CN112029632A - 一种地下水中厌氧微生物原位培养富集装置与使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下水中厌氧微生物原位培养富集装置与使用方法,所述富集装置包括设置在地下水监测井顶面的气密性井盖、设置在地下水监测井内的水封器、设置在水封器内的微生物培养器以及固定绳索，所述水封器呈圆柱体，水封器包括水封器主体、水封器顶盖和水封器底盖，水封器顶盖上设置有裙边，水封器顶盖与水封器主体上部之间通过螺纹连接，裙边两侧设有绳索固定环；水封器底盖中心设置有单向阀，单向阀与水封器主体之间通过螺纹连接。微生物洗脱效率高、可以一直保持厌氧环境使得厌氧微生物群落结构稳定、样品送入实验室后数量多，能顺利的完成扩增建库的实验。

Description

一种地下水中厌氧微生物原位培养富集装置与使用方法
技术领域
本发明涉及环境工程工领域，特别是一种地下水中厌氧微生物原位培养富集装置与使用方法。
背景技术
苯、石油烃、氯代脂肪烃等有机物是我国地下水中的特征污染物之一，尤其在有机化工场地地下水中污染尤其严重。
针对地下水中的有机物，常见的处理方式包括抽出处理、化学氧化/还原、气相抽提等，但是，工程实践经验显示，受水文地质条件的非均质性、含水层土壤中污染物解吸传输速率等因素影响，以上工程修复措施均存在一定程度的拖尾现象，在拖尾期污染物浓度降低非常缓慢，设施运行的边际成本逐渐增加。因此，目前国际上典型的对策是首先采用传统工程修复措施将地下水中大部分污染物迅速进行处理，降低污染负荷。在此基础上，利用场地含水层中的土著微生物对残余污染物进行降解，进一步逐渐降低污染物浓度，最终实现达标修复的目标。
以上策略实施的首要前提是场地地下水含水层中存在具备降解目标污染物的土著微生物，因此对场地地下水中微生物群落特征进行解析论证，是确保可行性的关键。其中，采集能够表征场地地下水中微生物群落特征的样品，是确保分析结果可信的首要前提。
针对这一需求，国内已开发出以粉末活性炭（PAC）和支撑骨架为核心的地下水原位微生物富集培养装置，这些装置的基本原理是利用PAC的多孔与高比表面积的特性，对地下水含水层中的微生物进行吸附，之后将吸附有微生物的PAC填料运送至实验室进行群落结构特征分析。
这些方法目前主要存在两个缺点：第一，基于PAC吸附原理，导致样品送至实验室后很难将微生物从PAC上洗脱至专用的微生物提取试剂盒中，因此经常出现未能获取足够满足后续扩增建库所需的微生物量；第二，未设置相应装置，确保整个样品采集与运输过程的严格厌氧环境，因此采集的微生物样品极易暴露于空气环境，导致厌氧微生物群落结构发生变化而使最终结果无法客观表征实际场地的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种地下水中厌氧微生物原位培养富集装置与使用方法，要解决现阶段采集微生物样品易暴露、微生物洗脱效率低、无法保障严格厌氧环境使得厌氧微生物群落结构特征发生变化、样品送入实验室后数量少，无法达到扩增建库所需的微生物量的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，所述富集装置包括设置在地下水监测井顶面的气密性井盖4、设置在气密性井盖4一侧的密闭井盖绳索固定环41、设置在地下水监测井内的水封器1、设置在水封器1内的微生物培养器2以及固定绳索，所述水封器1呈圆柱体，水封器1包括水封器主体11、水封器顶盖13和水封器底盖12，水封器顶盖13上设置有水封器顶盖裙边132，水封器顶盖13与水封器主体11上部之间通过螺纹连接，水封器顶盖裙边132两侧设有水封器顶盖绳索固定环131；
水封器底盖12中心设置有单向阀121，单向阀121与水封器主体11之间通过螺纹连接；
微生物培养器2包括圆柱形微生物培养器主体21、设置在微生物培养器主体21顶面的微生物培养器主体顶盖24、设置在微生物培养器主体21底面的微生物培养器主体底盖22、开设在微生物培养器主体底盖22中部的滤水孔区、间隔设置在微生物培养器主体21内的水平变宽度过水缝隙211以及填充设置在微生物培养器主体21内的微生物富集填料23。
进一步，微生物富集填料23为球体,球体表面设置有用于富集微生物的凸起231。
进一步,微生物富集填料23的高度至少为微生物培养器主体21高度的二分之一。
进一步，水封器顶盖13采用聚四氟乙烯。
进一步，微生物富集填料23为聚乙烯材质：
进一步，单向阀121的阀孔直径为3cm。
进一步，水封器主体11采用聚四氟乙烯；水封器主体11的高度为30cm，外径5cm，壁厚5mm。
进一步，水封器顶盖裙边132内径为2.5cm。水封器顶盖裙边132外径与水封器主体11的内径相适应。
进一步，微生物培养器主体底盖22的直径大于微生物培养器主体21的截面直径。
进一步，微生物培养器主体底盖22采用聚四氟乙烯材质。
进一步，微生物培养器主体底盖22的直径为4.5cm。
进一步，滤水孔区呈圆形，滤水孔区的直径为内径3cm；滤水孔区内设置间隔设置有滤水孔222。
进一步，滤水孔222的孔径为3-5mm。
进一步，微生物培养器主体底盖22与微生物培养器主体21下部之间通过螺纹连接。
进一步，微生物培养器主体21采用聚四氟乙烯；微生物培养器主体21的外径为3cm，内径为2cm，高度20cm。
进一步，水平变宽度过水缝隙211的外侧缝宽为5mm，内存缝宽为2mm，外侧缝间距5mm。
本发明还提供包括上述地下水中厌氧微生物原位培养富集装置的使用方法，具体步骤如下：
步骤一，建设合格的地下水监测井；
步骤二、微生物培养器2和微生物富集填料23提前24h灭菌，在无菌条件下将微生物富集填料23装填至微生物培养器2中后，将其至于密闭的无菌袋内；
步骤三、将水封器1和微生物培养器2运输至现场后，拧开水封器顶盖13后将微生物培养器2从无菌袋中迅速取出并安装于水封器主体11内，立即拧紧水封器顶盖13；
步骤四、准备三根固定绳索，将其中两根固定绳索的一端分别与水封器顶盖绳索固定环131绑扎连接，剩余一根固定绳索与微生物培养器主体顶盖绳索固定环241绑扎连接，将水封器1和微生物培养器2下放至监测井设计采样深度；
步骤五、采样器下放至设计采样深度后，将与水封器顶盖绳索固定环131绑扎的固定绳索的另一端与密闭井盖绳索固定环41绑扎连接；
步骤六、将与水封器顶盖13的两根绳索固定环固定的固定绳索松开，使水封器1在重力所用下继续下沉30cm后，将固定绳索的另一端也固定至密闭井盖绳索固定环41上；
步骤七、用气密性井盖4以承插的方式将地下水监测井井口密封；
步骤八、30天后，打开气密性井盖4，将与水封器顶盖13的两个绳索固定环固定的固定绳索自气密性井盖4的绳索固定环上解开，将其往上提30cm，确保水封器1将微生物培养器2收纳；
步骤九、将与微生物培养器主体顶盖绳索固定环241固定的固定绳索自密闭井盖绳索固定环41上解开，连同与水封器顶盖13的两个绳索固定环固定的固定绳索，同步往上将水封器1和微生物培养器2一同拎出地下水监测井；
步骤十、将三根固定绳索解开，拧开水封器顶盖13后用气密性盖将水封器1顶端密封，将水封器1倒置，拧开水封器底盖12后用气密性盖将水封器1底端密封；
步骤十一、将密封后的水封器1运送至实验室，在厌氧操作台中将培养器自水封器1中取出，拧开微生物培养器主体底盖22，将微生物富集填料23收集至专用的微生物样品提取试剂盒内进行厌氧微生物的提取分析。
本发明的有益效果体现在：
1，本发明提供的一种地下水中厌氧微生物原位培养富集装置与使用方法，结构简单、经济实用，采集微生物样品一直处在无氧状态。
2，本发明提供的一种地下水中厌氧微生物原位培养富集装置与使用方法，微生物洗脱效率高、可以一直保持厌氧环境使得厌氧微生物群落结构稳定、样品送入实验室后数量多，能顺利的完成扩增建库的实验。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明使用状态图。
图2是水封器与微生物培养器位置关系图。
图3是水封器剖面图。
图4是水封器顶盖图。
图5是水封器底盖单向阀示意图。
图6是微生物培养器主体底盖滤水孔示意图。
图7是水平变宽度过水缝隙示意图。
图8是凸起示意图。
图9是实施例1从培育器中取出菌种的分析图1。
图10是从培育器中取出菌种的分析图2。
图11是从培育器中取出菌种的分析图3。
附图标记： 1-水封器、11-水封器主体、12-水封器底盖、121-水封器底盖单向阀、13-水封器顶盖、131-水封器顶盖绳索固定环、132-水封器顶盖裙边、
2-微生物培养器、21-微生物培养器主体、211-水平变宽度过水缝隙、22-微生物培养器主体底盖、221-微生物培养器主体底盖裙边、222-滤水孔、23-微生物富集填料、231-凸起、24--微生物培养器主体顶盖、241--微生物培养器主体顶盖绳索固定环、
3-培养器固定绳索、4-气密性井盖、41-密闭井盖绳索固定环。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。
将培养富集装置安装于地下水监测井内，培养30天后将装置由监测井中取出，全程不将微生物培养器主体21与富集有微生物的富集填料暴露于空气，同时利用水封器1进行水封，一直维持厌氧环境直至样品运输至实验室，确保不因样品运输过程中环境条件的变化使得厌氧微生物群落结构发生改变，分析结果能够准确表征监测点位含水层中厌氧微生物的群落结构特征。该方法操作简单，装置制作成本低，而且可以重复利用。具体的，如下：
实施例1
本发明提供一种地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，所述富集装置包括设置在地下水监测井顶面的气密性井盖4、设置在地下水监测井内的水封器1、设置在水封器1内的微生物培养器2以及固定绳索，所述水封器1呈圆柱体，水封器1包括水封器主体11、水封器顶盖13和水封器底盖12，可以采用聚四氟乙烯，水封器顶盖13上设置有裙边，水封器顶盖13与水封器主体11上部之间通过螺纹连接，裙边两侧设有绳索固定环；裙边是一个往圆心方向突出的一圈，当培养器往上提的时候卡住培养器，这样就不会把培养器直接提出水封器1。
水封器底盖12中心设置有阀孔直径为3cm的单向阀121，单向阀121与水封器主体11之间通过螺纹连接。水封器主体11采用聚四氟乙烯；水封器主体11的高度为30cm，外径5cm，壁厚5mm。水封器顶盖裙边132内径为2.5cm，水封器顶盖裙边132外径与水封器主体11的内径相适应。
微生物培养器2包括圆柱形微生物培养器主体21、设置在微生物培养器主体21顶面的微生物培养器主体顶盖24、设置在微生物培养器主体21底面的微生物培养器主体底盖22、开设在微生物培养器主体底盖22中部的滤水孔区、间隔设置在微生物培养器主体21内的变宽度过水缝隙以及填充设置在微生物培养器主体21内的微生物富集填料23。微生物培养器主体底盖22采用聚四氟乙烯材质,其直径大于微生物培养器主体21的截面直径，即微生物培养器主体底盖22四周还设置有微生物培养器主体底盖裙边221。直径可以为4.5cm。水平变宽度过水缝隙211的外侧缝宽为5mm，内存缝宽为2mm，外侧缝间距5mm。
滤水孔区呈圆形，滤水孔区的直径为内径3cm；滤水孔区内设置间隔设置有滤水孔222，其孔径为3-5mm。微生物培养器主体21的外径为3cm，内径为2cm，高度20cm。
其中，微生物富集填料23为球体,微生物富集填料23为聚乙烯材质，球体表面设置有用于富集微生物的凸起231。微生物富集填料23的高度至少为微生物培养器主体21高度的二分之一。
微生物培养器主体底盖22与微生物培养器主体21下部之间通过螺纹连接。
上述地下水中厌氧微生物原位培养富集装置的使用方法，具体步骤如下：
步骤一，建设合格的地下水监测井；
步骤二、微生物培养器2和微生物富集填料23提前24h灭菌，在无菌条件下将微生物富集填料23装填至微生物培养器2中后，将其至于密闭的无菌袋内；
步骤三、将水封器1和微生物培养器2运输至现场后，拧开水封器顶盖13后将微生物培养器2从无菌袋中迅速取出并安装于水封器主体11内，立即拧紧水封器顶盖13；
步骤四、准备三根固定绳索，将其中两根固定绳索的一端分别固定在水封器顶盖13的绳索固定环绑扎连接，剩余一根固定绳索与培养器顶盖的绳索固定环绑扎连接，将水封器1和微生物培养器2下放至监测井设计采样深度；
步骤五、采样器下放至设计采样深度后，将与培养器顶盖的绳索固定环固定的固定绳索的另一端与设置在气密性井盖4的绳索固定环绑扎连接；
步骤六、将与水封器顶盖13的两根绳索固定环固定的固定绳索松开，使水封器1在重力所用下继续下沉30cm后，将固定绳索的另一端也固定至气密性井盖4的绳索固定环上；
步骤七、用气密性井盖4以承插的方式将地下水监测井井口密封；
步骤八、30天后，打开气密性井盖4，将与水封器顶盖13的两个绳索固定环固定的固定绳索自气密性井盖4的绳索固定环上解开，将其往上提30cm，确保水封器1将微生物培养器2收纳；
步骤九、将与培养器顶盖的绳索固定环固定的固定绳索自气密性井盖4的绳索固定环上解开，连同与水封器顶盖13的两个绳索固定环固定的固定绳索，同步往上将水封器1和微生物培养器2一同拎出地下水监测井；
步骤十、将三根固定绳索解开，拧开水封器顶盖13后用气密性盖将水封器1顶端密封，将水封器1倒置，拧开水封器底盖12后用气密性盖将水封器1底端密封；
步骤十一、将密封后的水封器1运送至实验室，在厌氧操作台中将培养器自水封器1中取出，拧开微生物培养器主体底盖22，将微生物富集填料23收集至专用的微生物样品提取试剂盒内进行厌氧微生物的提取分析。
提取分析参见图9,其中，Methanobacterium为典型的厌氧产甲烷菌，其菌群丰度为1.25%，表明采用本发明的原位培养器与培养方法能够富集地层中的厌氧微生物，为解析厌氧环境下污染物的相应特征提供了科学工具。
参见图10、11，典型的厌氧菌群Methanobacterium都能通过这个专利装置培养，而且菌群丰度低于1%都能富集。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，其特征在于：所述富集装置包括设置在地下水监测井顶面的气密性井盖(4)、设置在气密性井盖(4)一侧的密闭井盖绳索固定环(41)、设置在地下水监测井内的水封器(1)、设置在水封器(1)内的微生物培养器(2)以及固定绳索，所述水封器(1)呈圆柱体，水封器(1)包括水封器主体(11)、水封器顶盖(13)和水封器底盖(12)，水封器顶盖(13)上设置有水封器顶盖裙边(132)，水封器顶盖(13)与水封器主体(11)上部之间通过螺纹连接，水封器顶盖裙边(132)两侧设有水封器顶盖绳索固定环(131)；
水封器底盖(12)中心设置有单向阀(121)，单向阀(121)与水封器主体(11)之间通过螺纹连接；
微生物培养器(2)包括圆柱形微生物培养器主体(21)、设置在微生物培养器主体(21)顶面的微生物培养器主体顶盖(24)、设置在微生物培养器主体(21)底面的微生物培养器主体底盖(22)、开设在微生物培养器主体底盖(22)中部的滤水孔区、间隔设置在微生物培养器主体(21)内的水平变宽度过水缝隙(211)以及填充设置在微生物培养器主体(21)内的微生物富集填料(23)。
2.如权利要求1所述的地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，其特征在于，微生物富集填料(23)为球体,球体表面设置有用于富集微生物的凸起(231)。
3.如权利要求1所述的地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，其特征在于，单向阀(121)的阀孔直径为3cm。
4.如权利要求1所述的地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，其特征在于，水封器主体(11)采用聚四氟乙烯；水封器主体(11)的高度为30cm，外径5cm，壁厚5mm。
5.如权利要求1所述的地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，其特征在于，水封器顶盖裙边(132)内径为2.5cm。
6.如权利要求1所述的地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，其特征在于，微生物培养器主体底盖(22)的直径大于微生物培养器主体(21)的截面直径。
7.如权利要求1所述的地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，其特征在于，微生物培养器主体底盖(22)采用聚四氟乙烯材质。
8.如权利要求1所述的地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，其特征在于，微生物培养器主体(21)采用聚四氟乙烯；微生物培养器主体(21)的外径为3cm，内径为2cm，高度20cm。
9.如权利要求1所述的地下水中厌氧微生物原位培养富集装置，其特征在于，水平变宽度过水缝隙(211)的外侧缝宽为5mm，内存缝宽为2mm，外侧缝间距5mm。
10.包括如权利要求1-9中任意一项所述的地下水中厌氧微生物原位培养富集装置的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，建设合格的地下水监测井；
步骤二、微生物培养器(2)和微生物富集填料(23)提前24h灭菌，在无菌条件下将微生物富集填料(23)装填至微生物培养器(2)中后，将其至于密闭的无菌袋内；
步骤三、将水封器(1)和微生物培养器(2)运输至现场后，拧开水封器顶盖(13)后将微生物培养器(2)从无菌袋中迅速取出并安装于水封器主体(11)内，立即拧紧水封器顶盖(13)；
步骤四、准备三根固定绳索，将其中两根固定绳索的一端分别与水封器顶盖绳索固定环(131)绑扎连接，剩余一根固定绳索与微生物培养器主体顶盖绳索固定环(241)绑扎连接，将水封器(1)和微生物培养器(2)下放至监测井设计采样深度；
步骤五、采样器下放至设计采样深度后，将与水封器顶盖绳索固定环(131)绑扎的固定绳索的另一端与密闭井盖绳索固定环(41)绑扎连接；
步骤六、将与水封器顶盖(13)的两根绳索固定环固定的固定绳索松开，使水封器(1)在重力所用下继续下沉30cm后，将固定绳索的另一端也固定至密闭井盖绳索固定环(41)上；
步骤七、用气密性井盖(4)以承插的方式将地下水监测井井口密封；
步骤八、30天后，打开气密性井盖(4)，将与水封器顶盖(13)的两个绳索固定环固定的固定绳索自气密性井盖(4)的绳索固定环上解开，将其往上提30cm，确保水封器(1)将微生物培养器(2)收纳；
步骤九、将与微生物培养器主体顶盖绳索固定环(241)固定的固定绳索自密闭井盖绳索固定环(41)上解开，连同与水封器顶盖(13)的两个绳索固定环固定的固定绳索，同步往上将水封器(1)和微生物培养器(2)一同拎出地下水监测井；
步骤十、将三根固定绳索解开，拧开水封器顶盖(13)后用气密性盖将水封器(1)顶端密封，将水封器(1)倒置，拧开水封器底盖(12)后用气密性盖将水封器(1)底端密封；
步骤十一、将密封后的水封器(1)运送至实验室，在厌氧操作台中将培养器自水封器(1)中取出，拧开微生物培养器主体底盖(22)，将微生物富集填料(23)收集至专用的微生物样品提取试剂盒内进行厌氧微生物的提取分析。
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刘秀片: "南海深海原位富集真菌多样性分析与菌种资源获取", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库基础科学辑》 *

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