[发明专利]一种微生物水动力学实验装置

说明书

技术领域

本发明属于微生物水动力学模拟实验设备，具体的涉及一种用于动水中藻 类聚集模拟实验，并能够产生循环水平剪切流的微生物水动力学实验装置。

背景技术

水华(Algal Blooms)指淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是 水体富营养化的一种特征，主要由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的废 污水进入水体后，蓝藻、绿藻、硅藻等大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一 种现象。近年来，我国很多地区，例如太湖、滇池、巢湖、洪泽湖、三峡库区 的支流，都爆发了大规模、高强度的“水华”现象。“水华”作为一种生态灾害， 对公众健康与社会经济发展带来了诸多危害，包括威胁居民的饮用水安全，增 加水质处理成本；释放生物毒素，通过食物链引发鱼类、动物以及公众的多级 中毒；大量消耗溶解氧，使鱼、虾等水生物缺氧死亡，破坏水产养殖业；散发 恶臭，损害旅游、观光产业的发展。“水华”已成为我国当前以及今后很长一段 时期所关注的重大水环境问题，是国家水污染控制与治理的重点关注问题。

藻类聚集的水力学模拟实验装置是研究湖泊、水库、河道等环境水体中“水 华”生消演变过程的重要硬件平台，对明确“水华”形成的水动力机理，建立 高效的“水华”预防、控制与治理措施具有重要意义，是水利、环境、生态等 科研机构一直关注的重点。当前模拟藻类聚集的实验装置主要用于反映温度、 光照、营养盐对水华的影响，仅适用于静水这种理想的水动力条件。然而，实 际情况中发生“水华”的水动力条件多为动水条件，比如湖、库、湾的风生流， 库区主流与支流温差引起的异重流，河道的自然流动等。动水环境与静水环境 下的水流形态存在重要差异，主要体现在两方面：一是动水条件下的水流多为 湍流流态，而静水条件为非湍流流态；二是动水条件下水流具有明显的速度分 布特征。现有的藻类聚集模拟实验装置无法反映动水的特征物理量，比如时均 速度梯度、湍动能、湍动耗散率，对藻类聚集的影响，进而无法真实模拟动水 环境中“水华”的形成过程与特征规律。因此，利用能模拟异重流条件的实验 装置，来研究藻类聚集规律，对理解动水条件下“水华”形成演变的水动力机 理，构建科学合理的“水华”预防、控制与治理措施具有重要意义，也是当前 环境与生态水力学领域研究亟待解决的关键问题。

目前模拟剪切流的试验装置有多种，例如长水槽抽离隔板式剪切流产生装 置，长水槽逆向供水式剪切流试验装置，皮带轮逆向运动剪切流产生装置等等。 上述装置作为垂向剪切流的试验装置已在相关研究中得到广泛应用。这类装置 通常只能产生垂向剪切流，需要两种密度不同的水体，装置本身对试验水体造 成扰动，水体稳定性差，并且不利于长时间稳定地循环运行。

发明内容

本发明提供了一种结构设计合理、模拟环境真实的微生物水动力学实验装 置，该实验装置能在环形水槽的中心环面产生持续稳定的剪切流。采用本实验 装置能实现长时间循环运行的水平剪切流水力学条件，该试验装置不对水体产 生扰动，稳定性好，并且无需配置不同密度的水体，也不会在运行过程中对水 体中的微生物产生伤害。

本发明所采用的技术方案如下：

一种微生物水动力学实验装置，其特征在于所述实验装置包括由两筒型结 构的内筒、外筒同心设置构成的环形结构水槽，该水槽内承载实验流体；所述 内筒和外筒由驱动装置绕所述同心的圆点驱动进行逆方向的转动设置。

具体的讲，所述内筒和外筒为透明材料构成的圆筒，其底部装配在一底板 上并形成动水密封结构。

一实施方式中，所述底板为刚性底板，该底板上开设有与所述内筒和外筒 下边缘相配合的凹槽，内筒和外筒下边缘装配在该凹槽内并与凹槽间设置有水 动密封装置。

一实施方式中，所述水动密封装置为弹性的高分子密封胶条，所述内筒和 外筒的下边缘为圆弧形结构。

另一实施方式中，所述驱动装置为驱动电机，所述驱动电机设置在所述内 筒和外筒的中轴线上。

一实施方式中，所述驱动装置设置在外筒外部设置的固定支架上，一固定 支架位于所述外筒的上部并固定一外筒的驱动装置；另一固定支架位于所述内 筒的下部并固定一内筒的驱动装置。

再一实施方式中，所述外筒的驱动装置驱动连接一外筒导力板，该外筒导 力板径向连接所述外筒的上部筒壁。

一实施方式中，所述内筒的驱动装置驱动连接一内筒导力板，该内筒导力 板径向连接所述内筒的下部筒壁。

一实施方式中，所述实验装置进一步包括一基座，所述底板支撑固定于所 述基座上，所述固定支架也固定连接在该基座上。