CN116272455B - 生物气溶胶发生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生物气溶胶发生系统，涉及气溶胶发生技术领域，包括：气路单元、液路单元、生物气溶胶发生单元、控制单元和试验仓；气路单元包括第一流量调节装置；液路单元包括介质瓶恒温装置、置于介质瓶恒温装置内并存储有气溶胶发生液的介质瓶，以及第二流量调节装置；生物气溶胶发生单元包括雾化装置和惯性分离器；控制单元用于实现供气流量及供液流量、生物气溶胶发生的气液比及生物气溶胶的发生时间的设置。本发明提供的生物气溶胶发生系统，可以抑制微生物的增殖，并考虑微生物的衰亡，使得相同物理发生条件下试验仓内的生物气溶胶的浓度水平较稳定，生物气溶胶的发生具备可控性和可重复性。
Description
技术领域
本发明涉及气溶胶发生技术领域，尤其涉及一种生物气溶胶发生系统。
背景技术
生物气溶胶是影响动物生产性能，导致畜禽场传染病暴发的重要因素之一。集约化养殖模式下，畜禽场的生物气溶胶不仅对场内饲养的动物有致病性，而且对饲养人员及周围环境的生物安全也有一定的危害，严重阻碍了畜牧养殖业的健康发展。模拟发生是实验室条件下研究生物气溶胶在不同环境条件下的存活与衰亡规律、消毒剂/消毒器械对生物气溶胶消杀效果、采样器物理采集效率及监测仪灵敏度等应用场景的重要手段。
根据介质的不同，气溶胶模拟发生的方式主要包括固体介质发生和液体介质发生两类，其中生物气溶胶多采用液体介质发生的方式。然而，现有的生物气溶胶模拟发生系统通常由菌液瓶、三通电磁阀、泵、过滤器和雾化器等构建组成，除发生介质为菌液外，与普通惰性物质的气溶胶发生方法相同，未考虑生物气溶胶发生过程中的增殖或衰亡，导致相同物理发生条件下，模拟发生的生物气溶胶浓度波动范围大，可控性和可重复性较差。而在实际当中，排放源会持续产生生物气溶胶悬浮在畜禽场空气中，畜禽场内生物气溶胶浓度保持一定水平的动态平衡。
因此，如何保证在相同物理发生条件下，生物气溶胶模拟装置的试验仓内生物气溶胶浓度能够维持在较稳定水平，使得生物气溶胶的发生具备可控性和可重复性，成为业界亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种生物气溶胶发生系统。
第一方面，本发明提供一种生物气溶胶发生系统，包括：
气路单元、液路单元、生物气溶胶发生单元、控制单元和试验仓；
所述气路单元用于向所述生物气溶胶发生单元提供气体，所述气路单元包括第一流量调节装置，所述第一流量调节装置用于基于所述控制单元设置的第一流量参数对进入所述生物气溶胶发生单元的所述气体进行流量调节；
所述液路单元用于向所述生物气溶胶发生单元提供气溶胶发生液，所述液路单元包括介质瓶恒温装置、置于所述介质瓶恒温装置内部并存储有所述气溶胶发生液的介质瓶，以及第二流量调节装置，所述介质瓶恒温装置用于使存储于所述介质瓶中的所述气溶胶发生液保持在目标温度，所述第二流量调节装置用于基于所述控制单元设置的第二流量参数对进入所述生物气溶胶发生单元的所述气溶胶发生液进行流量调节；
所述生物气溶胶发生单元包括雾化装置和惯性分离器，所述雾化装置用于对所述气体和所述气溶胶发生液的冲击混合物进行雾化，形成雾滴，所述惯性分离器用于对所述雾滴进行惯性分离，获得生物气溶胶，并且所述生物气溶胶通过设置于所述生物气溶胶发生单元上的气溶胶出口喷入至所述试验仓；
所述控制单元用于对所述第一流量参数、所述第二流量参数、所述生物气溶胶发生的气液比和所述生物气溶胶的发生时间进行设置，并基于所述生物气溶胶发生的气液比和所述生物气溶胶的发生时间，在确定所述试验仓内的生物气溶胶浓度达到目标浓度的情况下，将所述生物气溶胶发生单元发生所述生物气溶胶的流量从第一发生流量调节至第二发生流量。
可选地，根据本发明提供的一种生物气溶胶发生系统，所述液路单元还包括气溶胶发生液制备装置，所述气溶胶发生液制备装置设置于所述介质瓶内；
所述气溶胶发生液制备装置用于将自然发酵预设时长之后的畜禽排泄物和介质溶剂按照目标比例混合，获得所述气溶胶发生液并存储于所述介质瓶。
可选地，根据本发明提供的一种生物气溶胶发生系统，所述第二发生流量是基于所述气溶胶发生液中的微生物浓度、所述试验仓的容积、所述试验仓内的所述生物气溶胶所需达到的所述目标浓度、所述生物气溶胶的第一发生流量、所述生物气溶胶的发生时间、所述生物气溶胶的自然衰亡率、所述生物气溶胶发生的气液比和所述生物气溶胶发生过程中的损失率确定的。
可选地，根据本发明提供的一种生物气溶胶发生系统，所述第二发生流量是通过如下公式计算得到的：
；
其中，表示所述第二发生流量，/>表示所述气溶胶发生液中的微生物浓度，/>表示所述生物气溶胶发生过程中的损失率，/>表示所述第一发生流量，/>表示所述发生时间，/>表示所述目标浓度，/>表示所述试验仓的容积，/>表示所述生物气溶胶的自然衰亡率，/>表示所述生物气溶胶发生的气液比。
可选地，根据本发明提供的一种生物气溶胶发生系统，所述控制单元还用于对所述目标温度进行设置，并基于设置后的所述目标温度对所述介质瓶恒温装置进行控制。
可选地，根据本发明提供的一种生物气溶胶发生系统，所述气路单元还包括稳流装置；
所述稳流装置用于对进入所述生物气溶胶发生单元的所述气体进行稳流。
可选地，根据本发明提供的一种生物气溶胶发生系统，所述气路单元还包括气体过滤器；
所述气体过滤器用于对进入所述生物气溶胶发生单元的所述气体进行过滤。
可选地，根据本发明提供的一种生物气溶胶发生系统，所述气路单元还包括气体压缩机及储气罐；
所述气体压缩机及储气罐用于将外部的气体压缩至所述气路单元并储存至所述储气罐。
可选地，根据本发明提供的一种生物气溶胶发生系统，所述生物气溶胶发生单元还包括消毒及排空装置；
所述消毒及排空装置用于对所述生物气溶胶发生单元进行消毒和排空处理。
可选地，根据本发明提供的一种生物气溶胶发生系统，所述生物气溶胶发生单元还包括排污口；
所述排污口用于将所述生物气溶胶发生单元中产生的除所述生物气溶胶之外的物质排出。
本发明提供的生物气溶胶发生系统，通过气路单元在第一流量调节装置的流量调节下向生物气溶胶发生单元提供气体，液路单元在第二流量调节装置的流量调节下向生物气溶胶发生单元提供气溶胶发生液，进而生物气溶胶发生单元中的雾化装置对气路单元提供的气体和液路单元提供的气溶胶发生液的冲击混合物进行雾化，形成雾滴，同时惯性分离器对形成的雾滴进行惯性分离，获得生物气溶胶喷入至试验仓；由于液路单元中的介质瓶恒温装置使得用于进行生物气溶胶发生的气溶胶发生液恒定在目标温度，可以抑制微生物的增殖，而且控制单元可以对生物气溶胶的发生流量和发生时间进行调节，在确定试验仓内的生物气溶胶浓度达到目标浓度的情况下，将生物气溶胶发生单元发生生物气溶胶的流量从第一发生流量调节至第二发生流量，使得相同物理发生条件下试验仓内的生物气溶胶浓度水平较稳定，生物气溶胶的发生具备可控性和可重复性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明提供的生物气溶胶发生系统的结构示意图；
图2是本发明提供的试验仓内生物气溶胶发生效果对比示意图。
附图标记：
1：气路单元；11：气体压缩机及储气罐；12：气体过滤器；13：稳流装置；14：第一流量调节装置；2：液路单元；21：介质瓶恒温装置；22：介质瓶；23：第二流量调节装置；24：液体泵；3：生物气溶胶发生单元；31：雾化装置；32：惯性分离器；33：气溶胶出口；34：排污口；35：消毒及排空装置；4：控制单元；5：试验仓；6：阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。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。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。
需要说明的是，生物气溶胶与普通惰性物质的气溶胶不同，生物气溶胶不仅会出现物理沉降，还会发生生物衰亡，甚至微生物增殖。而相关技术往往将生物气溶胶按照惰性物质的气溶胶发生方式进行气溶胶模拟发生，导致相同物理发生条件（例如相同的气溶胶发生液配置方法、气溶胶发生流量和发生时间等）下，模拟装置内最终获得的生物气溶胶初始浓度水平相差较大；或者因微生物衰亡，导致模拟装置内生物气溶胶浓度水平急剧下降，难以维持相对稳定水平，可重复性差。
此外，不同排放源形成的生物气溶胶的微生物组分不同，畜禽场内的生物气溶胶通常包含复杂的微生物组分，因此在模拟生物气溶胶发生时，应该考虑用于进行生物气溶胶发生的气溶胶发生液的制备方法，以有效代表所模拟生物气溶胶中的微生物组分。
下面结合附图对本发明提供的生物气溶胶发生系统进行示例性的介绍。
图1是本发明提供的生物气溶胶发生系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：
气路单元1、液路单元2、生物气溶胶发生单元3、控制单元4和试验仓5；
所述气路单元1用于向所述生物气溶胶发生单元3提供气体，所述气路单元1包括第一流量调节装置14，所述第一流量调节装置14用于基于所述控制单元4设置的第一流量参数对进入所述生物气溶胶发生单元3的所述气体进行流量调节；
所述液路单元2用于向所述生物气溶胶发生单元3提供气溶胶发生液，所述液路单元2包括介质瓶恒温装置21、置于所述介质瓶恒温装置21内部并存储有所述气溶胶发生液的介质瓶22，以及第二流量调节装置23，所述介质瓶恒温装置21用于使存储于所述介质瓶22中的所述气溶胶发生液保持在目标温度，所述第二流量调节装置23用于基于所述控制单元4设置的第二流量参数对进入所述生物气溶胶发生单元3的所述气溶胶发生液进行流量调节；
所述生物气溶胶发生单元3包括雾化装置31和惯性分离器32，所述雾化装置31用于对所述气体和所述气溶胶发生液的冲击混合物进行雾化，形成雾滴，所述惯性分离器32用于对所述雾滴进行惯性分离，获得生物气溶胶，并且所述生物气溶胶通过设置于所述生物气溶胶发生单元3上的气溶胶出口33喷入至所述试验仓5；
所述控制单元4用于对所述第一流量参数、所述第二流量参数、所述生物气溶胶发生的气液比和所述生物气溶胶的发生时间进行设置，并基于所述生物气溶胶发生的气液比和所述生物气溶胶的发生时间，在确定所述试验仓5内的生物气溶胶浓度达到目标浓度的情况下，将所述生物气溶胶发生单元3发生所述生物气溶胶的流量从第一发生流量调节至第二发生流量。
具体地，为了克服现有的生物气溶胶模拟发生方法与普通惰性物质的气溶胶发生方法相同，未考虑生物气溶胶发生过程中的增殖或衰亡，导致相同物理发生条件下，模拟发生的生物气溶胶浓度波动范围大，可控性和可重复性较差的缺陷，本发明通过气路单元1在第一流量调节装置14的流量调节下向生物气溶胶发生单元3提供气体，液路单元2在第二流量调节装置23的流量调节下向生物气溶胶发生单元3提供气溶胶发生液，进而生物气溶胶发生单元3中的雾化装置31对气路单元1提供的气体和液路单元2提供的气溶胶发生液的冲击混合物进行雾化，形成雾滴，同时惯性分离器32对形成的雾滴进行惯性分离，获得生物气溶胶喷入至试验仓5；由于液路单元2中的介质瓶恒温装置21使得用于进行生物气溶胶发生的气溶胶发生液恒定在目标温度，可以抑制微生物的增殖，而且控制单元4可以对生物气溶胶的发生流量和发生时间进行调节，在确定试验仓5内的生物气溶胶浓度达到目标浓度的情况下，将生物气溶胶发生单元3发生生物气溶胶的流量从第一发生流量调节至第二发生流量，使得相同物理发生条件下试验仓5内的生物气溶胶浓度水平较稳定，生物气溶胶的发生具备可控性和可重复性。
可选地，在本发明实施例中，气路单元1包括第一流量调节装置14，气路单元1可以在第一流量调节装置14的流量调节下向生物气溶胶发生单元3提供气体。
可选地，控制单元4可以用于设置第一流量调节装置14的第一流量参数，则第一流量调节装置14可以基于控制单元4设置的第一流量参数对进入生物气溶胶发生单元3的气体进行流量调节。
可选地，所述气路单元1还包括气体压缩机及储气罐11；
所述气体压缩机及储气罐11用于将外部的气体压缩至所述气路单元1并储存至所述储气罐。
可以理解的是，气路单元1可以通过气体压缩机及储气罐11将外部的气体压缩至气路单元1并储存至储气罐中备用，以及时向生物气溶胶发生单元3提供气体。
可选地，所述气路单元1还包括气体过滤器12；
所述气体过滤器12用于对进入所述生物气溶胶发生单元3的所述气体进行过滤。
可以理解的是，外部的气体中通常含有粉尘或杂质，因此可以通过气路单元1中的气体过滤器12将气体中的粉尘或杂质过滤掉之后再输送至生物气溶胶发生单元3，以向生物气溶胶发生单元3提供洁净气体。
可选地，所述气路单元1还包括稳流装置13；
所述稳流装置13用于对进入所述生物气溶胶发生单元3的所述气体进行稳流。
可选地，所述气路单元1还包括气泵或空压机，所述气泵或空压机用于将存储于所述储气罐中的气体输送至所述生物气溶胶发生单元3。
需要说明的是，通常通过气泵或者空压机输送的气体流量周期性波动较大，因此在本发明实施例中，通过设置稳流装置13可以消除气流的周期性波动，平衡进入生物气溶胶发生单元3的气流。
可选地，第一流量调节装置14可以基于第一流量参数改变气泵或空压机的输入电压，实现对进入生物气溶胶发生单元3的气体流量的调节。
可选地，第一流量调节装置14可以基于第一流量参数改变单位时间内气体流过的过流断面，实现对进入生物气溶胶发生单元3的气体流量的调节。可选地，第一流量调节装置14可以基于第一流量参数，通过增加流动阻力的方式，实现对进入生物气溶胶发生单元3的气体流量的调节。
可选地，在本发明实施例中，所述气体可以为空气。
可选地，在本发明实施例中，液路单元2包括第二流量调节装置23，液路单元2可以在第二流量调节装置23的流量调节下向生物气溶胶发生单元3提供气溶胶发生液。
可以理解的是，本发明实施例通过气路单元1的第一流量调节装置14和液路单元2的第二流量调节装置23进行供气流量和供液流量的自动调节，实现用于对生物气溶胶发生的气液比（气体与气溶胶发生液之比）的调节，进而可以实现不同粒径的生物气溶胶的模拟发生。
假设进入生物气溶胶发生单元3的空气的流量为a1、生物气溶胶发生单元3吸入气溶胶发生液的流量为b1，调节气液比可以改变雾化装置31喷雾雾滴的粒径大小，进而改变生物气溶胶发生的粒径。
需要说明的是，生物气溶胶粒径与供液流量和供气流量的关系为：气溶胶发生液流量不变时，生物气溶胶粒径与气体流量在一定范围内成反比；气体流量不变时，粒径与气溶胶发生液流量在一定范围内成正比。
由于不同畜禽场内生物气溶胶粒径分布不同，因此通过调节气液比可以实现不同粒径的生物气溶胶的模拟发生。
可选地，在本发明实施例中，液路单元2还包括介质瓶恒温装置21，以及置于该介质瓶恒温装置21内部并存储有气溶胶发生液的介质瓶22，其中介质瓶恒温装置21可以用于使存储于介质瓶22中的气溶胶发生液保持在目标温度。
可选地，目标温度可以基于实际应用进行适应性设置，本发明实施例对此不作具体限定，例如目标温度可以为2℃、4℃或5℃等。
需要说明的是，常规气溶胶发生过程中，由于设备所处环境温度不同，气溶胶发生器工作一段时间后溶液存在升温现象，介质瓶内微生物会产生不同程度的增殖，导致气溶胶发生后气溶胶初始水平差异大，而本发明实施例通过介质瓶恒温装置21使得介质瓶22处于相对密闭的温控空间内，进而使得气溶胶发生液温度恒定在目标温度，减缓微生物的生长繁殖和物质代谢，使得相同物理发生条件下试验仓5内的生物气溶胶浓度水平较稳定，波动更小。
可选地，在本发明实施例中，液路单元2还包括液体泵24，该液体泵24可以用于将存储于介质瓶22中的气溶胶发生液输送至生物气溶胶发生单元3中。
可选地，第二流量调节装置23可以基于第二流量参数改变液体泵24的输入电压，实现对进入生物气溶胶发生单元3的液体流量的调节。
可选地，第二流量调节装置23可以基于第二流量参数改变单位时间内生物气溶胶发生液流过的过流断面，实现对进入生物气溶胶发生单元3的液体流量的调节。
可选地，第二流量调节装置23可以基于第二流量参数，通过增加流动阻力的方式，实现对进入生物气溶胶发生单元3的液体流量的调节。可选地，在本发明实施例中，气路单元1和生物气溶胶发生单元3之间可以通过阀6连接，同样地，液路单元2和生物气溶胶发生单元3之间也可以通过阀连接。
可选地，在本发明实施例中，生物气溶胶发生单元3包括雾化装置31和惯性分离器32，其中雾化装置31可以用于对气路单元1提供的气体和液路单元2提供的气溶胶发生液的冲击混合物进行雾化，形成雾滴，进而惯性分离器32对形成的雾滴进行惯性分离，获得生物气溶胶。
可以理解的是，从气路单元1和液路单元2泵入生物气溶胶发生单元3的气体和液体在其中冲击混合成气液两相流，经微生物悬浮液分散成雾滴或小液滴，进而经惯性分离器32分离后形成分布较为均匀的生物气溶胶。
可选地，在本发明实施例中，雾化装置31可以是喷雾器。
可选地，经惯性分离器32分离后形成的生物气溶胶可以通过设置于生物气溶胶发生单元3上的气溶胶出口33喷入至试验仓5。
可选地，在本发明实施例中，控制单元4可以用于对生物气溶胶发生的气液比和生物气溶胶的发生时间进行设置，并基于生物气溶胶发生的气液比和生物气溶胶的发生时间，在确定试验仓5内的生物气溶胶浓度达到目标浓度的情况下，将生物气溶胶发生单元3发生生物气溶胶的流量从第一发生流量调节至第二发生流量，使得生物气溶胶发生单元3以第二发生流量维持生物气溶胶的发生，补充因生物衰亡而减少的微生物，使得试验仓5内的生物气溶胶浓度水平维持动态平衡。
需要说明的是，由于微生物的衰亡作用，生物气溶胶模拟发生后，模拟装置的试验仓5内的生物气溶胶浓度会逐渐下降。而在实际中，排放源会持续产生生物气溶胶悬浮在畜禽场空气中，保持一定水平的动态平衡。因此，生物气溶胶发生达到一定浓度水平后，需要持续向试验仓5内补充新的微生物，才能维持试验仓5内生物气溶胶浓度水平的相对稳定。
在本发明实施例中，生物气溶胶发生单元3在发生气溶胶一定时间后，可以基于控制单元4对生物气溶胶的流量调节，使得生物气溶胶发生单元3以第二发生流量维持生物气溶胶的发生，补充因生物衰亡而减少的微生物，使得生物气溶胶的浓度水平维持动态平衡。
可选地，所述控制单元4还用于对所述目标温度进行设置，并基于设置后的所述目标温度对所述介质瓶恒温装置21进行控制。
具体地，可以在控制单元对目标温度进行设置，控制单元4基于设置后的目标温度对介质瓶恒温装置21进行控制，使得介质瓶恒温装置21内的温度保持在目标温度。
可选地，控制单元4可以基于设置后的目标温度对介质瓶恒温装置21进行控制，使得介质瓶恒温装置21内的温度保持在目标温度所在的目标范围内，例如，目标温度为4℃，则控制单元4可以对介质瓶恒温装置21进行控制，使得介质瓶恒温装置21内的温度保持在低于4℃的范围内。
可选地，在本发明实施例中，控制单元4可以由微控制器、显示屏和外围电路组成。
本发明提供的生物气溶胶发生系统，通过气路单元在第一流量调节装置的流量调节下向生物气溶胶发生单元提供气体，液路单元在第二流量调节装置的流量调节下向生物气溶胶发生单元提供气溶胶发生液，进而生物气溶胶发生单元中的雾化装置对气路单元提供的气体和液路单元提供的气溶胶发生液的冲击混合物进行雾化，形成雾滴，同时惯性分离器对形成的雾滴进行惯性分离，获得生物气溶胶喷入至试验仓；由于液路单元中的介质瓶恒温装置使得用于进行生物气溶胶发生的气溶胶发生液恒定在目标温度，可以抑制微生物的增殖，而且控制单元可以对生物气溶胶的发生流量和发生时间进行调节，在确定试验仓内的生物气溶胶浓度达到目标浓度的情况下，将生物气溶胶发生单元发生生物气溶胶的流量从第一发生流量调节至第二发生流量，使得相同物理发生条件下试验仓内的生物气溶胶浓度水平较稳定，生物气溶胶的发生具备可控性和可重复性。
可选地，所述液路单元2还包括气溶胶发生液制备装置，所述气溶胶发生液制备装置设置于所述介质瓶22内；
所述气溶胶发生液制备装置用于将自然发酵预设时长之后的畜禽排泄物和介质溶剂按照目标比例混合，获得所述气溶胶发生液并存储于所述介质瓶22。
具体地，在本发明实施例中，液路单元2还可以包括气溶胶发生液制备装置，且该气溶胶发生液制备装置设置于介质瓶22内，该气溶胶发生液制备装置用于将自然发酵预设时长之后的畜禽排泄物和介质溶剂按照目标比例混合，获得气溶胶发生液并存储于介质瓶22。
可选地，在本发明实施例中，目标比例可以基于实际应用进行适应性设置，本发明实施例对此不作具体限定。
需要说明的是，生物气溶胶的发生主要由分散质和分散介质混合发生。其中，在本发明实施例中，分散质为以畜禽排泄物为溶质、超纯水或缓冲生理盐水为溶剂制备的气溶胶发生液，分散介质为空气。
可选地，气溶胶发生液制备装置可以将畜禽排泄物与介质溶剂按照1g:αml的比例溶解，搅拌均匀并过滤后转入介质瓶22作为气溶胶发生液。其中，家畜的排泄物可以由新鲜粪便和尿液按照1g:1ml的比例混合后自然发酵预设时长（例如12至24小时）获取，家禽排泄物为新鲜粪便自然发酵预设时长（例如12至24小时）获取，介质溶剂需提前冷却至目标温度，例如4℃左右。
需要说明的是，改变畜禽排泄物与介质溶剂的比例可以改变发生后的生物气溶胶浓度水平。以牛粪为例，当模拟试验仓容积为1.5m3、以4.2L/min的流量发生20min后，按1g:60ml（超纯水）的比例发生的生物气溶胶浓度约为8×103CFU（Colony forming units，克隆形成单位）/m3，而按1g:40ml（超纯水）的比例发生的生物气溶胶浓度约为3×104CFU/m3，其中CFU/m3表示每立方米中含有的微生物总数。
需要说明的是，由于新鲜粪便中的优势微生物种类更接近于动物肠道微生物组分，而与畜禽场空气中生物气溶胶的组分有所区别。粪便和尿液混合并暴露于空气中自然发酵会产生一定的微生物反应，改变其中的微生物组分，更接近养殖场空气中生物气溶胶的组分。
因此，本发明通过以自然发酵预设时长之后的畜禽排泄物和介质溶剂制备气溶胶发生液，可以使所发生的生物气溶胶的微生物组分与实际畜禽场空气中的微生物组分更接近。
可选地，所述生物气溶胶发生单元3还包括排污口34；
所述排污口34用于将所述生物气溶胶发生单元3中产生的除所述生物气溶胶之外的物质排出。
需要说明的是，雾滴在惯性分离器32通过节流孔提高流速，大液滴惯性大，不易改变方向而进入节流孔对面的分离管内，而小液滴惯性小，随气流绕过分离管，与大液滴分离开，形成满足需求的小粒径生物气溶胶，而进入分离管内的大液滴可以通过排污口34排出。
可选地，所述生物气溶胶发生单元3还包括消毒及排空装置35；
所述消毒及排空装置35用于对所述生物气溶胶发生单元3进行消毒和排空处理。
需要说明的是，在做完生物气溶胶的模拟发生实验之后，需要对生物气溶胶发生单元3进行消毒及清洗排空处理，以确保下一次利用生物气溶胶发生系统进行生物气溶胶发生实验的准确性，使其不受上一次实验的影响，因此，在本发明实施例中通过在生物气溶胶发生单元3设置消毒及排空装置35，可以实现对生物气溶胶发生单元3进行消毒和排空处理。
可选地，所述第二发生流量是基于所述气溶胶发生液中的微生物浓度、所述试验仓5的容积、所述试验仓5内的所述生物气溶胶所需达到的所述目标浓度、所述生物气溶胶的第一发生流量、所述生物气溶胶的发生时间、所述生物气溶胶的自然衰亡率、所述生物气溶胶发生的气液比和所述生物气溶胶发生过程中的损失率确定的。
具体地，在本发明实施例中，可以首先基于气溶胶发生液中的微生物浓度、试验仓5的容积、试验仓5内的生物气溶胶所需达到的目标浓度、生物气溶胶的第一发生流量、生物气溶胶的发生时间、生物气溶胶的自然衰亡率、生物气溶胶发生的气液比和生物气溶胶发生过程中的损失率确定生物气溶胶的第二发生流量，进而控制单元4基于确定的所述第二发生流量对生物气溶胶发生单元3发生生物气溶胶的流量进行调节，其中，生物气溶胶的发生时间表示在以生物气溶胶的第一发生流量发生生物气溶胶的情况下，试验仓5内的生物气溶胶的浓度达到目标浓度所需的时长。
需要说明的是，生物气溶胶的第一发生流量是试验仓5内的生物气溶胶的浓度达到目标浓度之前的生物气溶胶的发生流量。
假设试验仓5的容积为M立方米，达到目标浓度水平前的生物气溶胶发生流量为L 1（L/min），发生时间t分钟（min）后，试验仓5内生物气溶胶的浓度达到C 0（CFU/m3），生物气溶胶发生的气液比为，试验条件下生物气溶胶的自然衰亡率为η（min-1），达到目标浓度后维持该浓度水平的气溶胶发生流量为L 2（L/min）。因此，以L 1的发生流量发生t时间后，试验仓5内的生物气溶胶浓度达到C 0，想要浓度维持C 0不变，则需以L 2的流量持续进行生物气溶胶发生，其中L 2即为生物气溶胶的目标发生流量。
可选地，所述第二发生流量是通过如下公式计算得到的：
；
其中，表示所述第二发生流量，/>表示所述气溶胶发生液中的微生物浓度，/>表示所述生物气溶胶发生过程中的损失率，/>表示所述第一发生流量，/>表示所述发生时间，/>表示所述目标浓度，/>表示所述试验仓5的容积，/>表示所述生物气溶胶的自然衰亡率，/>表示所述生物气溶胶发生的气液比。
需要说明的是，在生物气溶胶发生过程中，由于雾化或离心等物理作用会产生一定的损失，因此在计算生物气溶胶的第二发生流量时，将生物气溶胶发生过程中的损失率β（%）考虑了进去。
可选地，在本发明实施例中，控制单元4可以通过设置参数人工调整相应的生物气溶胶发生流量及发生时间，也可以通过上述公式，自动计算对应的生物气溶胶发生流量L 2。
图2是本发明提供的试验仓内生物气溶胶发生效果对比示意图，如图2所示，由于微生物的衰亡作用，生物气溶胶以L 1流量发生20分钟后停止，生物气溶胶的浓度逐渐下降，而当生物气溶胶以L 1流量发生20分钟后切换为L 2流量持续发生，生物气溶胶的浓度则相对稳定。
需要说明的是，生物气溶胶的发生主要包括分散介质和分散质的注入、雾化和惯性分离等工作过程。可以称取畜禽排泄物按一定比例溶解到介质溶液（如生理盐水），过滤后转入无菌介质瓶，并将无菌介质瓶立即置入介质瓶恒温装置内进行温度平衡，维持发生介质温度恒定在4℃左右。打开雾化气路，气路单元以设定流量a1将压缩空气输送至过滤单元去除粉尘和杂质等，形成洁净空气进入生物气溶胶发生单元；同时，液体泵将低温介质溶液以设定流量b1从介质瓶内抽出，进入生物气溶胶发生单元，在生物气溶胶发生单元的腔室内，洁净空气与介质溶液相互冲击混合，形成气液两相流，通过雾化装置的水平节流孔形成雾滴，雾滴在惯性分离器通过节流孔提高流速，大液滴惯性大，不易改变方向而进入节流孔对面的分离管内，而小液滴惯性小，随气流绕过分离管，与大液滴分离开，形成满足需求的小粒径生物气溶胶。
需要说明的是，现有的气溶胶发生系统发生气溶胶一段时间后，由于设备产热会导致介质瓶中的溶液升温，且升温程度与系统工作时长和环境温度等因素有关，使得气溶胶发生液中微生物快速增殖，同一气溶胶发生液不同时间段内的微生物含量不同。而在本发明实施例中，通过气溶胶发生液制备过程中的预冷处理、液路单元中介质瓶恒温装置的温度调节，控制气溶胶发生过程中溶液温度恒定在目标温度（例如4℃），可以抑制微生物的增殖，使得相同物理发生条件下试验仓内生物气溶胶的浓度水平较稳定，波动更小。
需要说明的是，由于微生物的衰亡作用，生物气溶胶模拟发生后，模拟装置的试验仓内的生物气溶胶浓度会逐渐下降，而在本发明实施例中，通过控制单元对生物气溶胶发生流量的控制，自动切换到平衡流量实现生物气溶胶持续发生，维持试验仓内相对恒定的生物气溶胶浓度水平。
本发明提供的生物气溶胶发生系统，通过气路单元在第一流量调节装置的流量调节下向生物气溶胶发生单元提供气体，液路单元在第二流量调节装置的流量调节下向生物气溶胶发生单元提供气溶胶发生液，进而生物气溶胶发生单元中的雾化装置对气路单元提供的气体和液路单元提供的气溶胶发生液的冲击混合物进行雾化，形成雾滴，同时惯性分离器对形成的雾滴进行惯性分离，获得生物气溶胶喷入至试验仓；由于液路单元中的介质瓶恒温装置使得用于进行生物气溶胶发生的气溶胶发生液恒定在目标温度，可以抑制微生物的增殖，而且控制单元可以对生物气溶胶的发生流量和发生时间进行调节，在确定试验仓内的生物气溶胶浓度达到目标浓度的情况下，将生物气溶胶发生单元发生生物气溶胶的流量从第一发生流量调节至第二发生流量，使得相同物理发生条件下试验仓内的生物气溶胶浓度水平较稳定，生物气溶胶的发生具备可控性和可重复性。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种生物气溶胶发生系统，其特征在于，包括：
气路单元、液路单元、生物气溶胶发生单元、控制单元和试验仓；
所述气路单元用于向所述生物气溶胶发生单元提供气体，所述气路单元包括第一流量调节装置，所述第一流量调节装置用于基于所述控制单元设置的第一流量参数对进入所述生物气溶胶发生单元的所述气体进行流量调节；
所述液路单元用于向所述生物气溶胶发生单元提供气溶胶发生液，所述液路单元包括介质瓶恒温装置、置于所述介质瓶恒温装置内部并存储有所述气溶胶发生液的介质瓶，以及第二流量调节装置，所述介质瓶恒温装置用于使存储于所述介质瓶中的所述气溶胶发生液保持在目标温度，所述第二流量调节装置用于基于所述控制单元设置的第二流量参数对进入所述生物气溶胶发生单元的所述气溶胶发生液进行流量调节；
所述生物气溶胶发生单元包括雾化装置和惯性分离器，所述雾化装置用于对所述气体和所述气溶胶发生液的冲击混合物进行雾化，形成雾滴，所述惯性分离器用于对所述雾滴进行惯性分离，获得生物气溶胶，并且所述生物气溶胶通过设置于所述生物气溶胶发生单元上的气溶胶出口喷入至所述试验仓；
所述控制单元用于对所述第一流量参数、所述第二流量参数、所述生物气溶胶发生的气液比和所述生物气溶胶的发生时间进行设置，并基于所述生物气溶胶发生的气液比和所述生物气溶胶的发生时间，在确定所述试验仓内的生物气溶胶浓度达到目标浓度的情况下，将所述生物气溶胶发生单元发生所述生物气溶胶的流量从第一发生流量调节至第二发生流量。
2.根据权利要求1所述的生物气溶胶发生系统，其特征在于，所述液路单元还包括气溶胶发生液制备装置，所述气溶胶发生液制备装置设置于所述介质瓶内；
所述气溶胶发生液制备装置用于将自然发酵预设时长之后的畜禽排泄物和介质溶剂按照目标比例混合，获得所述气溶胶发生液并存储于所述介质瓶。
3.根据权利要求1所述的生物气溶胶发生系统，其特征在于，所述第二发生流量是基于所述气溶胶发生液中的微生物浓度、所述试验仓的容积、所述试验仓内的所述生物气溶胶所需达到的所述目标浓度、所述生物气溶胶的第一发生流量、所述生物气溶胶的发生时间、所述生物气溶胶的自然衰亡率、所述生物气溶胶发生的气液比和所述生物气溶胶发生过程中的损失率确定的。
4.根据权利要求3所述的生物气溶胶发生系统，其特征在于，所述第二发生流量是通过如下公式计算得到的：
；
其中，表示所述第二发生流量，/>表示所述气溶胶发生液中的微生物浓度，/>表示所述生物气溶胶发生过程中的损失率，/>表示所述第一发生流量，/>表示所述发生时间，表示所述目标浓度，/>表示所述试验仓的容积，/>表示所述生物气溶胶的自然衰亡率，表示所述生物气溶胶发生的气液比。
5.根据权利要求1所述的生物气溶胶发生系统，其特征在于，所述控制单元还用于对所述目标温度进行设置，并基于设置后的所述目标温度对所述介质瓶恒温装置进行控制。
6.根据权利要求1所述的生物气溶胶发生系统，其特征在于，所述气路单元还包括稳流装置；
所述稳流装置用于对进入所述生物气溶胶发生单元的所述气体进行稳流。
7.根据权利要求1所述的生物气溶胶发生系统，其特征在于，所述气路单元还包括气体过滤器；
所述气体过滤器用于对进入所述生物气溶胶发生单元的所述气体进行过滤。
8.根据权利要求1所述的生物气溶胶发生系统，其特征在于，所述气路单元还包括气体压缩机及储气罐；
所述气体压缩机及储气罐用于将外部的气体压缩至所述气路单元并储存至所述储气罐。
9.根据权利要求1所述的生物气溶胶发生系统，其特征在于，所述生物气溶胶发生单元还包括消毒及排空装置；
所述消毒及排空装置用于对所述生物气溶胶发生单元进行消毒和排空处理。
10.根据权利要求1所述的生物气溶胶发生系统，其特征在于，所述生物气溶胶发生单元还包括排污口；
所述排污口用于将所述生物气溶胶发生单元中产生的除所述生物气溶胶之外的物质排出。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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