CN114051957A - 一种流水式大型溞试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流水式大型溞试验装置，包括溶液配置单元、毒性试验单元、废液处理单元和控制单元，控制单元用于周期性控制溶液配置、毒性试验和废液处理；溶液配置单元包括水源、助溶剂、贮备液、藻液、多个配置容器以及磁力搅拌器，磁力搅拌器位于配置容器的下方，将配置容器形成空白对照液、助溶剂对照液和多个浓度不等的受试液；毒性试验单元包括试验容器、光照器以及恒温水浴箱，试验容器与配置容器对应，配置容器内的液体等量泵入到试验容器内；废液处理单元包括废液容器、加药装置和搅拌器，用于处理试验容器内排出的液体。本发明实现流水式大型溞试验，实现特定浓度受试溶液的配置、受试溶液的自动更新和补给，实现对试验废液的处理。
Description
技术领域
本发明涉及生态毒理学实验的技术领域，尤其涉及一种流水式大型溞试验装置。
背景技术
大型溞(Daphnia magna Straus)属于节肢动物门、甲壳纲、枝角类，是常见的浮游甲壳动物，是淡水食物链中不可缺少的组成成分。因其生活周期短、生长快、生殖量高、易培养、对水环境胁迫敏感等特点使其成为国内外实验室广泛使用的模式生物，在农药、化学品的急慢性毒性和环境激素效应的测试方面具有重要的作用。
目前我国形成了系统化的大型溞毒理测试标准方法。为了保证试验的科学性、有效性和试验结果的可比性，这些方法大多要求确认受试物质在整个测试周期的测试体系中能否保持相对稳定(即实测浓度不低于初始浓度或配制浓度的80％)。
若受试物质相对稳定，毒性暴露试验采取一般的静态法(整个测试周期内不更新溶液)开展即可；否则须采用半静态法(定期更新溶液)或流水式试验方法。由于半静态法最大溶液更新频率一般只能达到24h，对于易水解、易挥发、易光解等的不稳定受试物质，若其降解半衰期小于24h，则必须借助流水式试验方法。这种不稳定的受试物质属于测试困难物质(difficult substances)，占工业化学物质和农药中间体的相当一部分，是水生态毒性测试的主要难题和影响测试准确性的重要因素。
此外，繁殖、发育等慢性毒性以及环境内分泌干扰性的致毒周期一般较长，须涵盖生物大部分生命周期或全生命周期。为了降低因受试物质降解或逸散对测试带来的偏差，研究化学物质慢性毒性、环境内分泌干扰性的水生态毒性测试也必须确保受试溶液在较长毒性测试周期内以较稳定的浓度对受试生物进行暴露。因此流水式试验方法也是解决化学物质慢性毒性、环境内分泌干扰性研究试验关键问题的重要技术。
所谓流水式试验方法，是保持受试溶液自动更新，更新后溶液废弃不再进入测试体系。这一方法工作量极大，必须借助相关自动化仪器设备。而对于大型溞流水式毒性试验而言，相应的自动化设备除了须具备自动准确配制特定浓度受试溶液、自动更新受试溶液并考虑末端废液的处理之外，还需要满足大型溞这一小型枝角类生物的生存、繁殖条件和必要的观测、计数、取幼虫等试验操作要求。
由于上述诸多复杂、精细、特殊的技术要求，目前市场上尚未出现符合要求的设备或装置，我国已开展大型溞毒性研究的实验室目前只能借助人工实现静态法、半静态法试验。这一方法不仅效率低，而且难以应对不稳定性困难物质的测试需求和化学物质慢性毒性、环境内分泌干扰性的水生态毒性长期研究需求。这对化学物质测试和科学研究带来较大困难和误差。
基于上述问题，我们设计出了一种流水式大型溞试验装置来解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种流水式大型溞试验装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种流水式大型溞试验装置，包括：
溶液配置单元，所述溶液配置单元包括水源、助溶剂、贮备液、藻液、多个配置容器以及磁力搅拌器，所述磁力搅拌器与所述配置容器一一对应，且位于所述配置容器的下方，其中一个所述配置容器只泵入水源和藻液形成空白对照液，其中一个所述配置容器内泵入水源、助溶剂和藻液形成助溶剂对照液，其余所述配置容器内泵入水源、助溶剂、贮备液和藻液形成浓度不等的受试液；
毒性试验单元，所述毒性试验单元包括试验容器、光照器以及恒温水浴箱，所述试验容器与所述配置容器对应，所述配置容器内的液体等量泵入到所述试验容器内，所述光照器位于所述试验容器的上方，所述试验容器位于所述恒温水浴箱内；
废液处理单元，所述废液处理单元包括废液容器、加药装置和搅拌器，所述试验容器内的液体排入到所述废液容器内，所述加药装置用于向所述废液容器内加药，所述搅拌器安装在所述废液容器上用于对所述废液容器内的液体进行搅拌；
以及控制单元，所述控制单元包括PLC控制器，所述PLC控制器用于监测试验，控制溶液配置、毒性试验和废液处理，在试验时间阈值内，按照预先设置的监测周期，配置溶液、更换溶液和处理废液，直至试验结束。
通过采用上述技术方案，本发明通过PLC控制器的全自动控制，实现流水式大型溞试验，一组空白对照、一组助溶剂对照、多组受试液，实现试验溶液的配置、自动更新和补给，以及对试验废液的处理，使得处理后的液体达到排放标准；试验装置便于试验操作、成本低，易于实验室推广。
进一步的，所述溶液配置单元还包括水箱，所述水源泵入水箱内储存，所述水箱内的水泵入到所述配置容器内。
通过采用上述技术方案，水箱对水进行储藏，用于向配置容器内加水，确保加水过程中的加水量以及加水的稳定性。
进一步的，所述水箱内设置有与所述PLC控制器电连接的第一液位传感器，所述第一液位传感器测得所述水箱内的水位到达最高值时，停止向所述水箱内加水，所述第一液位传感器测得所述水箱内的水位到达最低值时，开始向所述水箱内加水。
通过采用上述技术方案，第一液位传感器用于水箱内液位过低时的补液，以及液位过高时的停止补液，通过自动化控制，保证试验能够持续性进行，节省人力，提高试验效率。
进一步的，所述水箱底部通向各个所述配置容器延伸的支管上接通隔膜泵和流量计。
通过采用上述技术方案，能够稳定控制液体流向配置容器内。
进一步的，所述助溶剂、贮备液和藻液的容器内均设置有第二液位传感器，所述容器上设置有声光报警器，所述第二液位传感器测得所述容器内的液位到达最低值时，所述声光报警器发出警报提醒试验人员向所述容器内加液，所述第二液位传感器测得所述容器内的液位到达最高值时，所述声光报警器发出警报提醒试验人员停止加液。
通过采用上述技术方案，第二液位传感器配合声光报警器向容器内加液，保证试验能够持续性进行，节省人力，提高试验效率。
进一步的，所述废液处理单元还包括与所述废液容器连通的集水容器，所述废液容器底部接通的管道上依次设置有过滤器和水泵，所述水泵抽取所述废液容器内的水进入所述集水容器内。
通过采用上述技术方案，废液处理后得到的水经过滤处理后，收集到集水容器内，以作备用，用于绿植浇水或通入水箱内。
进一步的，所述过滤器包括过滤棉和活性炭层，所述废液容器内的水依次经过所述过滤棉和活性炭层。
通过采用上述技术方案，过滤棉滤除水中的颗粒型杂质，活性炭层起到进一步的滤除作用，且活性炭层可除去水中的异味。
进一步的，还包括曝气充氧单元，所述曝气充氧单元用于对所述试验容器内的液体进行充氧和曝气。
通过采用上述技术方案，确保试验容器内液体中含有充足的用于生物生存所需要的氧气，另外，能够对液体进行鼓动，使得液体浓度处于均匀的状态，确保实验数据的精准性。
进一步的，还包括自动清洗单元，所述自动清洗单元在试验完成后，对所述试验容器自动通入清水冲洗。
通过采用上述技术方案，自动对试验容器进行清洗，减少受试溶液残液对后续的试验产生干扰。
进一步的，每一所述配置容器与并排的多个所述试验容器对应，所述配置容器的出液管上设置有驱动件，所述驱动件驱动所述配置容器的出液管的管口逐个朝向所述试验容器，所述配置容器逐个向所述试验容器内加液。
通过采用上述技术方案，对同一组进行多个试验，形成多个实验数据，减少数据的误差，以确保试验数据的精准度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实现特定浓度受试溶液的自动配制，实现受试溶液的流水式自动更新和补给；实现大型溞在流水式条件下与受试溶液的充分接触并完成发育、繁殖等生命过程；实现大型溞在流水式条件下与受试溶液的充分接触并完成发育、繁殖等生命过程；实现试验废水的过滤、吸附等处理，减少环境危害，处理后的废水可用于水箱加水或绿植浇水；试验完成后，自动对试验容器进行清洗，减少受试溶液残液对后续的试验产生干扰；试验装置便于试验操作、成本低，易于实验室推广。
附图说明
图1为本发明的试验原理示意图；
图2为本发明的结构示意图。
图中附图标记：1、溶液配置单元；11、水源；12、助溶剂；13、贮备液；14、藻液；15、配置容器；16、磁力搅拌器；17、水箱；171、隔膜泵；172、流量计；18、第一液位传感器；19、第二液位传感器；2、毒性试验单元；21、试验容器；22、光照器；23、恒温水浴箱；3、废液处理单元；31、废液容器；32、加药装置；33、搅拌器；34、集水容器；35、过滤器；351、过滤棉；352、活性炭层；4、控制单元；41、PLC控制器；5、曝气充氧单元；6、自动清洗单元；7、驱动件；8、水平支板。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明公开了一种流水式大型溞试验装置。
如图1所示，流水式大型溞试验装置包括溶液配置单元1、毒性试验单元2、废液处理单元3以及控制单元4，其中，控制单元4与溶液配置单元1、毒性试验单元2、废液处理单元3连接，实现流水式大型溞试验的自动化控制。
溶液配置单元1包括水源11、助溶剂12、贮备液13、藻液14、配置容器15以及磁力搅拌器16。水源11为外接自来水，助溶剂12、贮备液13和藻液14分为储存在相应的容器中，配置容器15的数量为多个，磁力搅拌器16的数量与配置容器15的数量相等，磁力搅拌器16安装在配置容器15的底部，磁力搅拌器16使得配置容器15内加入的液体混合均匀。
在本实施例中，配置容器15的数量为八个。水源11管道分出八支管分别用于向各个配置容器15内加水；藻液14的容器上接入八个支管分别用于向各个配置容器15内加藻液14，藻液14用于饲喂大型溞；助溶剂12的容器上接入七个支管分别用于向七个配置容器15内加助溶剂12；贮备液13的容器上接入六个支管分别用于向六个配置容器15内加贮备液13。
上述中，未加入助溶剂12和贮备液13的配置容器15为空白对照组，未加入贮备液13的配置容器15为助溶剂12对照组，其余六个配置容器15为受试液组，受试液组的浓度是不等的。相应的，对八个配置容器15进行并排设计并排序，依次为空白对照组、助溶剂12对照组和按照升序排列的六个受试液组。
在本实施例中，每一支管上均安装有泵体、流量计172和电磁阀，通过控制单元4精准控制向配置容器15内加入的液体量。
使用时，直接接入自来水，自来水管道的水压以及管道内的空气均会影响向配置容器15内加水，因此，在自来水管道上接入有一水箱17，自来水管道预先向水箱17内加水进行储藏，溶液配置时，再将水箱17内的水泵入到配置容器15内，确保加水过程中的加水量以及加水的稳定性。在水箱17上使用的泵体为隔膜泵171，能够稳定控制液体流向配置容器15内。
在本实施例中，水箱17内可拆卸固定有与控制单元4电连接的第一液位传感器18，第一液位传感器18测得水箱17内的水位到达最高值时，停止向水箱17内加水，第一液位传感器18测得水箱17内的水位到达最低值时，开始向水箱17内加水。通过自动化控制，向水箱17内自动补液，保证试验能够持续性进行，节省人力，提高试验效率。
另外，盛装助溶剂12、贮备液13和藻液14的容器内均可拆卸安装有第二液位传感器19，第二液位传感器19用于测量容器内的液位。一般情况下，在上述容器的外部接入有与控制单元4电连接的声光报警器，第二液位传感器19测得容器内的液位到达最低值时，控制单元4控制声光报警器发出警报，以便于试验人员向容器内补液。在液位到达第二液位传感器19测得容器内的液位到达最高值时，声光报警器发出警报，提醒试验人员停止向容器内加液。
在本实施例中，毒性试验单元2包括试验容器21、光照器22和恒温水浴箱23。试验容器21与配置容器15对应，配置容器15底部的排液管上安装有泵体、流量计172和电磁阀，配置容器15内的液体等量泵入到试验容器21内。光照器22为冷光源，可拆卸固定试验容器21的正上方，光照器22发出的光线用于试验容器21内生物生存所需。试验容器21架设于恒温水浴箱23内，使得试验容器21处于同一温度下。
具体的，恒温水浴箱23的形状为长方体状，恒温水浴箱23上安装有水平支板8，水平支板8上开设有与配置容器15相适应的孔洞，配置容器15的顶部一体成型有延边，延边搭设在水平支板8上。
流水式大型溞试验需要定期更换配置容器15内的溶液，更换下来的液体含有有害物质，需要处理才能够排放，通过废液处理单元3对废液进行处理，达到排放标准。
废液处理单元3包括废液容器31、加药装置32和搅拌器33。试验容器21底部排液管上安装有泵体和电磁阀，排液管的管口从废液容器31的顶部向废液容器31内排液。加药装置32安装于废液容器31的一侧或顶部，用于向废液容器31内加药，与废液反应，使得废液达到排放标准。搅拌器33固定在废液容器31的顶部，搅拌器33为电机，电机轴上固定有搅拌杆和叶片，对加药后的废液进行搅拌，充分反应。
废液处理单元3还包括与废液容器31连通的集水容器34，废液容器31底部接通的管道上依次连接有过滤器35和水泵，水泵抽取废液容器31内的水进入集水容器34内。废液处理后得到的水经过滤处理后，收集到集水容器34内，以作备用，用于绿植浇水或通入水箱17内使用，起到节约水资源的目的。
具体的，过滤器35包括过滤棉351和活性炭层352。过滤棉351和活性炭层352均固定在相应的壳体内，废液容器31内的水依次经过过滤棉351和活性炭层352进行过滤处理。过滤棉351滤除水中的颗粒型杂质，活性炭层352起到进一步的滤除作用，且活性炭层352可除去水中的异味。
在本实施例中，控制单元4包括PLC控制器41和智能显示屏。PLC控制器41用于监测试验，控制溶液配置、毒性试验和废液处理，在试验时间阈值内，按照预先设置的监测周期，配置溶液、更换溶液和处理废液，直至试验结束。智能显示屏用于显示及设置试验数据。
本实施例中，流水式大型溞试验装置还包括曝气充氧单元5，曝气充氧单元5为曝气充氧设备，确保试验容器21内液体中含有充足的用于生物生存所需要的氧气，另外，能够对液体进行鼓动，使得液体浓度处于均匀的状态，确保实验数据的精准性。
另外，流水式大型溞试验装置还包括自动清洗单元6，自动清洗单元6在试验完成后，对试验容器21自动通入清水冲洗，减少受试溶液残液对后续的试验产生干扰。
本实施例中，配置容器15每次配置的溶液用于单次试验所需。
由于每组试验的基数是一，会导致试验的结果出现较大的波动。因此，每组试验的基数要设置为多个，一般情况下，每组试验的基数为三个，即每一配置容器15与并排三个试验容器21对应，每一配置容器15用于向三个试验容器21内加液。
在配置容器15的出液管上固定有驱动件7，驱动件7驱动配置容器15出液管的管口做水平滑移运动，逐个朝向试验容器21，配置容器15逐个向试验容器21内加液。驱动件7可设置为电钢。对同一组进行多个试验，形成多个实验数据，减少数据的误差，以确保试验数据的精准度。
在本实施例中，流水式大型溞试验装置集成在柜体上，并在柜体的底部固定安装自锁万向轮，实现整个装置的移动和停放。
在本实施例中，流水式大型溞试验，测试浓度设计为：空白对照、助溶剂12对照、0.3mg/L、0.6mg/L、0.9mg/L、1.2mg/L、1.5mg/L，浓度间隔差值为0.3；要求溶液更新频率不低于8h，即8h内须将试验容器21中所有溶液更新一次。
环境条件控制须满足化学品测试导则(HJ/153-2004)以及《化学品测试方法》(第二版，中国环境出版社)的要求。
恒温水浴箱内水浴温度设定在20±1℃；光照器22的光周期设定为16h(光)：8h(暗)。
本发明的具体实施原理是：
本发明实现特定浓度受试溶液的自动配制，实现受试溶液的流水式自动更新和补给；实现大型溞在流水式条件下与受试溶液的充分接触并完成发育、繁殖等生命过程；实现大型溞在流水式条件下与受试溶液的充分接触并完成发育、繁殖等生命过程；实现试验废水的过滤、吸附等处理，减少环境危害，处理后的废水可用于水箱17加水或绿植浇水；试验完成后，自动对试验容器21进行清洗，减少受试溶液残液对后续的试验产生干扰；试验装置便于试验操作、成本低，易于实验室推广。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，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设备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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种流水式大型溞试验装置，其特征在于，包括：
溶液配置单元(1)，所述溶液配置单元(1)包括水源(11)、助溶剂(12)、贮备液(13)、藻液(14)、多个配置容器(15)以及磁力搅拌器(16)，所述磁力搅拌器(16)与所述配置容器(15)一一对应，且位于所述配置容器(15)的下方，其中一个所述配置容器(15)只泵入水源(11)和藻液(14)形成空白对照液，其中一个所述配置容器(15)内泵入水源(11)、助溶剂(12)和藻液(14)形成助溶剂(12)对照液，其余所述配置容器(15)内泵入水源(11)、助溶剂(12)、贮备液(13)和藻液(14)形成浓度不等的受试液；
毒性试验单元(2)，所述毒性试验单元(2)包括试验容器(21)、光照器(22)以及恒温水浴箱(23)，所述试验容器(21)与所述配置容器(15)对应，所述配置容器(15)内的液体等量泵入到所述试验容器(21)内，所述光照器(22)位于所述试验容器(21)的上方，所述试验容器(21)位于所述恒温水浴箱(23)内；
废液处理单元(3)，所述废液处理单元(3)包括废液容器(31)、加药装置(32)和搅拌器(33)，所述试验容器(21)内的液体排入到所述废液容器(31)内，所述加药装置(32)用于向所述废液容器(31)内加药，所述搅拌器(33)安装在所述废液容器(31)上用于对所述废液容器(31)内的液体进行搅拌；
以及控制单元(4)，所述控制单元(4)包括PLC控制器(41)，所述PLC控制器(41)用于监测试验，控制溶液配置、毒性试验和废液处理，在试验时间阈值内，按照预先设置的监测周期，配置溶液、更换溶液和处理废液，直至试验结束。
2.根据权利要求1所述的一种流水式大型溞试验装置，其特征在于，所述溶液配置单元(1)还包括水箱(17)，所述水源(11)泵入水箱(17)内储存，所述水箱(17)内的水泵入到所述配置容器(15)内。
3.根据权利要求2所述的一种流水式大型溞试验装置，其特征在于，所述水箱(17)内设置有与所述PLC控制器(41)电连接的第一液位传感器(18)，所述第一液位传感器(18)测得所述水箱(17)内的水位到达最高值时，停止向所述水箱(17)内加水，所述第一液位传感器(18)测得所述水箱(17)内的水位到达最低值时，开始向所述水箱(17)内加水。
4.根据权利要求3所述的一种流水式大型溞试验装置，其特征在于，所述水箱(17)底部通向各个所述配置容器(15)延伸的支管上接通隔膜泵(171)和流量计(172)。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种流水式大型溞试验装置，其特征在于，所述助溶剂(12)、贮备液(13)和藻液(14)的容器内均设置有第二液位传感器(19)，所述容器上设置有声光报警器，所述第二液位传感器(19)测得所述容器内的液位到达最低值时，所述声光报警器发出警报提醒试验人员向所述容器内加液，所述第二液位传感器(19)测得所述容器内的液位到达最高值时，所述声光报警器发出警报提醒试验人员停止加液。
6.根据权利要求1所述的一种流水式大型溞试验装置，其特征在于，所述废液处理单元(3)还包括与所述废液容器(31)连通的集水容器(34)，所述废液容器(31)底部接通的管道上依次设置有过滤器(35)和水泵，所述水泵抽取所述废液容器(31)内的水进入所述集水容器(34)内。
7.根据权利要求1所述的一种流水式大型溞试验装置，其特征在于，所述过滤器(35)包括过滤棉(351)和活性炭层(352)，所述废液容器(31)内的水依次经过所述过滤棉(351)和活性炭层(352)。
8.根据权利要求1所述的一种流水式大型溞试验装置，其特征在于，还包括曝气充氧单元(5)，所述曝气充氧单元(5)用于对所述试验容器(21)内的液体进行充氧和曝气。
9.根据权利要求1所述的一种流水式大型溞试验装置，其特征在于，还包括自动清洗单元(6)，所述自动清洗单元(6)在试验完成后，对所述试验容器(21)自动通入清水冲洗。
10.根据权利要求1所述的一种流水式大型溞试验装置，其特征在于，每一所述配置容器(15)与并排的多个所述试验容器(21)对应，所述配置容器(15)的出液管上设置有驱动件(7)，所述驱动件(7)驱动所述配置容器(15)的出液管的管口逐个朝向所述试验容器(21)，所述配置容器(15)逐个向所述试验容器(21)内加液。
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