg/l；细菌总数由6.6cfu/ml增加到29.2cfu/ml。某城市发现供水管中管垢的厚度达16～20mm，赤色，有腥味，含16种金属元素，检出铁细菌、埃希氏大肠杆菌等6种微生物。管道结垢、输水水质恶化，管道输水能力下降已成为城市供水管网普遍存在的现象。其中，饮用水的微生物风险是影响人体健康最主要的一个因素。微生物风险是由于饮用水中致病菌引起的。细菌在给水管网中繁殖，会导致供水水质恶化，加速管网的腐蚀。

管网内微生物再生问题不仅影响水质的安全性，还直接关系到消费者的身体健康。饮用水的微生物风险是影响人体健康最主要的一个因素。微生物风险是由于饮用水中致病菌引起的。细菌在给水管网中繁殖，会导致供水水质恶化，加速管网的腐蚀，因此，了解管网系统中微生物群落的种群分布、遗传多样性及其动态特征，认识细菌群落的稳定性和功能菌的作用对研究解决管网二次污染是非常必要的。

对实际给水管网和模拟实验管网中进行生物膜采样从而开展生物稳定性研究，意义重大。给水水质的生物稳定性是指给水中有机营养基质(可生物降解有机物)能支持异养细菌生长的潜力，即细菌生长的最大可能性。给水生物稳定高，即水中所含细菌生长所需的有机营养物低，细菌不易生长。饮用水生物不稳定会造成配水管网中异养细菌等微生物的再生长，对饮水水质安全带来一定的微生物安全风险，同时还会对输水过程带来一系列的不利影响，如引起管网的腐蚀，饮用水产生嗅味，导致色度及浊度增加等，最终造成饮用水水质下降。

现有技术中，实际的给水管网中，一般不采用生物膜采样器进行生物稳定性研究，一般当一段管道使用多年，希望了解其壁内生物膜变化时会直接截下该段管道，替换上新的管道，然后对截下的管道进行生物膜稳定性分析及研究。

在现有的模拟的给水管网中，用于生物膜采样的管道的两端采用法兰和密封圈连接，然后再通过螺栓固定，当需要进行生物膜采样时，直接取下该管道，用取下的管道进行生物膜采样，取下后，可以选择用新的管道替换上，或者暂时不替换，从而进行生物膜稳定性分析及研究。

上述的现有技术中，存在着采样技术难度大、采样不方便、不能随时进行监测(只能在管道中没有水运输的情况下进行生物膜采样)等较多技术问题。

发明内容

本发明提供了一种结构简单、可实时对给水管道内壁的生物膜进行采集的给水管道生物膜采样器。

一种给水管道生物膜采样器，包括端部连有采样头的取样杆、连接件、球阀和固定件，所述的采样头和取样杆贯穿连接件、全开状态的球阀的管体和固定件；所述的球阀的管体的一端与连接件通过液密封配合连接，另一端与用于固定取样杆的固定件连接。

所述的连接件用于与给水管道外壁密封连接，可以采用焊接或一体成型等方式实现。

为了本发明取得更好的发明效果，以下作为本发明的优选结构：

所述的采样头与给水管道管壁的开口相配合。所述的给水管道生物膜采样器使用时，在给水管道上设置与采样头相配合的开口，使得采样头背离采样杆一侧的端面与给水管道的内壁一致即可。

所述的采样头为圆台，所述的圆台与取样杆连接的一面为圆台横截面的最大面。采样头设计成圆台，并且与给水管道的壁面一致的端面为该圆台的最小横截面，在保证采样头容易插入的同时保证圆台侧壁与给水管道贴合更紧密，增加密封性。

为了更好的反应给水管道内的实际情况，减少误差，所述的采样头所选用的材料优选与给水管道的材料一致。

所述的取样杆为圆杆，可以更好地与固定件实现液密封配合，在连接件、全开球阀的管体和固定件的通道中更好地推进和拉出，从而增加了取样的方便性。

所述球阀的管体的一端与连接件通过液密封配合连接，密封连接的方式可以多样，如球阀的管体与连接件通过螺纹固定连接。为进一步提升密封性，可增加密封圈，密封圈可选用O形密封圈，还可以在球阀的管体与连接件的连接处涂上防漏的胶水。球阀具有打开和闭合两种状态，当球阀处于全部打开状态时，采样头和采样杆能顺利通过球阀的管体，当球阀处于闭合状态时，球阀的管体封闭，采样头和采样杆不能通过其进入给水管道，给水管道内的水也不能流出。

所述的球阀的管体与用于固定取样杆的固定件连接，虽然在使用时，采样头与给水管道已经形成了很好的封闭性，球阀的管体与固定件连接可不采用密封连接，但是考虑到可能采样头与给水管道之间的配合连接有可能漏水，所述的球阀的管体与固定件优选通过液密封配合连接，如所述的球阀的管体与固定件可通过螺纹固定连接，球阀的管体与固定件之间还可设置密封圈以增加密封性，可选用O形密封圈。可采用如下具体方式实现：球阀的管体与固定件连接的一端内壁设有螺纹，固定件外壁上设有与其相配的螺纹，O形密封圈的外径略小于与固定件相连的球阀的管体一端的内径且大于与球阀的管体相连的固定件一端的内径，使得固定件将O形密封圈顶紧在球阀的管体的内壁上，实现液密封。

所述的固定件与取样杆通过液密封配合连接。所述的固定件包括第一固定件和第二固定件，所述的第一固定件与第二固定件通过螺纹固定连接。第一固定件和第二固定件均设有与取样杆间隙配合的通孔，所述的第一固定件和第二固定件之间均设有与取样杆相配合的密封圈，如O形密封圈。O形密封圈的内径略大于取样杆的外径，第一固定件和第二固定件通过螺纹配合将O形密封圈顶紧，顶紧后的O形密封圈会与取样杆的外径紧密配合，从而实现液密封，同时第一固定件和第二固定件也可借用顶紧后的O形密封圈增加密封性能。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明给水管道生物膜采样器适用于管网模拟试验平台的试验给水管道和实际给水管网的管道，可确保在不影响给水管道内水运行工况的前提下，对管道内生物膜进行采样分析，避免了传统采样管段“浮岛”和“凹槽”(采样管段上出现凹凸不平)的形成。

本发明给水管道生物膜采样器的采样头的形状可根据需要设置，可设置成采样头与给水管道的管壁开口配合，采样头材料与管壁材料一致，保证采样头端面与给水管道的内壁条件一致，从而保证生物膜样本的代表性。

另外，本发明给水管道生物膜采样器中球阀、固定件和采样杆的设计，都各自有各自的优点，组合在一起，并不是简单优点的叠加，而是相互间的配合使得本发明最终取得预料不到的效果。

在管网模拟试验平台中和实际给水管网中，本发明给水管道生物膜采样器可实时对管道内壁的生物膜进行定期采样，采集的生物膜通过平板培养可确定不同管材管壁的生物膜、不同成长期的生物膜的细菌总数；采集的生物膜分离纯化后可应用生物鉴定技术对管壁微生物膜的生物多样性进行研究，确定优势菌落或致病菌种；采集的生物膜还可用于研究生物膜内微生物生长的竞争、共生等交互关系。在管网模拟试验平台中，通过管网模拟实验室对实际配水管网真实场景的模拟，了解管网内水温、营养物质、管材、水力条件、余氯等因素对生物膜生长规律的影响，定量研究微生物促进剂、抑制剂、稳定剂、余氯及不同工况下(水温、流速、pH等)的微生物生长规律，掌握各因素对生物膜生长的影响规律；探索抑制生物膜生长的控制因子和条件。

在管网模拟试验平台中，在水质生物稳定性研究的基础上，研究提高管网水质稳定性的技术和方法，建立管网内细菌繁殖和再生的控制措施，并建立生物稳定性的控制评价方法对控制技术和措施进行评价。

附图说明

图1为本发明给水管道生物膜采样器在给水管道上使用时的结构示意图；

图2为本发明给水管道生物膜采样器的连有采样头的取样杆的结构示意图；

图3为本发明给水管道生物膜采样器的第一固定件和第二固定件的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明给水管道生物膜采样器，包括端部连有采样头1的取样杆2、连接件3、球阀4和固定件5。球阀4由用于使球阀4全开或闭合的开关41和球阀4的管体42组成。采样头1和取样杆2贯穿连接件3、全开状态的球阀4的管体42和固定件5；球阀4的管体42的一端与连接件3通过液密封配合连接，连接件3与球阀4的管体42连接的一端的内壁设有内螺纹，球阀4的管体42与连接件3连接的一端外壁设有与连接件3上内螺纹相配合的外螺纹，两者通过螺纹连接，并可以通过增加密封圈和防漏胶进行进一步密封，如采用O形密封圈(未标出)和生料胶，实现封闭连接，以避免水从该连接处流出。球阀4的管体42的另一端与用于固定取样杆2的固定件5连接，连接方式可以采用液密封配合连接，具体可选用螺纹配合连接，球阀4的管体42与固定件5连接的一端的内壁设有螺纹，固定件5外壁上设有与其相配合的螺纹。取样杆2与固定件5通过液密封配合连接。

如图2所示，采样头1为圆台，采样头1与取样杆2连接的一面为圆台横截面的最大面，取样杆2为圆杆，采样头1和取样杆2的中心线在同一直线上。

如图1和图3所示，固定件5包括第一固定件51和第二固定件52，第一固定件51和第二固定件52为T形，第一固定件51包括第一固定件51的杆部511和第一固定件51的头部512，第二固定件52包括第二固定件52的杆部521和第二固定件52的头部522。第一固定件51的杆部511中心设有与采样头1间隙配合的通孔，第一固定件51的杆部511外壁设有与球阀4的管体42内壁的螺纹相配合的螺纹，使第一固定件51与球阀4的管体42通过螺纹连接。球阀4的管体42与第一固定件51之间设有O形密封圈6，O形密封圈6的外径小于与第一固定件51相连的球阀4的管体42一端的内径且大于第一固定件51的杆部511通孔的内径，第一固定件51的杆部511的顶面通过球阀4的管体42与第一固定件51之间的螺纹配合将O形密封圈6顶紧在球阀4的管体42内壁的内凸缘上，从而保证球阀4的管体42与固定件5之间的密封性，实现液密封配合。

第一固定件51的头部512的横截面为面积相等的正六边形，靠近第一固定件51的杆部511一侧的第一固定件51的头部512中心设有与取样杆2间隙配合的通孔，第一固定件51的头部512另一侧的中心设有与第二固定件52的杆部521配合的带螺纹通孔。第二固定件52的杆部521外壁设有与第一固定件51的头部512通孔内螺纹相配合的螺纹，第二固定件52的中心设有与取样杆2间隙配合的通孔，第二固定件52的头部522的横截面为面积相等的正六边形，第一固定件51和第二固定件52之间设有与取样杆2相配合的O形密封圈7，O形密封圈7的内径略大于取样杆2的外径，O形密封圈7的外径小于与第二固定件52的杆部521连接的第一固定件51的头部512一端的内径，O形密封圈7的外径大于与第二固定件52的杆部521的内径。

第二固定件52杆部521的顶面通过第一固定件51和第二固定件52之间的螺纹配合将O形密封圈7顶紧在第一固定件51的内壁的内凸缘上，利用第一固定件51和第二固定件52挤压O形密封圈7使得O形密封圈7与取样杆2实现紧密配合，从而达到固定件5与取样杆2的固定和固定件5与取样杆2的液密封。

如图1所示，本发明给水管道生物膜采样器在给水管道上的使用状态图，包括给水管道生物膜采样器和给水管道8，连接件3与给水管道8之间采用焊接的方式连接，在采样头1在给水管道8上相对的位置设有与采样头1相配合的开口，还要根据给水管道8的材料、管径的大小和管壁厚度的不同，选择相匹配的采样头1和取样杆2，使得采样头1的材料与管道8的材料一致，采样头1的端面11与管道8的内壁在同一圆周面上。

下面对本发明的最优的一种状态进行使用说明：

将连接件3焊接在给水管道8上，将球阀4的管体42的一端通过螺纹和密封圈密封连接，在取样杆2上依次套上第一固定件51、与取样杆2相配合的O形密封圈7以及第二固定件52，可以先适当旋转第二固定件52，实现第二固定件52与第一固定件51部分螺纹连接，然后将采样头1和采样杆2放进球阀4的管体42，在球阀4的管体42内放置O形密封圈6，旋转第一固定件51直至第一固定件51将O形密封圈6顶紧，打开球阀4的开关41，使球阀4处于全开的状态，将取样杆2推进，推到底，直至采样头1与管壁一致，然后旋紧第二固定件52，使得第二固定件52将第一固定件51与第二固定件52间的O形密封圈7顶紧，实现第一固定件51、第二固定件52和取样杆2之间液密封。

当需要取下采样头1和取样杆2对生物膜进行采样时，可以先将第二固定件52旋转稍稍松开，抽拉取样杆2后，关闭球阀4的开关41，然后再卸下第一固定件51，进一步解除第一固定件51和第二固定件52之间的螺纹连接，即可将第一固定件51、第二固定件52和连有采样头1的取样杆2整体取下，对采样头1上的生物膜进行分析，进行该给水管道饮用水的微生物风险研究，同时仍能保障给水管道不漏水和给水管道正常输水运行。

Claims (10)

1.一种给水管道生物膜采样器，其特征在于，包括端部连有采样头的取样杆、连接件、球阀和固定件，所述的采样头和取样杆贯穿连接件、全开状态的球阀的管体和固定件；所述的球阀的管体的一端与连接件通过液密封配合连接，另一端与用于固定取样杆的固定件连接。

2.根据权利要求1所述的给水管道生物膜采样器，其特征在于，所述的采样头与给水管道管壁的开口相配合。

3.根据权利要求2所述的给水管道生物膜采样器，其特征在于，所述的采样头为圆台，所述的圆台与取样杆连接的一面为圆台横截面的最大面。

4.根据权利要求1所述的给水管道生物膜采样器，其特征在于，所述的采样头的材料与给水管道的材料一致。

5.根据权利要求1所述的给水管道生物膜采样器，其特征在于，所述的取样杆为圆杆。

6.根据权利要求1所述的给水管道生物膜采样器，其特征在于，所述的球阀的管体与固定件通过液密封配合连接。

7.根据权利要求6所述的给水管道生物膜采样器，其特征在于，所述的球阀的管体与固定件通过螺纹固定连接，球阀的管体与固定件之间设有O形密封圈。

8.根据权利要求1所述的给水管道生物膜采样器，其特征在于，所述的固定件与取样杆通过液密封配合连接。

9.根据权利要求8所述的给水管道生物膜采样器，其特征在于，所述的固定件包括第一固定件和第二固定件，所述的第一固定件与第二固定件通过螺纹固定连接。

10.根据权利要求9所述的给水管道生物膜采样器，其特征在于，所述的第一固定件和第二固定件均设有与取样杆间隙配合的通孔，所述的第一固定件和第二固定件之间设有与取样杆相配合的O形密封圈。

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