一种模拟生物硫酸盐形成的装置以及实验方法与流程

本发明属于建筑实验设备技术领域，特别是涉及一种模拟生物硫酸盐形成的装置以及实验方法。

背景技术：

混凝土的耐腐蚀性是反映混凝土耐久性的重要指标之一，它关系到混凝土构筑物的使用寿命。通常所说的混凝土腐蚀一般是指化学介质腐蚀。混凝土抗化学介质侵蚀的能力一般要低于其它形式的腐蚀。上个世纪，众多学者对混凝土受化学介质侵蚀做了大量的研究工作，基本查明了各因素的影响规律，但是腐蚀介质主要限于无机酸、碱、盐及有机酸等介质，没有涉及微生物对混凝土的影响。

目前，国内外大量研究集中于自来水管道、污水处理厂、江河湖泊以及海水中微生物对金属表面的腐蚀，而混凝土构筑物的大量建造使微生物矿化形成的生物硫酸盐对混凝土的腐蚀问题慢慢得到重视，该问题亟待解决。

1988年上海开展治理苏州河及其支流的污染，改善水质工程，提出混凝土管防污水侵蚀的问题，其中包括微生物腐蚀。上海建筑科学研究院做了探索性的研究，苏州混凝土水泥制品研究院也曾对混凝士排水管的腐蚀状况进行过调查。但是截止至目前，建筑领域内仍没有有效探究微生物矿化形成的生物硫酸盐对混凝土腐蚀特性的实验方法。硫酸盐本身就具有腐蚀混凝土的特性，那么生物硫酸盐是不是也具有相同的特性，或者更加具有腐蚀性呢？目前实验领域没有对模拟生物硫酸盐形成设计的专用设备。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中无模拟生物硫酸盐形成设计的专用设备的技术空白的技术问题而提供一种模拟生物硫酸盐形成的装置。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种模拟生物硫酸盐形成的装置，其特征在于：包括氮气提供装置、氧气提供装置、第一微生物反应仓、第二微生物反应仓、硫酸盐还原菌菌液提供容器、硫氧化细菌菌液提供容器、第一气体检测收集装置、第二气体检测收集装置；

所述第一微生物反应仓和第二微生物反应仓通过第三气体导管连通，所述第三气体导管上串联第一截止阀，所述第一微生物反应仓内安装有第一气体浓度报警器，所述第二微生物反应仓内安装有第二气体浓度报警器，所述第一微生物反应仓和第二微生物反应仓内均安装有造浪机；

所述氮气提供装置通过第一气体导管与所述第一微生物反应仓连通，所述第一气体导管上串联由所述第一气体浓度报警器控制的第一电磁阀；

所述氧气提供装置通过第二气体导管与所述第二微生物反应仓连通，所述第二气体导管上串联由所述第二气体浓度报警器控制的第二电磁阀；

所述硫酸盐还原菌菌液提供容器与所述第一微生物反应仓通过第一液体导管连通，所述第一液体导管上串联第一蠕动泵；

硫氧化细菌菌液提供容器与所述第二微生物反应仓通过第二液体导管连通，所述第二液体导管上串联第二蠕动泵；

所述第一气体检测收集装置包括第一气体收集瓶、第一溶液盛放瓶、所述第一气体收集瓶、第一溶液盛放瓶之间通过第三液体导管连通，所述第一气体收集瓶与所述第一微生物反应仓通过第四气体导管连通，所述第四气体导管上串联第二截止阀，所述第一气体收集瓶内设有第三气体浓度报警器；

所述第二气体检测收集装置包括第二气体收集瓶、第二溶液盛放瓶、所述第二气体收集瓶、第二溶液盛放瓶之间通过第四液体导管连通，所述第二气体收集瓶与所述第二微生物反应仓通过第五气体导管连通，所述第五气体导管上串联第三截止阀，所述第二气体收集瓶内设有第四气体浓度报警器。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述第一微生物反应仓和第二微生物反应仓为密闭的、上下分别带有密封螺栓和密封螺母的圆柱形仓体，所述第一微生物反应仓设于第二微生物反应仓之上，且第一微生物反应仓下部的密封螺母与第二微生物反应仓上部的密封螺栓连接。

利用本装置模拟生物硫酸盐形成的实验方法

a)制备硫酸盐还原菌菌液：

将硫酸盐还原菌接种到培养基中，培养基每升含有0.4～0.6g的磷酸氢二钾、0.8～1.0g的氯化铵、0.4～0.5g的硫酸钠、3.2～3.5g的乳酸钠、18.0～20.0g硫酸镁、0.09～0.11g的氯化钙、0.8～1.0g的酵母粉、0.08～0.1g的维生素C、0.08～0.1g的六水合硫酸亚铁胺；将上述培养基在酸碱度6～8、温度25～35℃放置厌氧培养箱中培养2～3天，得到硫酸盐还原菌菌液；

b)制备硫氧化细菌菌液：

将硫氧化细菌接种到培养基中，培养基每升含有1.0～1.2g的磷酸氢二钠、1.8～2.0g的磷酸二氢钾、0.08～0.1g的氯化镁、0.08～0.1g的氯化铵、0.02～0.03g的氯化钙、0.01～0.03g的氯化铁、0.01～0.03g的氯化镁、9.0～11.0g的硫代硫酸钠，将上述培养基在酸碱度6～8、温度25～35℃的环境下以转速160～180r/min搅拌培养2～3天，得到硫氧化细菌菌液；

c)在氮气提供装置中装入N₂气体，在氧气提供装置中装入O₂气体；

d)将步骤(a)制得的所述硫酸盐还原菌菌液装入所述硫酸盐还原菌菌液提供容器中，将步骤(b)制得的所述硫氧化细菌菌液装入所述硫氧化细菌菌液提供容器中，第一蠕动泵将硫酸盐还原菌菌液泵入所述第一微生物反应仓，第二蠕动泵将硫氧化细菌菌液泵入所述第二微生物反应仓；打开所述第一电磁阀，将步骤(c)制得的N2气体提前充满所述泵有所述硫酸盐还原菌菌液的第一微生物反应仓；将步骤(c)制得的O₂气体充入所述泵有所述硫氧化细菌菌液的第二微生物反应仓，保持正常的空气含氧量，所述第二气体浓度检测报警器控制与其相连的第二电磁阀关闭，O₂气体停止向所述第二微生物反应仓充入；

打开第二截止阀和第三截止阀，关闭所述第一微生物反应仓通向所述第二微生物反应仓的第一截止阀。当所述第一气体检测收集装置、第二气体检测收集装置中的所述第三气体浓度报警器、第四气体浓度报警器出现示数时，关闭通向第一气体检测收集装置、第二气体检测收集装置的第二截止阀和第三截止阀；

打开所述第一微生物反应仓通向所述第二微生物反应仓的第一截止阀，当所述述第二微生物反应仓中的H₂S气体浓度达到10～30ppm时，所述第二气体浓度报警器报警并关闭第一截止阀，H₂S气体停止向所述第二微生物反应仓充入，打开第二截止阀和第三截止阀收集多余的H₂S气体。在所述第二微生物反应仓内生成生物硫酸盐。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明可以填补现有技术中无模拟生物硫酸盐形成的专用装置的技术空白，为技术人员进一步了解生物硫酸盐的形成过程提供了专用的实验装置。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、氮气提供装置；2、氧气提供装置；3、第一微生物反应仓；4、第二微生物反应仓；5、硫酸盐还原菌菌液提供容器；6、硫氧化细菌菌液提供容器；7、第一气体检测收集装置；7-1、第一气体收集瓶；7-2、第一溶液盛放瓶；7-3、第三液体导管；7-4、第三气体浓度报警器；8、第二气体检测收集装置；8-1、第二气体收集瓶；8-2、第二溶液盛放瓶；8-3、第四液体导管；8-4、第四气体浓度报警器；9、第三气体导管；10、第一截止阀；11、第一气体浓度报警器；12、第二气体浓度报警器；13、造浪机；14、第一气体导管；15、第一电磁阀；16、第二电磁阀；17、第一液体导管；18、第一蠕动泵；19、第二液体导管；20、第四气体导管；21、第二截止阀；22、第五气体导管；23、第三截止阀；24、第二气体导管；25、第二蠕动泵。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，一种模拟生物硫酸盐形成的装置，包括氮气提供装置1、氧气提供装置2、第一微生物反应仓3、第二微生物反应仓4、硫酸盐还原菌菌液提供容器5、硫氧化细菌菌液提供容器6、第一气体检测收集装置7、第二气体检测收集装置8。

所述第一微生物反应仓2和第二微生物反应仓3通过第三气体导管9连通，所述第三气体导管9上串联第一截止阀10，所述第一微生物反应仓3内安装有第一气体浓度报警器11，所述第二微生物反应仓4内安装有第二气体浓度报警器12，所述第一微生物反应仓3和第二微生物反应仓4内均安装有造浪机13。第一气体浓度报警器11和第二气体浓度报警器12分别用于检测所述第一微生物反应仓3和第二微生物反应仓4内的气体浓度。所述造浪机13用于保持所述第一微生物反应仓3和第二微生物反应仓4内介质溶液的活动性。

所述氮气提供装置1通过第一气体导管14与所述第一微生物反应仓3连通，所述第一气体导管14上串联由所述第一气体浓度报警器11控制的第一电磁阀15。所述氧气提供装置2通过第二气体导管24与所述第二微生物反应仓4连通，所述第二气体导管24上串联由所述第二气体浓度报警器12控制的第二电磁阀16。上述氮气提供装置1和氧气提供装置2为气体发生容器。

所述硫酸盐还原菌菌液提供容器5与所述第一微生物反应仓3通过第一液体导管17连通，所述第一液体导管17上串联第一蠕动泵18；硫氧化细菌菌液提供容器6与所述第二微生物反应仓4通过第二液体导管19连通，所述第二液体导管19上串联第二蠕动泵25。

所述第一气体检测收集装置7包括第一气体收集瓶7-1、第一溶液盛放瓶7-2、所述第一气体收集瓶7-1、第一溶液盛放瓶7-2之间通过第三液体导管7-3连通，所述第一气体收集瓶7-1与所述第一微生物反应仓3通过第四气体导管20连通，所述第四气体导管20上串联第二截止阀21，所述第一气体收集瓶7-1内设有第三气体浓度报警器7-4。所述第二气体检测收集装置8包括第二气体收集瓶8-1、第二溶液盛放瓶8-2、所述第二气体收集瓶8-1、第二溶液盛放瓶8-2之间通过第四液体导管8-3连通，所述第二气体收集瓶8-1与所述第二微生物反应仓4通过第五气体导管22连通，所述第五气体导管22上串联第三截止阀23，所述第二气体收集瓶8-1内设有第四气体浓度报警器8-4。所述第一气体收集瓶7-2、第二气体收集瓶8-2上带有刻度。

所述第一微生物反应仓3和第二微生物反应仓4为密闭的、上下分别带有密封螺栓和密封螺母的圆柱形仓体，所述第一微生物反应仓3设于第二微生物反应仓4之上，且第一微生物反应仓3下部的密封螺母与第二微生物反应仓4上部的密封螺栓连接。本实施例中，第一微生物反应仓3和第二微生物反应仓4之间通过两条第三气体导管9连通，每条气体导管上均串联有第一截止阀。第一气体导管14、第二气体导管24、第三气体导管9、第四气体导管20、第五气体导管22采用耐腐蚀材料制成。

利用本装置模拟生物硫酸盐形成的实验方法如下：

a)制备硫酸盐还原菌菌液：

将硫酸盐还原菌接种到培养基中，培养基每升含有0.4～0.6g的磷酸氢二钾、0.8～1.0g的氯化铵、0.4～0.5g的硫酸钠、3.2～3.5g的乳酸钠、18.0～20.0g硫酸镁、0.09～0.11g的氯化钙、0.8～1.0g的酵母粉、0.08～0.1g的维生素C、0.08～0.1g的六水合硫酸亚铁胺；将上述培养基在酸碱度6～8、温度25～35℃放置厌氧培养箱中培养2～3天，得到硫酸盐还原菌菌液。

b)制备硫氧化细菌菌液：

将硫氧化细菌接种到培养基中，培养基每升含有1.0～1.2g的磷酸氢二钠、1.8～2.0g的磷酸二氢钾、0.08～0.1g的氯化镁、0.08～0.1g的氯化铵、0.02～0.03g的氯化钙、0.01～0.03g的氯化铁、0.01～0.03g的氯化镁、9.0～11.0g的硫代硫酸钠，将上述培养基在酸碱度6～8、温度25～35℃的环境下以转速160～180r/min搅拌培养2～3天，得到硫氧化细菌菌液；

c)在氮气提供装置1中装入N₂气体，在氧气提供装置2中装入O₂气体。

d)将步骤(a)制得的所述硫酸盐还原菌菌液装入所述硫酸盐还原菌菌液提供容器5中，将步骤(b)制得的所述硫氧化细菌菌液装入所述硫氧化细菌菌液提供容器6中，第一蠕动泵18将硫酸盐还原菌菌液泵入所述第一微生物反应仓3，第二蠕动泵25将硫氧化细菌菌液泵入所述第二微生物反应仓4；打开所述第一电磁阀15，将步骤(c)制得的N₂气体提前充满所述泵有硫酸盐还原菌菌液的第一微生物反应仓3；将步骤(c)制得的O₂气体充入所述泵有所述硫氧化细菌菌液的第二微生物反应仓4，保持正常的空气含氧量，所述第二气体浓度检测报警器12控制与其相连的第二电磁阀16关闭，O₂气体停止向所述第二微生物反应仓4充入。

打开第二截止阀21和第三截止阀23，关闭所述第一微生物反应仓3通向所述第二微生物反应仓4的第一截止阀10。当所第一气体检测收集装置7、第二气体检测收集装置8中的所述第三气体浓度报警器7-4、第四气体浓度报警器8-4出现示数时，关闭通向第一气体检测收集装置7、第二气体检测收集装置8的第二截止阀21和第三截止阀23。

打开所述第一微生物反应仓3通向所述第二微生物反应仓4的第一截止阀10，当所述述第二微生物反应仓4中的H₂S气体浓度达到10～30ppm时，所述第二气体浓度报警器12报警并关闭第一截止阀10，H₂S气体停止向所述第二微生物反应仓4充入，打开第二截止阀21和第三截止阀23收集多余的H₂S气体。在所述第二微生物反应仓4内生成生物硫酸盐。