成膜生物沉积物的监测发明背景
本发明涉及由工业水系统中存在的成膜生物在工业设备上引起的
膜的监测。更具体地说，本发明涉及由活性生物在导管、管道及容器
表面上形成的膜的监视和测量。
除了有机和无机化合物带来的沉积物之外，工业水系统中的活性
生物也可引起热交换设备的堵塞。由微生物引起的，具有或不具有有
机及矿物成分的膜厚度增大，从而降低从较热的内部到较冷的外部的
热传递效率，反之亦然。
此外，成膜微生物并不局限于水系统中。具体地说，已发现原始
微生物在诸如天然气输送管道中成膜。
在工业生产液流中夹带的成膜微生物降低生产过程中所采用设备
的效率的例子很多。不仅设备的效率被降低，而且微生物还会污染最
终产品。
这样一种例子发现于造纸机中。细菌菌落、原生动物及其它简单
生命形式可夹带在纸浆中。微生物可进入纸浆浆料并在其中繁殖，最
终可在设备的可积聚浆料中的其它微粒的暴露表面上形成粘膜。最
终，造纸设备被堵塞，并且由于浆料的湍流的缘故，该粘膜成为纸产
品的一部分，导致造纸质量降低。
对工业设备上形成的膜进行监视已为人们所知，但是通常限于监
视由于工业生产流体中夹带有机或无机物质而形成的膜。没有单独提
供对由活性生物引起的膜的独立监视。但是，由于微生物常常能够引
起诸如产品污染之类的独特问题，因此希望单独监视由活性生物引起
的膜。此外，微生物的存在不仅会导致产品质量较低，而且会导致不
能销售的产品。另外，在一些系统中，由于存在接受的食物来源，例
如上面讨论过的造纸工业的纸浆浆料，导致微生物的生长和繁殖，在
这些系统中，微生物的监视可能是特别重要的。
于是，需要一种能够探测并监视由微生物所引起的膜的改进的膜
监视系统及膜监视方法。
发明概述
本发明提供一种用于探测并监视系统中的流体中所夹带的活性生
物(它有在系统设备表面上产生膜的可能性)形成的膜的改进方法和
设备。该设备包含一个暴露在该系统流体中的测试表面和一个荧光
计。荧光计利用波长和强度足以使在第一测试表面上积聚的成膜活性
生物因辐射而发出荧光辐射的光线辐射第一表面。荧光计还包括一个
用于探测并测量由成膜活性生物发出的荧光辐射的强度的探测器。
在一个实施例中，该设备包括第一测试表面和第二测试表面。第
二测试表面被保持在基本上无膜的状态下，用于产生测试信号或基本
信号，该信号和第一测试表面的荧光辐射产生的信号进行比较。
在一个实施例中，第一和第二测试表面都被布置在可转动圆盘上，
该圆盘至少部分地被浸入系统的流体中。转动该圆盘，从而使第一测
试表面位于荧光计的前面，荧光计辐照第一测试表面，并测量由第一
测试表面上的成膜生物产生的荧光辐射的数量和强度。产生一个正比
于第一测试表面上的成膜生物数量的信号。
随后，转动圆盘，使第二测试表面位于荧光计的前面。为了使第
二测试表面保持基本无膜的状态，第二测试表面可由憎水性或亲水性
材料，或者抑制在该表面上成膜的涂层构成。也可采用机械、化学或
者液压方式清洗第二测试表面。荧光计辐照第二测试表面，产生正比
于第二测试表面上的膜或微生物数量的信号。通常，该第二信号较小，
并且由于在第二测试表面上实质上不存在膜，第二信号可能为零。随
后，分析器或控制器比较第一信号和第二信号，从而提供第一测试表
面上的膜的数量的指示。
在一个实施例中，圆盘安装在与转动该圆盘的电机相连的轴上。
该轴可安装在圆盘的中心，或者安装在偏离圆盘中心的位置上。即，
可以同心或偏心方式安装轴。
在一个实施例中，圆盘包括多个不同的测试表面，这些测试表面
模拟系统暴露在流体中，并且其上能够积聚成膜微生物的不同表面。
在一个尤其适用于具有流动的液流的工业生产的实施例中，该设
备还包括一个透明的分流管道，用于从主工业生产液流分流试样液
流。该分流管道包括可用荧光计辐照的第一测试表面。
在一个实施例中，分流管道包括第一和第二测试表面，以及第一
和第二荧光计。第一荧光计辐照第一测试表面，探测和测量由第一测
试表面上积聚的成膜微生物产生的荧光的量。类似地，第二荧光计辐
照第二测试表面，探测和测量由第二测试表面上积聚的成膜微生物发
出的荧光的量。但是，如前所述，第二测试表面基本上被保持在无膜
状态下。当第二测试表面被布置在分流管道中时，可借助布置在分流
管道内，用于使第二测试表面基本上保持在无膜或清洁状态的机械清
除装置实现基本上无膜状态。在一个实施例中，一段分流管道可由憎
水材料或抑制在其上成膜的材料制成，或者可涂覆憎水物质或抑制在
其上成膜的物质。
本发明还提供了一种用于监视工业系统的表面上，成膜生物的积
聚的方法。该方法包括下述步骤：把第一测试表面浸入工业系统的流
体中，利用波长和强度足以使在第一测试表面上积聚的成膜活性生物
发出荧光辐射的光线辐照第一测试表面。该方法还包括探测和测量由
成膜活性生物发出的荧光辐射，以此测量在该测试表面上沉积的膜的
数量的步骤。
在一个实施例中，该方法还包括把基本上无膜的第二测试表面浸
入工业系统的流体中的步骤。该方法还包括利用波长和强度足以使在
第二测试表面上积聚的成膜活性生物发出荧光辐射的光线辐照第二测
试表面的步骤。该方法还包括产生表示由在第一测试表面上积聚的生
物发出的荧光的强度的第一信号，产生表示出由在第二测试表面上积
聚的生物发出的荧光的强度的第二信号，并比较第一信号和第二信号
的步骤。
在一个实施例中，第一和第二测试表面被布置在分流管道中，采
样液流流过该分流管道。该分流管道是透明的，以便光线可透过该管
道到达第一和第二测试表面，并且探测器可布置在分流管道外面，用
于探测由第一和第二测试表面上的生物发出的荧光。
在一个实施例中，分流管道包括用于从第二测试表面除去膜积聚
物的清除器。
在一个实施例中，第二测试表面的特征还在于由憎水性材料制成。
在一个实施例中，第二测试表面的特征还在于由亲水性材料制成。
于是，本发明的一个优点是提供一种用于探测由成膜微生物在工
业流体系统表面上引起的成膜状况的改进设备。
本发明的另一个优点是提供了一种用于把由无机和非活性有机物
质形成的膜和由微生物或活性物质形成的膜区别开的设备。
本发明的又一个优点是提供了一种用于监视由成膜微生物引起的
成膜情况的改进方法和设备。
从下面当前的对最佳实施例和附图的详细描述中，本发明的这些
和其它特征和优点将是显而易见的。
附图的简要说明
图1图解说明了本发明一个实施例的部分示意图；
图2是图1中图解说明的实施例中使用的圆盘的正平视图；
图3图解说明了本发明另一实施例的部分示意图；
图4是本发明的另一实施例中使用的圆盘的正平视图；
图5是本发明的又一实施例中使用的圆盘的正平视图；
图6是在被测量的表面已被向上转动到水面上方之后，图5中所
示的圆盘的正平视图。
应当明白，附图并不需要按比例表示，有时，实施例由图形符号、
虚线、图示及局部视图图解表示。在某些情况下，省去了对于理解本
发明并非必需的，或者使其它细节难以领会的细节。当然，应当明白，
本发明并不必须局限于这里举例说明的特定实施例。
最佳实施例的详细描述
图1图解说明了根据本发明制造的，用于确定圆盘11上膜的形成
的设备10，其圆盘11浸入蓄液池13的流体12中。圆盘11安装在与
电机15相连的轴14上。当接收到来自控制器16的信号时，电机周
期性地转动轴14和圆盘11。
图2中进一步图解说明了圆盘11。在一个实施例中，圆盘11包
括第一表面17和第二表面18。第一表面17可设计成用于模拟容器13
的内表面19，或者暴露于流体12中的系统的另一表面。另一方面，
表面18可以设计成在其上抑制膜的形成的测试表面。因此，测试表
面18用作确定随后在表面17上累积的膜的数量的基准点。
在设备10的操作过程中，在把测试表面17浸入液体12中一段时
间之后，电机15转动圆盘11，从而使表面17位于荧光计23的探头
22的前面。荧光计23通过探头22发射强度和波长足以激发成膜微生
物的NAD(P)H或ATP或者其它荧光成分，并使之发射荧光辐射的光
辐射。于是，对于由流体12中存在的微生物而在圆盘11上所形成的
那些膜来说，通过探头22发射的辐射使NAD(P)H和ATP及其它荧
光成分发射荧光辐射。
发射的荧光辐射由探测器24探测，探测器24把信号回送给控制
器16。可把从探测器传输到控制器16的信号与通过辐照测试表面18
产生的另一信号进行比较。如前所述，和测试表面17相反，测试表
面18可用抑制在其上形成膜的材料制成。于是，在表面18被转动到
探头22的前面，并通过探头22发射的光辐照之后，表面18只发射
最少量的荧光辐射。该少量荧光辐射可能由悬浮在表面18上的水膜
中的微生物引起。辐射测试表面18产生的信号用作基准信号及与通
过辐照表面17所产生的信号相比较的基准点。另外，可通过机械、
液力或化学方式清洗测试表面18。
操作中，通过转动圆盘11，从而使表面17位于探头22的前面，
周期性地监测表面17上膜的形成。由探头22发射的辐射辐照表面17。
之后，由于微生物中存在NAD(P)H和/或ATP和/或其它化合物，微
生物发射荧光辐射，从而含有微生物的膜被探测。探测器24探测荧
光辐射，控制器16产生正比于由在表面17上形成的膜产生的荧光辐
射量的信号。随后，转动圆盘，对测试表面18重复该过程。比较这
两个信号，向操作员提供关于表面17上成膜程度的指示，表面17上
的成膜可归因于流体12中微生物的存在。
图2、4、5和6图解说明了可和本发明一起使用的圆盘11、11a、
11b和11c的代表性例子。具体地说，图2中图解说明了安装在中心
轴14上的圆盘11。圆盘11也包括两个表面17和18，其中一个表面
(18)用作测试表面。图4中图解说明了也包括中心轴的园盘11a，
但其每个表面17a，18a被分成四个独立的子区A、B、C和D。不同的
子区A、B、C和D用于模拟水系统的不同区域的物质。可分别地探测
表面17a的每个子区A、B、C和D，并与分别由测试表面18a的基准
子区A、B、C和D产生的相应基准信号进行比较。另外还要指出的是，
如图4中所示的圆盘11a处于表面17a已转动到探头22的前面的位
置。通常，表面17a被浸入水面12以下。
如图5和6中所示，可以偏心方式把圆盘11b安装在轴14a上。
如果如图4中所示，以位于中心的方式把圆盘11a安装在轴14上，
则在转动圆盘11a，待探测的区域，不论它是表面17a，还是基准表
面18a都将被探测。如果圆盘11b被偏心安装在轴14a上，则读数与
在光激发/发射通路上不存在圆盘的情况下获得的测量结果相比较。
具体地说，参见图5，圆盘11b已被转动到使表面17a浸入水面12以
下的位置。激发点22和发射测量点24均被布置在圆盘11b的表面18a
的上方。相反，如图6中所示，转动圆盘11b，以使激发点22和24
被布置在已向上转动到水面12上方的表面17a的后面。
图3中图解说明了本发明的另一实施例。在图3图解说明的设备
30中，被测试系统的主管道31包括沿箭头32所示方向流动的工业生
产液流。分流管道33为沿箭头34所示方向流动的采样液流提供通路。
分流管道33最好是透明的，以便探头36、37辐射的光可容易地透过
分流管道33。
在图3中图解所示的设备30中，提供了两个测试表面38、39。
不以任何方式处理测试表面38，也不使测试表面38具有一种特殊涂
层，于是，最终在表面38上开始形成膜41。相反，布置有表面39的
分流管道部分中提供清除机械装置42。清除器42与轴43相连，轴43
再与电机44连接。电机44周期性地转动轴43和清除器42，从而清
除分流管道38的表面39。随后按照和上面关于图1和2中图解所示
的设备10讨论的基准表面18相似的方式，清洁表面39被用作为基
准表面。
在图3所示的设备30中，荧光计45通过开关47与两个探头36、
37保持联系。类似地，控制器46 通过开关53与两个探测器51、52
保持联系。通过采用开关47、53，可只使用一个荧光计45和一个控
制器46。但是，对于探头36和37，可采用独立的荧光计，对于探测
器51、52，可采用独立的控制器。
操作中，通过开关47，辐射从荧光计45传输到探头36。随后，
该辐射透过透明的分流管道33到达在表面38上形成的膜41。在膜41
包括包括活性微生物的情况下，这些微生物中所含的NAD(P)H和/
或ATP和/或其它荧光成分将被激发，并将发射荧光辐射，该荧光辐
射将由探测器51探测。来自探测器51的信号通过开关53被传输给
控制器46。随后，荧光计发射的辐射通过开关47，并通过探头37到
达表面39，如前所述，表面39由清除器42保持清洁状态。
测试表面39上的流体膜所引起的少量荧光辐射由探测器52探测，
并通过开关53被传输到控制器46。探测器52也完全可能检测到无荧
光辐射，并向控制器46传输适当的零信号。随后，控制器46或者布
置在操作者面板54中的单独的控制器可比较探测器51、52产生的信
号，并可对表面38上成膜程度产生一个估计。打印机55可用于给出
测量结果，或者作为一种替换可配备监视器(图中未表示)。
可以预料图3中所示的设备30和图1中所示的设备10可容易地
被包含在已经装备或者还未装备成膜和监视设备的现有系统中。本发
明的设备和方法可用于补充现有的成膜和监视技术，能够区别由于矿
物、无机化合物或非活性有极化合物的结果形成的膜，和由于流体系
统中微生物的存在而形成的膜。
根据上述说明，显然已实现本发明的目的和优点。虽然只提出了
一些实施例，但是对于本领域的技术人员来说，根据上述说明，备选
实施例及各种修改将是显而易见的。这些及其它备选方案被认为是等
同的，并在本发明的精神和范围之内。