專利名稱：智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水環(huán)境微生物富集設(shè)備。特別是涉及一種操作人員與生物污染的各種實(shí)驗(yàn)水樣無(wú)直接接觸的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備。
背景技術(shù)：
水環(huán)境中存在的各種病原微生物(包括致病病毒和致病細(xì)菌)對(duì)人類健康造成了極大的危害，不僅可以引起霍亂、病毒性肝炎、脊髓灰質(zhì)炎、傷寒和副傷寒、感染性腹瀉等水源性傳染病的集體爆發(fā)流行，而且還往往造成極其惡劣的危害及社會(huì)不良影響。2006年，中國(guó)上報(bào)法定傳染病發(fā)病人數(shù)460. 9萬(wàn)，其中，靠水傳播的發(fā)病人數(shù)達(dá)127. 8萬(wàn)，占27. 7% ;另夕卜，據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)報(bào)告，全世界每年因感染性腹瀉死亡2，200, 000人(占死亡病例的4%)，而飲用被細(xì)菌、病毒感染的水是直接原因。美國(guó)WBDOSS (Waterborne Disease andOutbreak Surveillance System)數(shù)據(jù)也顯示，1971-2006年期間，在美國(guó)爆發(fā)的780起飲 用水污染致水源性疾病爆發(fā)的案例中，就有680起與公用自來(lái)水系統(tǒng)污染有關(guān)，其中，生物性污染事件占43. 9%。因此，必須對(duì)飲用水、地表水、回用水等各種水體中的病原微生物進(jìn)行高效而快速的監(jiān)測(cè)，阻斷其傳播的途徑。一般情況下，水環(huán)境中的病原微生物含量非常少，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有監(jiān)測(cè)方法的檢測(cè)靈敏度。因此，若想有效地檢測(cè)水中的病原微生物，首先必須對(duì)大量水樣進(jìn)行濃集處理，從不同水體中將少量的病原微生物富集、回收出來(lái)，以供實(shí)驗(yàn)室和/或現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)用。目前，水中病原微生物的富集方法主要建立在實(shí)驗(yàn)室水平，包括過(guò)濾法、超濾法、絮凝法、吸附洗脫法等，一般情況下，可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)水體和試驗(yàn)條件而選取不同的方法。吸附洗脫法是目前大體積水樣病原微生物濃集最常用的方法，它通過(guò)將病原微生物吸附在濾膜材料或固體顆粒的表面，然后再洗脫回收病原微生物。其中，采用固體顆粒(陽(yáng)電荷粒狀濾料、玻璃粉、硅膠、硅藻土等)進(jìn)行吸附洗脫受水樣渾濁度影響不明顯、病原微生物回收率較高、處理水量大、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用，尤其適合于大體積飲用水、地表水、回用水等各種水體病原微生物的富集。然而，目前，這種方法基本都是手工操作，操作人員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程不可避免的需要與各種水體進(jìn)行直接接觸。近幾年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)生物安全的日益重視，對(duì)操作人員安全性的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，如何有效保護(hù)操作人員、盡可能減少操作人員與生物污染水樣(尤其含有高濃度病原菌的水體)的直接接觸也成為發(fā)展水環(huán)境中病原微生物富集技術(shù)的迫切解決的問(wèn)題之一。因此，研究和開(kāi)發(fā)具有生物安全的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備具有深遠(yuǎn)的意義和廣闊的市場(chǎng)需求。然而，目前國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)相關(guān)設(shè)備的問(wèn)世。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種在富集病原微生物過(guò)程時(shí)避免操作人員與生物污染的各種水源直接接觸的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，包括富集裝置和控制裝置。所述的富集裝置包括第一貯水罐、第二貯水罐和洗脫液罐，所述的第一貯水罐通過(guò)管路依次與第一電磁閥、第一蠕動(dòng)泵、第一濾柱連接；第二貯水罐通過(guò)管路依次與第二電磁閥、第二蠕動(dòng)泵、第二濾柱連接；洗脫液罐通過(guò)管路與第三電磁閥連接，所述的第三電磁閥分別通過(guò)管路連接第一電磁閥和第二電磁閥；所述的控制裝置包括PLC、觸摸屏、模擬量模塊、繼電器、第一流速傳感器和第二流速傳感器，所述的模擬量模塊的信號(hào)輸入端與PLC的信號(hào)輸出端連接，所述的PLC的信號(hào)輸入端分別連接第一流速傳感器和第二流速傳感器，所述的PLC的信號(hào)輸出端分別連接第一電磁閥、第二電磁閥和第三電磁閥，以及連接繼電器，所述模擬量模塊的信號(hào)輸出端連接分別設(shè)置在第一蠕動(dòng)泵和第二蠕動(dòng)泵上的控制模塊的信號(hào)輸入端，所述繼電器的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)連接分別設(shè)置在第一蠕動(dòng)泵和第二蠕動(dòng)泵上的控制模塊的電源輸入端，所述的第一流速傳感器設(shè)置在第一電磁閥和第一蠕動(dòng)泵連接的管路上，第二流速傳感器設(shè)置在第二電磁閥和第二蠕動(dòng)泵連接的管路上，所述的觸摸屏與PLC相連。 第一濾柱和第二濾柱的內(nèi)部設(shè)置有濾料或膜。所述濾料為載陽(yáng)電荷濾料、玻璃纖維、浙青煤顆粒、樹(shù)脂顆粒、玻璃粉顆粒、硅膠顆粒或硅藻土顆粒。所述膜為混合纖維素膜或聚酯纖維素膜。適用水體包括自來(lái)水、純凈水、井水、回用水、二級(jí)出水、地表水。處理水樣的體積為10-1000L。適用水體還包括城市污水和生活污水,處理水樣的體積為5-20L。水樣流速控制在50L/h以內(nèi)。本發(fā)明的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，具有如下特點(diǎn)I、操作人員與生物污染的各種實(shí)驗(yàn)水樣的無(wú)直接接觸；2、操作簡(jiǎn)便，安全，智能式控制水體微生物富集過(guò)程；3、可以處理自來(lái)水、純凈水、井水、回用水、二級(jí)出水、地表水、城市污水、生活污水
等多種水體；4、處理水樣體積大；5、可以同時(shí)處理兩種水樣。


圖I是本發(fā)明的整體構(gòu)成框圖；圖2是本發(fā)明控制裝置的構(gòu)成框圖；圖3是本發(fā)明PLC輸入模塊的電路原理圖；圖4是本發(fā)明PLC輸出模塊的電路原理圖；圖5是本發(fā)明模擬量模塊的電路原理圖；圖6是本發(fā)明蠕動(dòng)泵控制模塊的電路原理圖。I :第一電磁閥2 :第二電磁閥3 :第三電磁閥4 :第一蠕動(dòng)泵5 :第二蠕動(dòng)泵6 :第一濾柱
7 :第二濾柱8 :第一貯水罐9 :洗脫液罐10 :第二貯水罐11:第一流速傳感器12:第二流速傳感器13:富集裝置14:PLC15 :觸摸屏16 :模擬量模塊 17:繼電器18 :控制裝置
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備做出詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，通過(guò)PLC、模擬量模塊、觸摸屏智能控制病原微生物富集過(guò)程，操作人員與生物污染的各種實(shí)驗(yàn)水樣的無(wú)直接接觸。具體包括有富集裝置13和控制裝置18，如圖I所示，其中，所述的富集裝置13包括第一貯水罐8、第二貯水罐10和洗脫液罐9，所述的第一貯水罐8通過(guò)管路依次與第一電磁閥I、第一蠕動(dòng)泵4、第一濾柱6連接；第二貯水罐10通過(guò)管路依次與第二電磁閥2、第二蠕動(dòng)泵5、第二濾柱7連接；洗脫液罐9通過(guò)管路與第三電磁閥3連接，所述的第三電磁閥3分別通過(guò)管路連接第一電磁閥I和第二電磁閥2。第一濾柱6和第二濾柱7的內(nèi)部設(shè)置有濾料或膜。所述濾料為載陽(yáng)電荷濾料、玻璃纖維、浙青煤顆粒、樹(shù)脂顆粒、玻璃粉顆粒、硅膠顆粒或硅藻土顆粒。所述膜為混合纖維素膜或聚酯纖維素膜。所述的控制裝置18包括PLC14、觸摸屏15、模擬量模塊16、繼電器17、第一流速傳感器11和第二流速傳感器12，所述的模擬量模塊16的信號(hào)輸入端與PLC14的信號(hào)輸出端連接，所述的PLC14的信號(hào)輸入端分別連接第一流速傳感器11和第二流速傳感器12，所述的PLC14的信號(hào)輸出端分別連接第一電磁閥I、第二電磁閥2和第三電磁閥3，以及連接繼電器17，所述模擬量模塊16的信號(hào)輸出端連接分別設(shè)置在第一蠕動(dòng)泵4和第二蠕動(dòng)泵5上的控制模塊的信號(hào)輸入端，所述繼電器17的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)連接分別設(shè)置在第一蠕動(dòng)泵4和第二蠕動(dòng)泵5上的控制模塊的電源輸入端，所述的第一流速傳感器11設(shè)置在第一電磁閥I和第一蠕動(dòng)泵4連接的管路上，第二流速傳感器12設(shè)置在第二電磁閥3和第二蠕動(dòng)泵5連接的管路上，所述的觸摸屏15與PLC14相連。所述的PLC14、觸摸屏15、模擬量模塊16、繼電器17安裝在電器控制箱中。如圖2 圖6所示，在本實(shí)施例中，所述的PLC14的型號(hào)為FX1N24MR ;觸摸屏15的型號(hào)為MT8070iH ;模擬量模塊16的型號(hào)為FX2N-2DA ;蠕動(dòng)泵控制模塊的型號(hào)為MT600-2J。PLC14通過(guò)數(shù)據(jù)線連接到富集裝置13上的在線監(jiān)測(cè)第一流速傳感器11和第二流速傳感器12并在線采集脈沖后，通過(guò)其內(nèi)部計(jì)算處理后再通過(guò)數(shù)據(jù)線反饋到觸摸屏15上，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)出液體的在線流速；模擬量模塊16接收來(lái)PLC14的指令，輸出I IOV的電壓并通過(guò)數(shù)據(jù)線連接到富集裝置13中第一蠕動(dòng)泵4和第二蠕動(dòng)泵5的控制模塊上，通過(guò)控制模塊內(nèi)部程序控制第一蠕動(dòng)泵4和第二蠕動(dòng)泵5的轉(zhuǎn)速；PLC14通過(guò)數(shù)據(jù)線還連接到富集裝置13的第一電磁閥I、第二電磁閥2和第三電磁閥3上，同時(shí)通過(guò)PLC14連接在觸摸屏15上的指令數(shù)據(jù)線，接受觸摸屏15上的按鍵指令，從而控制電磁閥的開(kāi)關(guān)；繼電器17的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)連接到富集裝置13蠕動(dòng)泵的電源開(kāi)關(guān)上。本發(fā)明的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，水樣流速控制在50L/h以內(nèi)。適用水體包括自來(lái)水、純凈水、井水、回用水、二級(jí)出水、地表水等較為潔凈的水體，處理水樣的體積為10-1000L。適用水體還包括生活污水和城市污水,對(duì)于生活污水和城市污水,處理水樣的體積為5-20L。下面給出實(shí)際使用的例子實(shí)施例15L城市污水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的富集取污水處理廠進(jìn)水10L，121°C高壓滅菌20min后，加入脊髓灰質(zhì)炎病毒，使其最終滴度為105PFU/mL。將該人工污染水樣各5L分別加入裝置的第一貯水罐8和第二貯水罐10水樣桶中，并將洗脫液放入洗脫液罐9水桶內(nèi)。同時(shí)，在第一濾柱6和第二濾柱7中填充好濾料。按照以下操作方法進(jìn)行污水中病毒的富集 I、設(shè)備上電后，按觸摸屏15進(jìn)入操作系統(tǒng)，將進(jìn)入主控畫(huà)面；2、在觸摸屏15的主控畫(huà)面，設(shè)定參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能首先轉(zhuǎn)速設(shè)置，分別進(jìn)入I號(hào)站和2號(hào)站，按下“轉(zhuǎn)速”按鈕，設(shè)置轉(zhuǎn)速為50L/h并記憶；然后，按下按鈕中的“水樣”和“啟動(dòng)蠕動(dòng)泵”，設(shè)備的兩個(gè)工作平臺(tái)均開(kāi)始同時(shí)濾水和濃集病毒，過(guò)濾后的水樣從管道中流走;3、待水樣全部過(guò)濾完畢，按下“停止蠕動(dòng)泵”按鈕；4、重新設(shè)置轉(zhuǎn)速按下“轉(zhuǎn)速”按鈕，設(shè)置轉(zhuǎn)速為20mL/min并記憶；依次按下I號(hào)站和2號(hào)站中的“洗脫液”、“收集”、“啟動(dòng)蠕動(dòng)泵”；5、關(guān)機(jī)在按觸摸屏主控畫(huà)面，將“蠕動(dòng)泵停止”、“水樣洗脫液”、“電源開(kāi)關(guān)”等按鈕關(guān)閉，方能關(guān)機(jī)。對(duì)洗脫液中的病毒滴度進(jìn)行測(cè)定并計(jì)算脊髓灰質(zhì)炎病毒的回收率，結(jié)果表明該設(shè)備對(duì)2份5L污水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的回收率均為95%以上。實(shí)施例210L自來(lái)水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的富集取自來(lái)水20L，1210C高壓滅菌20min后，加入脊髓灰質(zhì)炎病毒，使其最終滴度為105PFU/mL。將該人工污染自來(lái)水IOL分別加入裝置的第一貯水罐8和第二貯水罐10水樣桶中，并將洗脫液放入洗脫液罐9水桶內(nèi)。同時(shí)，在第一濾柱6和第二濾柱7中填充好濾料。操作方法按照實(shí)施例I進(jìn)行。該設(shè)備對(duì)2份IOL自來(lái)水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的回收率均為98%。實(shí)施例3100L自來(lái)水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的富集取自來(lái)水100L，12rC高壓滅菌20min后，加入脊髓灰質(zhì)炎病毒，使其最終滴度為105PFU/mL。將該人工污染自來(lái)水加入第二貯水罐10水樣桶中，并將洗脫液放入洗脫液罐9水桶內(nèi)。同時(shí)，在第二濾柱7中填充好濾料。操作方法按照實(shí)施例I進(jìn)行，但只需啟動(dòng)2號(hào)站工作。該設(shè)備對(duì)100L自來(lái)水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的回收率達(dá)到90%以上。實(shí)施例4 100L回用水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的富集取回用水100L，121°C高壓滅菌20min后，加入脊髓灰質(zhì)炎病毒，使其最終滴度為105PFU/mL。將該人工污染回用水加入第二貯水罐10水樣桶中，并將洗脫液放入洗脫液罐9水桶內(nèi)。同時(shí)，在第二濾柱7中填充好濾料。操作方法按照實(shí)施例I進(jìn)行，但只需啟動(dòng)2號(hào)站工作。該設(shè)備對(duì)100L回用水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的回收率達(dá)到90%以上。實(shí)施例5 100L 二級(jí)出水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的富集
取二級(jí)出水100L，121°C高壓滅菌20min后，加入脊髓灰質(zhì)炎病毒，使其最終滴度為105PFU/mL。將該人工污染回用水加入第二貯水罐10水樣桶中，并將洗脫液放入洗脫液罐9水桶內(nèi)。同時(shí)，在第二濾柱7中填充好濾料。操作方法按照實(shí)施例I進(jìn)行，但只需啟動(dòng)2號(hào)站工作。該設(shè)備對(duì)100L 二級(jí)出水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的回收率達(dá)到90%以上。實(shí)施例6 100L地表水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的富集取地表水100L，12rC高壓滅菌20min后，加入脊髓灰質(zhì)炎病毒，使其最終滴度為105PFU/mL。將該人工污染地表水加入裝置的第一貯水罐8水樣桶中，并將洗脫液放入洗脫 液罐9水桶內(nèi)。同時(shí)，在第一濾柱6中填充好濾料。操作方法按照實(shí)施例I進(jìn)行，但只需啟動(dòng)I號(hào)站工作。該設(shè)備對(duì)100L地表水中脊髓灰質(zhì)炎病毒的回收率達(dá)到90%以上。
權(quán)利要求
1.一種智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，包括富集裝置(13)和控制裝置(18)，其特征在于 所述的富集裝置(13)包括第一貯水罐(8)、第二貯水罐(10)和洗脫液罐(9)，所述的第一貯水罐(8)通過(guò)管路依次與第一電磁閥(I)、第一蠕動(dòng)泵(4)、第一濾柱(6)連接；第二貯水罐(10)通過(guò)管路依次與第二電磁閥(2)、第二蠕動(dòng)泵(5)、第二濾柱(7)連接；洗脫液罐(9)通過(guò)管路與第三電磁閥(3)連接，所述的第三電磁閥(3)分別通過(guò)管路連接第一電磁閥(I)和第二電磁閥(2)； 所述的控制裝置(18 )包括PLC (14 )、觸摸屏(15 )、模擬量模塊(16 )、繼電器(17 )、第一流速傳感器(11)和第二流速傳感器(12)，所述的模擬量模塊(16)的信號(hào)輸入端與PLC (14)的信號(hào)輸出端連接，所述的PLC (14)的信號(hào)輸入端分別連接第一流速傳感器(11)和第二流速傳感器(12)，所述的PLC (14)的信號(hào)輸出端分別連接第一電磁閥(I)、第二電磁閥(2)和第三電磁閥(3)，以及連接繼電器(17)，所述模擬量模塊(16)的信號(hào)輸出端連接分別設(shè)置在第一蠕動(dòng)泵(4)和第二蠕動(dòng)泵(5)上的控制模塊的信號(hào)輸入端，所述繼電器(17)的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)連接分別設(shè)置在第一蠕動(dòng)泵(4)和第二蠕動(dòng)泵(5)上的控制模塊的電源輸入端，所述的第一流速傳感器(11)設(shè)置在第一電磁閥(I)和第一蠕動(dòng)泵(4)連接的管路上，第二流速傳感器(12)設(shè)置在第二電磁閥(3)和第二蠕動(dòng)泵(5)連接的管路上，所述的觸摸屏(15)與PLC (14)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，其特征在于，第一濾柱(6)和第二濾柱(7)的內(nèi)部設(shè)置有濾料或膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，其特征在于，所述濾料為載陽(yáng)電荷濾料、玻璃纖維、浙青煤顆粒、樹(shù)脂顆粒、玻璃粉顆粒、硅膠顆?；蚬柙逋令w粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，其特征在于，所述膜為混合纖維素膜或聚酯纖維素膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，其特征在于，適用水體包括自來(lái)水、純凈水、井水、回用水、二級(jí)出水、地表水。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，其特征在于，處理水樣的體積為10-1000L。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，其特征在于，適用水體還包括城市污水和生活污水，處理水樣的體積為5-20L。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，其特征在于，水樣流速控制在50L/h以內(nèi)。
全文摘要
一種智能式水環(huán)境病原微生物富集設(shè)備，富集裝置第一貯水罐依次與第一電磁閥、第一蠕動(dòng)泵、第一濾柱連接；第二貯水罐依次與第二電磁閥、第二蠕動(dòng)泵、第二濾柱連接；洗脫液罐與第三電磁閥連接，第三電磁閥連接第一電磁閥和第二電磁閥?？刂蒲b置模擬量模塊與PLC輸出連接，PLC輸入連接第一流速傳感器和第二流速傳感器，PLC輸出連接第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥和繼電器，模擬量模塊輸出連接設(shè)置在第一蠕動(dòng)泵和第二蠕動(dòng)泵上的控制模塊，繼電器的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)連接控制模塊，第一流速傳感器設(shè)置在第一電磁閥和第一蠕動(dòng)泵連接的管路上，第二流速傳感器設(shè)置在第二電磁閥和第二蠕動(dòng)泵連接的管路上，觸摸屏與PLC相連。本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，安全，智能式控制水體富集過(guò)程。
文檔編號(hào)C02F3/00GK102774956SQ20121026393
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者李君文, 王新為, 王景峰, 諶志強(qiáng), 邱志剛, 金敏, 陳照立 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生學(xué)環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所