CN202785784U

CN202785784U - 智能式水环境病原微生物富集设备

Info

Publication number: CN202785784U
Application number: CN2012203688679U
Authority: CN
Inventors: 金敏; 李君文; 王新为; 邱志刚; 谌志强; 陈照立; 王景峰
Original assignee: Institute of Hygiene and Environmental Medicine Academy of Military Medical Sciences of Chinese PLA
Current assignee: Institute of Hygiene and Environmental Medicine Academy of Military Medical Sciences of Chinese PLA
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-07-19

Abstract

一种智能式水环境病原微生物富集设备，富集装置：第一贮水罐依次与第一电磁阀、第一蠕动泵、第一滤柱连接；第二贮水罐依次与第二电磁阀、第二蠕动泵、第二滤柱连接；洗脱液罐与第三电磁阀连接，第三电磁阀连接第一电磁阀和第二电磁阀。控制装置：模拟量模块与PLC输出连接，PLC输入连接第一流速传感器和第二流速传感器，PLC输出连接第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和继电器，模拟量模块输出连接设置在第一蠕动泵和第二蠕动泵上的控制模块，继电器的开关触点连接控制模块，第一流速传感器设置在第一电磁阀和第一蠕动泵连接的管路上，第二流速传感器设置在第二电磁阀和第二蠕动泵连接的管路上，触摸屏与PLC相连。本实用新型操作简便，安全，智能式控制水体富集过程。

Description

智能式水环境病原微生物富集设备

技术领域

本实用新型涉及一种水环境微生物富集设备。特别是涉及一种操作人员与生物污染的各种实验水样无直接接触的智能式水环境病原微生物富集设备。

背景技术

水环境中存在的各种病原微生物（包括致病病毒和致病细菌）对人类健康造成了极大的危害，不仅可以引起霍乱、病毒性肝炎、脊髓灰质炎、伤寒和副伤寒、感染性腹泻等水源性传染病的集体爆发流行，而且还往往造成极其恶劣的危害及社会不良影响。2006年，中国上报法定传染病发病人数460.9万，其中，靠水传播的发病人数达127.8万，占27.7%；另外，据世界卫生组织（WHO）报告，全世界每年因感染性腹泻死亡2,200,000人（占死亡病例的4%），而饮用被细菌、病毒感染的水是直接原因。美国WBDOSS(Waterborne Disease and Outbreak Surveillance System)数据也显示，1971-2006年期间，在美国爆发的780起饮用水污染致水源性疾病爆发的案例中，就有680起与公用自来水系统污染有关，其中，生物性污染事件占43.9%。因此，必须对饮用水、地表水、回用水等各种水体中的病原微生物进行高效而快速的监测，阻断其传播的途径。

一般情况下，水环境中的病原微生物含量非常少，远低于现有监测方法的检测灵敏度。因此，若想有效地检测水中的病原微生物，首先必须对大量水样进行浓集处理，从不同水体中将少量的病原微生物富集、回收出来，以供实验室和/或现场检测用。目前，水中病原微生物的富集方法主要建立在实验室水平，包括过滤法、超滤法、絮凝法、吸附洗脱法等，一般情况下，可以根据不同的实验目的、实验水体和试验条件而选取不同的方法。

吸附洗脱法是目前大体积水样病原微生物浓集最常用的方法，它通过将病原微生物吸附在滤膜材料或固体颗粒的表面,然后再洗脱回收病原微生物。其中，采用固体颗粒（阳电荷粒状滤料、玻璃粉、硅胶、硅藻土等）进行吸附洗脱受水样浑浊度影响不明显、病原微生物回收率较高、处理水量大、操作简便等特点，被广泛应用，尤其适合于大体积饮用水、地表水、回用水等各种水体病原微生物的富集。

然而，目前，这种方法基本都是手工操作，操作人员在实验过程不可避免的需要与各种水体进行直接接触。近几年来，随着我国对生物安全的日益重视，对操作人员安全性的要求也越来越严格，如何有效保护操作人员、尽可能减少操作人员与生物污染水样（尤其含有高浓度病原菌的水体）的直接接触也成为发展水环境中病原微生物富集技术的迫切解决的问题之一。因此，研究和开发具有生物安全的智能式水环境病原微生物富集设备具有深远的意义和广阔的市场需求。然而，目前国内外还未见相关设备的问世。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种在富集病原微生物过程时避免操作人员与生物污染的各种水源直接接触的智能式水环境病原微生物富集设备。

本实用新型所采用的技术方案是：一种智能式水环境病原微生物富集设备，包括富集装置和控制装置。

所述的富集装置包括：第一贮水罐、第二贮水罐和洗脱液罐，所述的第一贮水罐通过管路依次与第一电磁阀、第一蠕动泵、第一滤柱连接；第二贮水罐通过管路依次与第二电磁阀、第二蠕动泵、第二滤柱连接；洗脱液罐通过管路与第三电磁阀连接，所述的第三电磁阀分别通过管路连接第一电磁阀和第二电磁阀；

所述的控制装置包括：PLC、触摸屏、模拟量模块、继电器、第一流速传感器和第二流速传感器，所述的模拟量模块的信号输入端与PLC的信号输出端连接，所述的PLC的信号输入端分别连接第一流速传感器和第二流速传感器，所述的PLC的信号输出端分别连接第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，以及连接继电器，所述模拟量模块的信号输出端连接分别设置在第一蠕动泵和第二蠕动泵上的控制模块的信号输入端，所述继电器的开关触点连接分别设置在第一蠕动泵和第二蠕动泵上的控制模块的电源输入端，所述的第一流速传感器设置在第一电磁阀和第一蠕动泵连接的管路上，第二流速传感器设置在第二电磁阀和第二蠕动泵连接的管路上，所述的触摸屏与PLC相连。

第一滤柱和第二滤柱的内部设置有滤料或膜。

所述滤料为载阳电荷滤料、玻璃纤维、沥青煤颗粒、树脂颗粒、玻璃粉颗粒、硅胶颗粒或硅藻土颗粒。

所述膜为混合纤维素膜或聚酯纤维素膜。

本实用新型的智能式水环境病原微生物富集设备，具有如下特点：

1、操作人员与生物污染的各种实验水样的无直接接触；

2、操作简便，安全，智能式控制水体微生物富集过程；

3、可以处理自来水、纯净水、井水、回用水、二级出水、地表水、城市污水、生活污水等多种水体；

4、处理水样体积大；

5、可以同时处理两种水样。

附图说明

图1是本实用新型的整体构成框图；

图2是本实用新型控制装置的构成框图；

图3是本实用新型PLC输入模块的电路原理图；

图4是本实用新型PLC输出模块的电路原理图；

图5是本实用新型模拟量模块的电路原理图；

图6是本实用新型蠕动泵控制模块的电路原理图。

1：第一电磁阀 2：第二电磁阀

3：第三电磁阀 4：第一蠕动泵

5：第二蠕动泵 6：第一滤柱

7：第二滤柱 8：第一贮水罐

9：洗脱液罐 10：第二贮水罐

11：第一流速传感器 12：第二流速传感器

13：富集装置 14：PLC

15：触摸屏 16：模拟量模块

17：继电器 18：控制装置

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型的智能式水环境病原微生物富集设备做出详细说明。

本实用新型的智能式水环境病原微生物富集设备，通过PLC、模拟量模块、触摸屏智能控制病原微生物富集过程，操作人员与生物污染的各种实验水样的无直接接触。具体包括有富集装置13和控制装置18，如图1所示，其中，

所述的富集装置13包括：第一贮水罐8、第二贮水罐10和洗脱液罐9，所述的第一贮水罐8通过管路依次与第一电磁阀1、第一蠕动泵4、第一滤柱6连接；第二贮水罐10通过管路依次与第二电磁阀2、第二蠕动泵5、第二滤柱7连接；洗脱液罐9通过管路与第三电磁阀3连接，所述的第三电磁阀3分别通过管路连接第一电磁阀1和第二电磁阀2。

第一滤柱6和第二滤柱7的内部设置有滤料或膜。

所述滤料为载阳电荷滤料、玻璃纤维、沥青煤颗粒、树脂颗粒、玻璃粉颗粒、硅胶颗粒或硅藻土颗粒。所述膜为混合纤维素膜或聚酯纤维素膜。

所述的控制装置18包括：PLC14、触摸屏15、模拟量模块16、继电器17、第一流速传感器11和第二流速传感器12，所述的模拟量模块16的信号输入端与PLC14的信号输出端连接，所述的PLC14的信号输入端分别连接第一流速传感器11和第二流速传感器12，所述的PLC14的信号输出端分别连接第一电磁阀1、第二电磁阀2和第三电磁阀3，以及连接继电器17，所述模拟量模块16的信号输出端连接分别设置在第一蠕动泵4和第二蠕动泵5上的控制模块的信号输入端，所述继电器17的开关触点连接分别设置在第一蠕动泵4和第二蠕动泵5上的控制模块的电源输入端，所述的第一流速传感器11设置在第一电磁阀1和第一蠕动泵4连接的管路上，第二流速传感器12设置在第二电磁阀3和第二蠕动泵5连接的管路上，所述的触摸屏15与PLC14相连。所述的PLC14、触摸屏15、模拟量模块16、继电器17安装在电器控制箱中。

如图2～图6所示，在本实施例中，所述的PLC14的型号为FX1N 24MR；触摸屏15的型号为MT8070iH；模拟量模块16的型号为FX2N-2DA；蠕动泵控制模块的型号为MT600-2J。

PLC14通过数据线连接到富集装置13上的在线监测第一流速传感器11和第二流速传感器12并在线采集脉冲后，通过其内部计算处理后再通过数据线反馈到触摸屏15上，实时呈现出液体的在线流速；模拟量模块16接收来PLC14的指令，输出1～10V的电压并通过数据线连接到富集装置13中第一蠕动泵4和第二蠕动泵5的控制模块上，通过控制模块内部程序控制第一蠕动泵4和第二蠕动泵5的转速；PLC14通过数据线还连接到富集装置13的第一电磁阀1、第二电磁阀2和第三电磁阀3上，同时通过PLC14连接在触摸屏15上的指令数据线，接受触摸屏15上的按键指令，从而控制电磁阀的开关；继电器17的开关触点连接到富集装置13蠕动泵的电源开关上。

本实用新型的智能式水环境病原微生物富集设备，水样流速控制在50L/h以内。适用水体包括自来水、纯净水、井水、回用水、二级出水、地表水等较为洁净的水体，处理水样的体积为10-1000L。适用水体还包括生活污水和城市污水，对于生活污水和城市污水，处理水样的体积为5-20L。

下面给出实际使用的例子：

实施例1 5L城市污水中脊髓灰质炎病毒的富集：

取污水处理厂进水10L，121℃高压灭菌20min后，加入脊髓灰质炎病毒，使其最终滴度为10⁵PFU/mL。将该人工污染水样各5L分别加入装置的第一贮水罐8和第二贮水罐10水样桶中，并将洗脱液放入洗脱液罐9水桶内。同时，在第一滤柱6和第二滤柱7中填充好滤料。按照以下操作方法进行污水中病毒的富集：

1、设备上电后，按触摸屏15进入操作系统，将进入主控画面；

2、在触摸屏15的主控画面，设定参数，实现各个功能：首先转速设置，分别进入1号站和2号站，按下“转速”按钮，设置转速为50L/h并记忆；然后，按下按钮中的“水样”和“启动蠕动泵”，设备的两个工作平台均开始同时滤水和浓集病毒，过滤后的水样从管道中流走；

3、待水样全部过滤完毕，按下“停止蠕动泵”按钮；

4、重新设置转速：按下“转速”按钮，设置转速为20mL/min并记忆；依次按下1号站和2号站中的“洗脱液”、“收集”、“启动蠕动泵”；

5、关机：在按触摸屏主控画面，将“蠕动泵停止”、“水样洗脱液”、“电源开关”等按钮关闭，方能关机。

对洗脱液中的病毒滴度进行测定并计算脊髓灰质炎病毒的回收率，结果表明该设备对2份5L污水中脊髓灰质炎病毒的回收率均为95%以上。

实施例2 10L自来水中脊髓灰质炎病毒的富集：

取自来水20L，121℃高压灭菌20min后，加入脊髓灰质炎病毒，使其最终滴度为10⁵PFU/mL。将该人工污染自来水10L分别加入装置的第一贮水罐8和第二贮水罐10水样桶中，并将洗脱液放入洗脱液罐9水桶内。同时，在第一滤柱6和第二滤柱7中填充好滤料。操作方法按照实施例1进行。该设备对2份10L自来水中脊髓灰质炎病毒的回收率均为98%。

实施例3 100L自来水中脊髓灰质炎病毒的富集：

取自来水100L，121℃高压灭菌20min后，加入脊髓灰质炎病毒，使其最终滴度为10⁵PFU/mL。将该人工污染自来水加入第二贮水罐10水样桶中，并将洗脱液放入洗脱液罐9水桶内。同时，在第二滤柱7中填充好滤料。操作方法按照实施例1进行，但只需启动2号站工作。该设备对100L自来水中脊髓灰质炎病毒的回收率达到90%以上。

实施例4 100L回用水中脊髓灰质炎病毒的富集：

取回用水100L，121℃高压灭菌20min后，加入脊髓灰质炎病毒，使其最终滴度为10⁵PFU/mL。将该人工污染回用水加入第二贮水罐10水样桶中，并将洗脱液放入洗脱液罐9水桶内。同时，在第二滤柱7中填充好滤料。操作方法按照实施例1进行，但只需启动2号站工作。该设备对100L回用水中脊髓灰质炎病毒的回收率达到90%以上。

实施例5 100L二级出水中脊髓灰质炎病毒的富集：

取二级出水100L，121℃高压灭菌20min后，加入脊髓灰质炎病毒，使其最终滴度为10⁵PFU/mL。将该人工污染回用水加入第二贮水罐10水样桶中，并将洗脱液放入洗脱液罐9水桶内。同时，在第二滤柱7中填充好滤料。操作方法按照实施例1进行，但只需启动2号站工作。该设备对100L二级出水中脊髓灰质炎病毒的回收率达到90%以上。

实施例6 100L地表水中脊髓灰质炎病毒的富集：

取地表水100L，121℃高压灭菌20min后，加入脊髓灰质炎病毒，使其最终滴度为105PFU/mL。将该人工污染地表水加入装置的第一贮水罐8水样桶中，并将洗脱液放入洗脱液罐9水桶内。同时，在第一滤柱6中填充好滤料。操作方法按照实施例1进行，但只需启动1号站工作。该设备对100L地表水中脊髓灰质炎病毒的回收率达到90%以上。

Claims

1.一种智能式水环境病原微生物富集设备，包括富集装置（13）和控制装置（18），其特征在于：

所述的富集装置（13）包括：第一贮水罐（8）、第二贮水罐（10）和洗脱液罐（9），所述的第一贮水罐（8）通过管路依次与第一电磁阀（1）、第一蠕动泵（4）、第一滤柱（6）连接；第二贮水罐（10）通过管路依次与第二电磁阀（2）、第二蠕动泵（5）、第二滤柱（7）连接；洗脱液罐（9）通过管路与第三电磁阀（3）连接，所述的第三电磁阀（3）分别通过管路连接第一电磁阀（1）和第二电磁阀（2）；

所述的控制装置（18）包括：PLC（14）、触摸屏（15）、模拟量模块（16）、继电器（17）、第一流速传感器（11）和第二流速传感器（12），所述的模拟量模块（16）的信号输入端与PLC（14）的信号输出端连接，所述的PLC（14）的信号输入端分别连接第一流速传感器（11）和第二流速传感器（12），所述的PLC（14）的信号输出端分别连接第一电磁阀（1）、第二电磁阀（2）和第三电磁阀（3），以及连接继电器（17），所述模拟量模块（16）的信号输出端连接分别设置在第一蠕动泵（4）和第二蠕动泵（5）上的控制模块的信号输入端，所述继电器（17）的开关触点连接分别设置在第一蠕动泵（4）和第二蠕动泵（5）上的控制模块的电源输入端，所述的第一流速传感器（11）设置在第一电磁阀（1）和第一蠕动泵（4）连接的管路上，第二流速传感器（12）设置在第二电磁阀（3）和第二蠕动泵（5）连接的管路上，所述的触摸屏（15）与PLC（14）相连。

2.根据权利要求1所述的智能式水环境病原微生物富集设备，其特征在于，第一滤柱（6）和第二滤柱（7）的内部设置有滤料或膜。

3.根据权利要求2所述的智能式水环境病原微生物富集设备，其特征在于，所述滤料为载阳电荷滤料、玻璃纤维、沥青煤颗粒、树脂颗粒、玻璃粉颗粒、硅胶颗粒或硅藻土颗粒。

4.根据权利要求2所述的智能式水环境病原微生物富集设备，其特征在于，所述膜为混合纤维素膜或聚酯纤维素膜。