[發明專利]生物絮凝泥沙室內培養及觀測方法

無效

• 申請號: 201210139351.1
• 申請日: 2012-05-07
• 公開（公告）號: CN102706841A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 方紅衛;趙慧明;沈來新;劉培斌;何國建
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京市水利規劃設計研究院
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N33/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 李志東

技術領域

本發明涉及水利工程技術領域。具體地，本發明涉及生物絮凝泥沙室內培養及觀測方法。

背景技術

一定條件下，液體中的分散介質在各種原因（布朗運動、水流紊動、差速沉降等）引起的碰撞、接觸中，由于微觀作用力引起的顆粒粘結，稱之為絮凝（長程微觀力）或凝聚（短程微觀力）。其中，從宏觀角度看，可將絮凝分為有機絮凝、無機絮凝和生物絮凝三大類。絮凝是自然界中一個不容忽視的現象，在很多領域受到重視。粘性細顆粒泥沙的絮凝問題也是泥沙運動理論研究中一個重要而復雜的課題，陣流現象、漿河現象和揭河底現象等，均與粘性細顆粒泥沙的絮凝有密切關系。目前，相關的研究主要集中在各種有機絮凝和無機絮凝的形成機理、影響因素和結構特征等方面，而“生物絮凝”的概念大多應用于環境、化工、生物等領域，關于泥沙的生物絮凝現象研究尚少。其原因一是由于此現象為近一二十年才于水利泥沙研究中被發現并逐漸開展研究，二是因生物絮凝泥沙涉及礦物質和生物質兩種不同性質的物質，對其的觀測、研究等需要綜合考慮二者的特點，具有一定的復雜性，較難實現。

目前有關生物絮凝泥沙的研究，大多為野外實驗，通過現場取樣及檢驗分析等，獲得所需數據以進行進一步的研究。從實驗的對象來看，研究多以海岸線或河口附近的泥沙為主，對淡水環境中泥沙受生物膜影響的研究較少；從實驗的類型來看，目前觀測以實地采樣分析為主，而對顆粒在生物膜影響下進行長序列分組觀測的還較少；從實驗設計方面，很少有實驗將生物膜生長的基底物質的特性（如不同粒徑的泥沙）作為其中的一個考慮條件進行研究。野外實地采集的樣品性質受諸多不確定因素的影響較大，例如時間、空間、人類活動干擾、大型動物活動、風、浪等，因此由于對各種影響因素不能進行有效的管理和控制，野外實地采樣雖然能夠對當時當地的情況有所認識，得出定性的結論，卻不能進行控制各項因素突出重點的系統化研究。因此在天然水域中采集生物絮凝泥沙樣品往往會導致較大誤差，較難在不改變或干擾它們原始結構特征的情況下獲取生物絮凝泥沙樣品并及時對其進行相應的取樣分析，且自然條件下難以觀察泥沙上生長生物膜的整個過程。因此，需采用一定的模擬環境將生物絮凝泥沙的生長和形成過程在實驗室中通過實驗的方法實現，作為對其進行進一步研究的基礎。

此外，為準確了解生物絮凝泥沙的形成機理及結構特征等，首先應將水體環境中生物絮凝泥沙的微觀形貌可視化并對其絮凝結構進行分析，從而可為進一步的相關研究奠定基礎。生物絮凝泥沙本身泥沙顆粒尺度較小，為微米量級，且顆粒表面及顆粒之間均存在微生物代謝活動所產生的有機物質生物膜（主體成分為胞外聚合物），其85~90%的主要成分為水分。因此，要兼顧泥沙和微生物及其代謝產物兩者的特點，不能對其進行烘干、鍍炭等處理。傳統的泥沙研究方法對生物絮凝泥沙往往具有較大的局限性，需結合生物絮凝泥沙自身的特點及目前已有的儀器設備和觀測手段，尋找新的適合生物絮凝泥沙原位觀測的實驗方法。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種生物絮凝泥沙室內培養及觀測方法。

根據本發明的一個方面，本發明提供了一種生物絮凝泥沙室內培養及觀測方法。根據本發明的實施例，該方法包括以下步驟：按照每1升營養水樣6克沙樣的比例，用營養水樣浸泡沙樣，以便獲得混合物；對混合物中的水樣進行持續曝氣，以便獲得經過持續曝氣的混合物；使用新鮮的營養水樣更換經過持續曝氣的混合物的上清液，保持曝氣，并維持預定時間，以便獲得生物絮凝泥沙；利用環境掃描電子顯微鏡對生物絮凝泥沙進行原樣觀測，以便獲得生物絮凝泥沙的表觀形貌；以及利用激光掃描共聚焦顯微鏡對生物絮凝泥沙進行結構特性觀測，以便獲得生物絮凝泥沙的空間結構特性。

利用本發明的生物絮凝泥沙室內培養及觀測方法，能夠有效地模擬生物絮凝泥沙生長，在盡可能小或避免外界人為干擾的情況下培養生物絮凝泥沙，并且能夠準確有效地對所培養的生物絮凝泥沙進行表觀形貌和結構特性觀測，從而能夠有效地獲得生物絮凝泥沙的微觀形貌以及其生物量部分、礦物質部分和孔隙部分的空間結構及比例關系，進一步能夠為生物絮凝泥沙的形成機理及結構特征的深入研究提供基礎。此外，發明人驚奇地發現，本發明的生物絮凝泥沙室內培養及觀測方法，真實、客觀、易實現。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：