滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置及其应用.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103865757 A (43)申请公布日 2014.06.18 CN 103865757 A (21)申请号 201410105514.3 (22)申请日 2014.03.20 C12M 1/00(2006.01) A01G 25/02(2006.01) G01N 33/18(2006.01) (71)申请人 中国农业大学 地址 100094 北京市海淀区圆明园西路 2 号 (72)发明人 李云开 周博 王天志 吴乃阳 (74)专利代理机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245 代理人 关畅 (54) 发明名称 滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置及其应 用 (5。

2、7) 摘要 本发明公开了滴灌灌水器附生生物膜模拟培 养装置及其应用。本发明提供的滴灌灌水器附生 生物膜模拟培养装置， 包括密封贴合的上盖板、 下 垫板和位于二者间的中间流道板 ； 所述中间流道 板设有通孔流道， 该通孔流道的两端分别是与外 界相通的进水口和出水口 ； 流道类型和生物膜培 养单元的设置根据灌水器原型进行设计， 所述生 物膜培养单元包括若干个能拆卸的取样片。本发 明实现了室内可控条件下滴灌灌水器附生生物膜 的培养及取样和测试， 可以有效地解决灌水器内 部附生生物膜的快速培养、 生物膜动态生长过程 可视化及动态监测。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 。

3、5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103865757 A CN 103865757 A 1/2 页 2 1. 一种滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置， 其特征在于 ： 所述装置包括密封贴合的 上盖板、 下垫板和位于二者间的中间流道板 ； 所述中间流道板设有通孔流道， 该通孔流道的 两端分别是与外界相通的进水口和出水口 ； 所述通孔流道内壁上设有生物膜培养单元， 所 述生物膜培养单元包括若干个能拆卸的取样片。 2. 根据权利要求 1 所述的装置， 其特征在于 ： 所述通孔流道的两侧交错设置有若干梯 形。

4、凹槽， 每一侧每两相邻梯形凹槽的腰底边连接成一V形凸棱， 每一侧的各所述V形凸棱的 尖部， 分别对应另一侧所述梯形凹槽槽底中心 ； 所述梯形凹槽的内壁上设置有若干所述生 物膜培养单元。 3. 根据权利要求 2 所述的装置， 其特征在于 ： 设置在所述通孔流道一侧的所述生物膜 培养单元为正方形， 且位于远离所述 V 形凸棱的所述梯形凹槽槽底两侧的内壁上 ； 设置在 所述通孔流道另一侧的所述生物膜培养单元为长方形， 且位于所述 V 形凸棱尖部两侧的所 述梯形凹槽内壁上。 4. 根据权利要求 3 所述的装置， 其特征在于 ： 所述正方形生物膜培养单元的长占其所 在内壁长的 1/4-1/2 ； 所述长。

5、方形生物膜培养单元的长占其所在内壁长的 1/2-3/4。 5. 根据权利要求 1-4 中任一所述的装置， 其特征在于 ： 所述生物膜培养单元还包括金 属框架和设在其上的金属卡槽， 所述取样片与所述金属框架通过金属卡槽固定。 6. 根据权利要求 2-5 中任一所述的装置， 其特征在于 ： 所述内壁上均设有卡槽， 所述生 物膜培养单元通过所述卡槽固定在对应的所述内壁上。 7. 根据权利要求 1-6 中任一所述的装置， 其特征在于 ： 所述上盖板、 所述下垫板和所述中间流道板通过铆接紧密贴合， 且三个板的四边用胶 密封 ； 所述模拟培养装置的放大倍数为实际使用灌水器的 40-50 倍 ； 所述取样片。

6、采用黑色 PE 材料， 且粗糙度为实际使用灌水器的 PE 材料的 1.85-1.92 倍 ； 所述上盖板和所述下垫板均为透明有机玻璃板 ； 所述中间流道板采用不锈钢材料 ； 所述金属为不锈钢。 8. 一种检测灌水器滴灌时产生的生物膜特征组分的模拟系统， 包括水泵、 第一球阀、 第 二球阀、 第三球阀、 过滤器、 截止阀、 压力表、 若干个权利要求 1-7 任一所述的滴灌灌水器附 生生物膜模拟培养装置和水源。 9. 根据权利要求 8 所述的模拟系统， 其特征在于 ： 在所述水源的出口通过管路依次连 接所述水泵、 所述第一球阀、 所述过滤器、 所述截止阀和所述压力表， 在所述压力表出口的 管路分为。

7、并列的若干个之路， 每个支路上间隔设置两个第二球阀， 在所述两个第二球阀之 间设有权利要求 1-7 任一所述的滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置 ； 所有所述支路出口 合并为一路后， 通过所述第三球阀、 管路连接至所述水源进口 ； 在所述过滤器和所述截止阀 之间的管路设有另一支路， 所述另一支路通过另一第一球阀连接至所述水源进口。 10. 权利要求 1-7 中任一所述的装置或权利要求 8 或 9 所述的系统在检测灌水器使用 时产生的生物膜特征组分中的应用 ； 或一种检测灌水器中生物膜特征组分的方法， 包括如下步骤 ： 将用于灌溉的再生水流 权 利 要 求 书 CN 103865757 A 2 2。

8、/2 页 3 经权利要求 8 或 9 所述的系统， 收集取样片， 检测生物膜特征组分 ； 所述的系统中的滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置的工作压力为灌水器原型的 40-50 倍 ； 所述的系统中的滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置中再生水的流量为灌水器原型 的 10119.3-17677.7 倍 ； 所述生物膜特征组分为表面形貌、 干重、 胞外聚合物含量和 / 或磷脂脂肪酸含量。 权 利 要 求 书 CN 103865757 A 3 1/7 页 4 滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置及其应用 技术领域 0001 本发明涉及节水灌溉技术和环境微生物技术领域， 尤其涉及滴灌灌水器附生生物 膜模拟培养装。

9、置及其应用。 背景技术 0002 面对当前水资源严重紧缺的局势， 利用再生水、 地表微污染水、 高含沙水、 微咸水 等劣质水源回用灌溉已成为解决农业用水紧缺问题的有效途径之一。 但是劣质水源的水质 往往较差， 过量以及不恰当的使用劣质水源可能给环境甚至人类生活带来风险。滴灌技术 因其精量、 可控等优点被认为是劣质水源回用灌溉最可靠的方式之一， 但劣质水复杂的水 质条件使得灌水器发生堵塞的风险更大， 堵塞的机理也更为复杂。 0003 已有研究表明， 滴灌灌水器堵塞程度与其内部附生生物膜的动态生长过程密切相 关， 生物膜是由微生物群体 （细菌、 原生动物、 真菌等） 、 固体颗粒以及微生物分泌的胞。

10、外多 聚物等多物质构成的一个三维异质结构和功能整体， 结构和组分十分复杂。生物膜的形成 和生长是造成灌水器堵塞加剧的主要诱因， 不同阶段生物膜的生长特性存在明显差异。灌 水器内部附生生物膜生长过程及其对灌水器堵塞的影响一直是众多科研工作者关心的问 题。 实际上， 滴灌灌水器内部附生生物膜的形成和生长是灌水器流道类型、 滴灌水质、 温度、 营养物质供给、 水力学条件等多种因素综合影响下的结果， 很难加以区分和衡量。 尤其是流 道结构尺寸狭小且流态复杂， 灌水器内部附生生物膜动态生长过程及其对灌水器堵塞的影 响难以研究。 0004 目前滴灌灌水器附生生物膜的取样和测试主要依赖于滴灌系统原位试验， 。

11、难以获 得足够的样本， 且取样和测试的难度都比较大。 与此同时， 灌水器内部局域微观水动力学特 性对流道内附生生物膜的生长也有着显著影响， 使得灌水器内部生物膜也存在明显的空间 非均匀性， 因为流道狭小， 采用常规的取样方法， 难以反映灌水器内部局域生物膜的形成机 制以及堵塞的形成机理。因此， 急需开发一套灌水器内部附生生物膜快速培养装置及测试 分析方法。 发明内容 0005 本发明的一个目的是模拟实际使用的滴灌灌水器， 提供一种滴灌灌水器附生生物 膜模拟培养装置， 其为灌水器放大模型。 0006 本发明提供的滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置， 其包括密封贴合的上盖板 7、 下垫板 8、 位于。

12、二者间的中间流道板 9， 所述中间流道板设有通孔流道 12， 该通孔流道的两 端分别是与外界相通的进水口 10 和出水口 11， 所述通孔流道内壁上设有生物膜培养单元 14， 所述生物膜培养单元包括若干个能拆卸的取样片 15。 0007 上述通孔流道可以为图 3 所示的梯形锯齿形流道， 也可以为图 5 所示的流线形锯 齿形流道， 也可以为图 6 所示的矩形锯齿形流道， 也可以为图 7 所示的圆角锯齿形流道。 0008 以梯形锯齿形流道为例， 所述通孔流道的两侧交错设置有若干梯形凹槽 13， 每一 说 明 书 CN 103865757 A 4 2/7 页 5 侧每两相邻梯形凹槽的腰底边连接成一 。

13、V 形凸棱， 每一侧的各所述 V 形凸棱的尖部， 分别 对应另一侧所述梯形凹槽槽底中心 ； 所述梯形凹槽的内壁上设置有若干所述生物膜培养单 元。 0009 以该锯齿形流道为基础， 考虑到实际使用的灌水器流道尺寸较小， 以相关的水工 模型定律作为相似模拟的控制条件， 通过综合权衡计算流体力学 （CFD） 分析结果以及生物 膜取样需求， 本发明按比例扩大 40-50 倍制作灌水器放大模型。实际上， 根据相似模型放大 定律， 灌水器内部流体运动往往仅考虑重力和惯性力。 但是由于灌水器流道结构的复杂性， 水流流态一般为紊流， 边界层效应不是很显著， 粘滞力也不是促进水流运动主要作用力之 一。因此， 灌。

14、水器放大模型与灌水器原型要做到相似性， 只须满足以下关系 ： 0010 几何尺寸关系 ： l2/l1=40-50/1（l1为灌水器原型流道长度， l2为放大模型流道长 0011 度） ； 0012 w2/w1=40-50/1（w1为灌水器原型流道宽度， w2为放大模型流道 0013 宽度） ； 0014 d2/d1=40-50/1（d1为灌水器原型流道深度， d2为放大模型流道 0015 深度） ； 0016 工作压力关系 ： H2/H1=40-50/1（H1为灌水器原型工作压力， H2为放大模型工作 压力） ； 0017 糙率关系 ： n2/n1=(40-50)1/6/1=1.85-1.92。

15、/1（n1为灌水器原型糙率， n2为放大 模型糙率 ) ； 0018 流量关系 ： Q2/Q1=(40-50)2.5/1=10119.3-17677.7/1 （Q1为灌水器原型流量， Q2为 放大模型流量） 。 0019 由于上述条件， 因此上述装置中， 综合考虑计算流体力学 （CFD） 模拟结果和生物膜 取样测试的需求， 设置在所述通孔流道一侧的所述生物膜培养单元为正方形， 且位于远离 所述 V 形凸棱的所述梯形凹槽槽底两侧的内壁上， 其长占其所在内壁长的 1/4-1/2 ； 0020 设置在所述通孔流道另一侧的所述生物膜培养单元为长方形， 且位于所述 V 形凸 棱尖部两侧的所述梯形凹槽内壁。

16、上， 且长占其所在内壁长的 1/2-3/4。上述装置中， 所述生 物膜培养单元还包括金属框架 16 和设在其上的金属卡槽 17， 所述取样片与所述金属框架 通过金属卡槽固定， 以保证每个取样片可以固定在所述生物膜培养单元上 ； 为了固定生物 膜培养单元， 在流道底部均设有卡槽 18， 所述生物膜培养单元通过所述卡槽固定在对应的 内壁上 （即流道底部） 。 0021 在上述装置中， 所述上盖板、 所述下垫板和所述中间流道板通过铆接紧密贴合， 且 三个板的四边用胶密封， 具体的铆接方式可以采用螺钉 19， 胶为玻璃胶。 0022 为了使模型透明化， 便于观察， 所述上盖板和所述下垫板均为透明有机玻。

17、璃板 ； 0023 为了使生物膜培养模拟装置与实际使用的灌水器一致， 所述取样片采用黑色 PE 材料， 且粗糙度为实际使用灌水器的 PE 材料的 1.85-1.92 倍。所述中间流道板采用不锈 钢材料， 且装置中的金属采用不锈钢 ； 所述模拟培养装置的放大倍数为实际使用灌水器的 40-50 倍。 0024 本发明的另一个目的是提供一种检测灌水器滴灌时内部附生生物膜生长状态的 模拟系统。 说 明 书 CN 103865757 A 5 3/7 页 6 0025 本发明提供的系统， 包括水泵 1、 第一球阀 2.1、 第二球阀 2.2、 第三球阀 2.3、 过滤 器 3、 截止阀 4、 压力表 5、。

18、 若干个所述滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置 6 和水源 7。 0026 上述系统中， 在所述水源的出口通过管路依次连接所述水泵、 所述第一球阀、 所述 过滤器、 所述截止阀和所述压力表， 在所述压力表出口的管路分为并列的若干个之路， 每个 支路上间隔设置两个第二球阀， 在所述两个第二球阀之间设有所述的滴灌灌水器附生生物 膜模拟培养装置 ； 所有所述支路出口合并为一路后， 通过所述第三球阀、 管路连接至所述水 源进口 ； 在所述过滤器和所述截止阀之间的管路设有另一支路， 所述另一支路通过另一第 一球阀连接至所述水源进口。 0027 上述的装置或系统在检测模拟灌水器使用时产生的生物膜特征组分的取。

19、样和测 试方法也是本发明保护的范围。 0028 本发明的另一个目的是提供一种检测灌水器中生物膜特征组分的方法。 0029 本发明提供的方法， 包括如下步骤 ： 将用于灌溉的水源流经上述的装置或系统， 收 集取样片， 检测生物膜特征 ； 0030 上述方法中， 依据相似放大模型原理， 所述放大模型的初始流量为实际使用灌水 器的 10119.3-17677.7 倍。 0031 所述生物膜培养装置的工作压力为实际使用灌水器的 40-50 倍 ； 上述生物膜特征 包括表面形貌、 干重、 胞外聚合物含量和 / 或磷脂脂肪酸含量， 在本发明的实施例中， 表面 形貌具体通过平均厚度、 粗糙度、 峰值高度或表。

20、面展开面与投影面的面积比率体现。 0032 本发明实现了室内可控条件下滴灌灌水器附生生物膜的快速培养及取样和测试 方法， 可以有效地解决以下几个方面的问题且具有如下优点 ： 0033 （1） 室内可控条件下灌水器内部附生生物膜快速培养问题 ： 开发了一套室内可控 条件下的滴灌灌水器附生生物膜快速培养装置， 能够在不同水质、 不同环境条件、 不同位置 等因素影响下实现灌水器内部附生生物膜的快速培养， 功能多样 ； 0034 （2） 生物膜取样及测试方法问题 ： 系统地提出了滴灌灌水器内部单元段、 结构单元 附生生物膜微域取样样点布置以及取样方法， 提出了系统的生物膜组分测试方法 ； 0035 （。

21、3） 灌水器内部附生生物膜动态生长过程可视化问题 ： 本装置在室内进行， 可以有 效控制温度等环境条件， 借助透明材料和慢线切割技术实现了生物膜生长过程的可视化。 同时通过等比例放大模型模拟灌水器内部生物膜的生长条件， 并经过 CFD 模拟方法验证了 恒定压力下模型中水流状态与灌水器原型的相似性， 该装置运行可靠性较高 ； 解决了传统 灌水器流道尺寸狭小、 灌水器不透明的限制， 可以直观观察不同工况下灌水器内部附生生 物膜的动态生长过程， 同时大幅提升了取样精度和可靠性 ； 0036 （4） 灌水器内部附生生物膜取样困难的问题 ： 生物膜培养部分采用镶嵌式方形取 样模块设计， 并利用卡槽固定每。

22、块生物膜取样片， 保证生物膜培养过程中的稳定性以及取 样的便捷性。 0037 本发明的总体思路 ： 本发明根据水力学原理和计算流体力学计算方法， 提出了一 种基于透明灌水器放大模型的滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置， 实现了室内可控条件 下生物膜的快速培养， 根据取样片的大小和系统运行方式， 提出了生物膜取样样点布置及 取样方法， 建立了生物膜组分测试方法。 说 明 书 CN 103865757 A 6 4/7 页 7 附图说明 0038 图 1 为测试系统布置示意图 0039 图 2 为滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置示意图 0040 图 3 为齿状结构单元中的生物膜培养单元布置示意图 00。

23、41 图 4 为生物膜测试流程图 0042 图 5 为流线形锯齿形流道 0043 图 6 为矩形锯齿形流道 0044 图 7 为圆角锯齿形流道 具体实施方式 0045 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明， 均为常规方法。 0046 下述实施例中所用的材料、 试剂等， 如无特殊说明， 均可从商业途径得到。 0047 实施例 1、 滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置及测试系统布置 0048 本试验选取 Netafim 公司一种齿形流道灌水器作为灌水器原型， 等比例放大 40 倍。灌水器放大模型原型采用锯齿形流道， 流道长度为 60.6mm， 宽度和深度都为 1.0mm， 齿 高 1.3mm， 。

24、齿间距 2.2mm， 齿转角 116.5。 0049 滴灌灌水器内部附生生物膜培养的测试系统如图 1 所示， 包括水泵 1、 第一球阀 2.1、 第二球阀 2.2、 第三球阀 2.3、 过滤器 3、 截止阀 4、 压力表 5、 8 套滴灌灌水器附生生物膜 模拟培养装置6和水源7。 在水源的出口通过管路依次连接水泵、 第一球阀、 过滤器、 截止阀 和压力表， 在压力表出口的管路分为并列的若干个之路， 每个支路上间隔设置两个第二球 阀， 在两个第二球阀之间设有的滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置 ； 所有支路出口合并 为一路后， 通过第三球阀、 管路连接至水源进口 ； 在过滤器和截止阀之间的管路设有。

25、另一支 路， 另一支路通过另一第一球阀连接至水源进口。 0050 该系统使用扬程400m的水泵1进行供水 ； 调整阀门2.1即可利用分流原理控制系 统工作压力， 通过压力表5确定工作压力 ； 过滤器3使用120目叠片式过滤器 ； 调整阀门2.2 来控制供给滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置 6 的水源， 滴灌灌水器附生生物膜模拟培 养装置取样后关闭阀门 2.2 后重新调压即可 ； 系统每天重新启动后必须调整工作压力。 0051 依据相似模型放大定律， 每套滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置 6 的放大倍数 为实际使用灌水器的 40 倍， 结构如图 2 所示， 其包括紧密贴合的上盖板 7、 下垫板 。

26、8、 位于二 者间的中间流道板 9， 为了使模型透明化， 便于观察， 所述上盖板和所述下垫板均为透明有 机玻璃板 ； 中间流道板采用不锈钢材料 ； 三个板分别加工后再进行组合， 将每个板的两个 长边均每隔 5cm 打一个孔， 以实现用螺钉 19 铆接使三板之间紧密贴合， 边缘处使用玻璃胶 密封。 中间流道板设有通孔流道12， 该通孔流道的两端分别是与外界相通的进水口10和出 水口 11 ； 进水口和出水口之外通过 PVC 管件进行连接。该模型采用梯形锯齿形流道原型进 行方法， 流道放大模型的两侧交错设置有 12 个梯形凹槽 13。 0052 如图3所示， 每一侧每两相邻梯形凹槽的腰底边连接成一。

27、V形凸棱， 每一侧的各所 述 V 形凸棱的尖部， 分别对应另一侧所述梯形凹槽槽底中心 ； 所述梯形凹槽的内壁上设置 有若干所述生物膜培养单元 14（1#-4#） ， 生物膜培养单元包括 4 个能拆卸的取样片 15。 0053 根据计算流体力学 （CFD） 模拟的放大模型流道压力分布结果以及生物膜取样测试 说 明 书 CN 103865757 A 7 5/7 页 8 需求， 将生物膜培养单元分成两种， 一种为 22 正方形生物膜培养单元， 另一种为 14 长 方形生物膜培养单元。 0054 具体设置在通孔流道一侧的生物膜培养单元为正方形 （4#为迎水区、 3#为背水 区） ， 且位于远离 V 形。

28、凸棱的所述梯形凹槽槽底两侧的内壁上， 其长占其所在内壁长的 1/4-1/2 ； 设置在通孔流道另一侧的所述生物膜培养单元为长方形 （2#为背水区， 1#为迎水 区） ， 且位于 V 形凸棱尖部两侧的梯形凹槽内壁上 ； ， 且长占其所在内壁长的 1/2-3/4。 0055 每个生物膜培养单元包括4个取样片15、 不锈钢框架16和设在其上的不锈钢卡槽 17， 其中， 每个取样片均为1cm1cm的正方形取样片， 使用黑色的PE材料， 粗糙度为灌水器 原型的 1.85 倍。上述取样片与不锈钢框架通过不锈钢卡槽固定， 以保证每个取样片可以固 定在生物膜培养单元上 ； 为了固定生物膜培养单元， 在流道底部。

29、均设有卡槽 18 （方型槽） ， 生 物膜培养单元通过方型槽固定在对应的内壁上 （即流道底部） 。 0056 实施例 2、 滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置检测生物膜的方法 0057 1、 取样 0058 本实例旨在测试再生水滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置生物膜特征组分 （干 重、 胞外聚合物和磷脂脂肪酸） 的动态生长过程。 0059 使用再生水进行试验， 再生水取自北京市昌平区北七家镇污水处理厂， 该污水处 理厂位于北京市昌平区北七家镇境内， 污水处理工艺为周期循环式活性污泥法 （Cyclic Activated Sludge System， CASS） 。 研究不同阶段再生水滴灌灌水器附。

30、生生物膜组分变化， 摸清附生生物膜特征组分动态变化特征。 0060 将再生水水储存在储水桶中为系统提供水源， 使用水泵供水， 保持压力恒定为 4MPa， 为实际使用灌水器时的 40 倍， 且保证初始流量为实际使用灌水器时的 10119.3 倍。 0061 系统运行后滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置每天 8:00-20:00 运行 12 小时。 再生水水源经过分流后直接进入 8 套滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置的并联系统， 同 时从进水口进入。通水后， 在灌水器每个结构单元的 4 个生物膜培养点位 （即 1#迎水区、 2# 背水区、 3#背水区和 4#迎水区） 观测生物膜的特征组分的生长情况，。

31、 多余的水经过回路后回 到储水桶中。 经过一段时间的培养， 在灌水器放大模型表面能明显看到附生生物膜的生长。 0062 在系统分别累积运行 268h， 420h， 620h， 740h， 884h， 988h， 1040h， 1212h 时， 灌水器 放大模型的流量分别达到初始流量的 90%、 80%、 75%、 60%、 50%、 25%、 20% 和 0。在上述每个 时间点进行生物膜取样， 每次取样时取 1 套灌水器放大模型， 并取出每个位点的培养单元 （1#-4#取样片） 。 分别将各个培养单元加入15mL去离子水后置于超声波清洗器中脱膜处理， 然后取出灌水器， 将所得含有不溶物的液体分。

32、别用于干重、 胞外聚合物 （EPS） 和磷脂脂肪酸 （PLFAs） 的测试。 0063 2、 检测附生生物膜特征组分 0064 检测附生生物膜特征组分流程图如图 4 所示。 0065 对于每次取样， 每套滴灌灌水器附生生物膜模拟培养装置的每一个生物膜培养单 元的 4 个取样片按以下步骤进行测试 ： 表面形貌测试使用 1#取样片进行， 测试完之后脱膜 处理， 通过质量差确定生物膜干重 ； 生物膜 PLFAs 和 EPS 分别取 2-4#取样片的 1/2 进行测 试， 取三者的平均值的 2 倍作为放大模型生物膜 PLFAs和 EPS 含量。 0066 生物膜干重、 PLFAs 和 EPS 的含量，。

33、 根据放大模型与灌水器原型的比例进行换算， 说 明 书 CN 103865757 A 8 6/7 页 9 具体方法为 ： 对于长为l1， 宽为w1的灌水器流道原型， 放大模型取样片面积为A0（即l2w2） ， 则 0067 灌水器原型生物膜组分含量 = 放大模型生物膜组分含量 （l1w1） /A0 0068 = 放大模型生物膜组分含量 k 0069 生物膜测试内容具体如下 ： 0070 1） 表面形貌 ： 生物膜的表面形貌特征包括生物膜表面的粗糙度、 厚度、 覆盖率等微 观特征， 是生物膜在水力条件、 时间、 温度、 水质等多重因素的共同影响下的整体体现， 有望 成为一种能较好地反映生物膜的形。

34、成态势及其对滴灌系统堵塞影响的综合指标。生物膜 的表面形貌可以通过三维白光干涉形貌仪 （型号 ： Micro-XPM） 进行测试， 测试样品大小为 0.3cm0.3cm， 物镜为 50， 测试范围为 128173m 的矩形区域 ； 并使用配套的 SPIP 软 件进行分析， 得到生物膜的平均厚度 （Sd） 、 平均粗糙度 （Sq） 、 峰值高度 （Sy） 、 表面展开面与 投影面的面积比率 （Sdr） 等参数。 0071 2） 干重 ： 固体颗粒是滴灌灌水器堵塞物质 （即附生生物膜） 的主要组分， 灌水器 附生生物膜干重是灌水器内部堵塞干物质量的总体表现， 直接反映了堵塞物质中的物理作 用。 用。

35、高精度电子天平测量1#取样片的重量， 然后将各取样片分别装入自封袋中， 加入15mL 去离子水后置于超声波清洗器中脱膜处理， 取出后置于烘箱中 60恒温烘干， 再称量取样 片， 则取样片的初始重量和经过脱膜、 烘干后的重量之差即为取样片生物膜干重。 取样片干 重的平均值乘以 k 作为灌水器原型生物膜干重的测试结果。 0072 3） 胞外聚合物 （EPS） ： 胞外聚合物是微生物的生长过程中分泌出的粘性物质， 凝胶 状的胞外聚合物首先附着在水环境中各种基质的表面， 并借此不断吸附水中的微生物、 颗 粒物等物质， 使生物膜不断生长。 0073 将各取样片分别装入自封袋中， 加入 30mL 去离子水。

36、后置于超声波清洗器中脱 膜处理， 然后取出取样片， 将所得含有不溶物的液体 15mL 采用 12000r/min 离心 15min 后将 悬浮物收集到 1.5mL 离心管中， 用无菌水重悬 ； 0074 制备多糖标准曲线 ： 在0.1mL的悬浮物中加入1mL6%的苯酚和5mL浓硫酸溶液， 室温静置 30min， 采用分光光度计 UV-1100 于 490nm 波长测定光密度值， 使用 BSA 标准品以 葡萄糖制作标准曲线 ； 0075 制备蛋白质标准曲线 ： 配置试剂 A（143mmol/L 的 NaOH 和 270mmol/L 的 Na2CO3 混合液） 、 试剂 B（将试剂 A 与 57m。

37、mol/L 的 CuSO4溶液、 124mmol/L 的 Na-tatrate 按照体积 比 100:1:1 混合） ， 然后在 0.5mL 样品中依次加入 0.7mL 试剂 B、 0.1mL 的福林溶液 （采用无 菌水稀释， V:V=5:6） 后， 混合后室温振荡 45min， 采用分光光度计 UV-1100 于 750nm 波长处 测定光密度值， 使用 BSA 标准品以小牛血清白蛋白制作标准曲线 ； 0076 数值计算 ： 根据标准品制作出标准曲线， 通过 Excel 计算出回归线及相关系数， 相关系数大于 0.99 方可进行样品测定， 根据标准曲线计算出的回归方程， 将光度值带入方 程即。

38、可换算出胞外多糖和胞外蛋白的含量， EPS 的含量为两者之和。取 2-4#这 3 个取样片 EPS 含量的平均值乘以 2k 作为灌水器原型生物膜 EPS 含量的测试结果。 0077 4） 磷脂脂肪酸 （PLFAs） ： 微生物的数量及其分泌的胞外聚合物是生物膜生长的基 础， 将直接影响灌水器内部附生生物膜的生长及累积情况， 微生物的数量和群落结构在生 物膜形成和生长过程中都具有举足轻重的作用。 说 明 书 CN 103865757 A 9 7/7 页 10 0078 微生物 PLFAs 的提取 ： 取 2-4#取样片剩余的 15mL 液体与氯仿、 甲醇和磷酸缓冲 液的混合液 （V ： V ： 。

39、V=1 ： 2 ： 0.8） 35mL 混合， 避光振荡提取 2-4h， 在离心机中以 7000r/min 的 转速离心 15min， 取上清液， 转移到分液漏斗中， 再加入 10mL 磷酸缓冲液和 10mL 氯仿， 室温 下避光分离 2-4h， 收集下层的氯仿相， 氮气吹干 ； 0079 纯化 ： 将硅胶在烘箱中 100活化 1h， 分别用 15mL 的氯仿、 30mL 的丙酮和 15mL 的甲醇溶剂在硅胶柱中洗脱， 收集甲醇洗液， 氮气吹干 ； 0080 甲酯化 ： 加入 1mL 的甲醇 ： 甲苯 （V ： V=1 ： 1） 和 1mL 的 0.56% （w/v） KOH 的干甲醇， 置于。

40、 35条件下反应 30min， 冷却至室温， 然后加入醋酸中和， 再加入有机溶剂氯仿与正己 烷 （V ： V=1 ： 4） 2mL 和适量超纯水后静置分层， 最后取上清液 （正己烷相） ， 氮气吹干， 在 -20 的条件下下贮存或直接进行检测 ； 0081 质谱测定 （GC-MS） ： 将上述提取物溶解在含有 33g/mL 的正 19 烷脂肪酸甲酯 （Nonadecanoic acid methyl ester） 内标物的氯仿 ： 正己烷 （V ： V=1 ： 4） 溶剂中。本试验使 用 HP6890 气相色谱 -HP5973 质谱联用仪， 气谱与质谱之间的连接温度是 280， 用高纯氦 气 。

41、（1mL/min） 作为载气， 该质谱仪采用的是电子电离 （EI） 方式， 电子能量是 70eV。进行 生物量评估， 并取 3 个取样片 PLFAs 含量的平均值乘以 2k 作为灌水器原型生物膜 PLFAs 含 量的测试结果。 说 明 书 CN 103865757 A 10 1/5 页 11 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103865757 A 11 2/5 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 103865757 A 12 3/5 页 13 图 4 说 明 书 附 图 CN 103865757 A 13 4/5 页 14 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103865757 A 14 5/5 页 15 图 7 说 明 书 附 图 CN 103865757 A 15 。