本發(fā)明屬于建筑實(shí)驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種模擬生物硫酸鹽形成的裝置以及實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

混凝土的耐腐蝕性是反映混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一，它關(guān)系到混凝土構(gòu)筑物的使用壽命。通常所說(shuō)的混凝土腐蝕一般是指化學(xué)介質(zhì)腐蝕。混凝土抗化學(xué)介質(zhì)侵蝕的能力一般要低于其它形式的腐蝕。上個(gè)世紀(jì)，眾多學(xué)者對(duì)混凝土受化學(xué)介質(zhì)侵蝕做了大量的研究工作，基本查明了各因素的影響規(guī)律，但是腐蝕介質(zhì)主要限于無(wú)機(jī)酸、堿、鹽及有機(jī)酸等介質(zhì)，沒(méi)有涉及微生物對(duì)混凝土的影響。

目前，國(guó)內(nèi)外大量研究集中于自來(lái)水管道、污水處理廠、江河湖泊以及海水中微生物對(duì)金屬表面的腐蝕，而混凝土構(gòu)筑物的大量建造使微生物礦化形成的生物硫酸鹽對(duì)混凝土的腐蝕問(wèn)題慢慢得到重視，該問(wèn)題亟待解決。

1988年上海開(kāi)展治理蘇州河及其支流的污染，改善水質(zhì)工程，提出混凝土管防污水侵蝕的問(wèn)題，其中包括微生物腐蝕。上海建筑科學(xué)研究院做了探索性的研究，蘇州混凝土水泥制品研究院也曾對(duì)混凝士排水管的腐蝕狀況進(jìn)行過(guò)調(diào)查。但是截止至目前，建筑領(lǐng)域內(nèi)仍沒(méi)有有效探究微生物礦化形成的生物硫酸鹽對(duì)混凝土腐蝕特性的實(shí)驗(yàn)方法。硫酸鹽本身就具有腐蝕混凝土的特性，那么生物硫酸鹽是不是也具有相同的特性，或者更加具有腐蝕性呢？目前實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域沒(méi)有對(duì)模擬生物硫酸鹽形成設(shè)計(jì)的專用設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)模擬生物硫酸鹽形成設(shè)計(jì)的專用設(shè)備的技術(shù)空白的技術(shù)問(wèn)題而提供一種模擬生物硫酸鹽形成的裝置。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：一種模擬生物硫酸鹽形成的裝置，其特征在于：包括氮?dú)馓峁┭b置、氧氣提供裝置、第一微生物反應(yīng)倉(cāng)、第二微生物反應(yīng)倉(cāng)、硫酸鹽還原菌菌液提供容器、硫氧化細(xì)菌菌液提供容器、第一氣體檢測(cè)收集裝置、第二氣體檢測(cè)收集裝置；

所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)和第二微生物反應(yīng)倉(cāng)通過(guò)第三氣體導(dǎo)管連通，所述第三氣體導(dǎo)管上串聯(lián)第一截止閥，所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)內(nèi)安裝有第一氣體濃度報(bào)警器，所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)內(nèi)安裝有第二氣體濃度報(bào)警器，所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)和第二微生物反應(yīng)倉(cāng)內(nèi)均安裝有造浪機(jī)；

所述氮?dú)馓峁┭b置通過(guò)第一氣體導(dǎo)管與所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)連通，所述第一氣體導(dǎo)管上串聯(lián)由所述第一氣體濃度報(bào)警器控制的第一電磁閥；

所述氧氣提供裝置通過(guò)第二氣體導(dǎo)管與所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)連通，所述第二氣體導(dǎo)管上串聯(lián)由所述第二氣體濃度報(bào)警器控制的第二電磁閥；

所述硫酸鹽還原菌菌液提供容器與所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)通過(guò)第一液體導(dǎo)管連通，所述第一液體導(dǎo)管上串聯(lián)第一蠕動(dòng)泵；

硫氧化細(xì)菌菌液提供容器與所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)通過(guò)第二液體導(dǎo)管連通，所述第二液體導(dǎo)管上串聯(lián)第二蠕動(dòng)泵；

所述第一氣體檢測(cè)收集裝置包括第一氣體收集瓶、第一溶液盛放瓶、所述第一氣體收集瓶、第一溶液盛放瓶之間通過(guò)第三液體導(dǎo)管連通，所述第一氣體收集瓶與所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)通過(guò)第四氣體導(dǎo)管連通，所述第四氣體導(dǎo)管上串聯(lián)第二截止閥，所述第一氣體收集瓶?jī)?nèi)設(shè)有第三氣體濃度報(bào)警器；

所述第二氣體檢測(cè)收集裝置包括第二氣體收集瓶、第二溶液盛放瓶、所述第二氣體收集瓶、第二溶液盛放瓶之間通過(guò)第四液體導(dǎo)管連通，所述第二氣體收集瓶與所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)通過(guò)第五氣體導(dǎo)管連通，所述第五氣體導(dǎo)管上串聯(lián)第三截止閥，所述第二氣體收集瓶?jī)?nèi)設(shè)有第四氣體濃度報(bào)警器。

本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施：

所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)和第二微生物反應(yīng)倉(cāng)為密閉的、上下分別帶有密封螺栓和密封螺母的圓柱形倉(cāng)體，所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)設(shè)于第二微生物反應(yīng)倉(cāng)之上，且第一微生物反應(yīng)倉(cāng)下部的密封螺母與第二微生物反應(yīng)倉(cāng)上部的密封螺栓連接。

利用本裝置模擬生物硫酸鹽形成的實(shí)驗(yàn)方法

a)制備硫酸鹽還原菌菌液：

將硫酸鹽還原菌接種到培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基每升含有0.4～0.6g的磷酸氫二鉀、0.8～1.0g的氯化銨、0.4～0.5g的硫酸鈉、3.2～3.5g的乳酸鈉、18.0～20.0g硫酸鎂、0.09～0.11g的氯化鈣、0.8～1.0g的酵母粉、0.08～0.1g的維生素C、0.08～0.1g的六水合硫酸亞鐵胺；將上述培養(yǎng)基在酸堿度6～8、溫度25～35℃放置厭氧培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2～3天，得到硫酸鹽還原菌菌液；

b)制備硫氧化細(xì)菌菌液：

將硫氧化細(xì)菌接種到培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基每升含有1.0～1.2g的磷酸氫二鈉、1.8～2.0g的磷酸二氫鉀、0.08～0.1g的氯化鎂、0.08～0.1g的氯化銨、0.02～0.03g的氯化鈣、0.01～0.03g的氯化鐵、0.01～0.03g的氯化鎂、9.0～11.0g的硫代硫酸鈉，將上述培養(yǎng)基在酸堿度6～8、溫度25～35℃的環(huán)境下以轉(zhuǎn)速160～180r/min攪拌培養(yǎng)2～3天，得到硫氧化細(xì)菌菌液；

c)在氮?dú)馓峁┭b置中裝入N₂氣體，在氧氣提供裝置中裝入O₂氣體；

d)將步驟(a)制得的所述硫酸鹽還原菌菌液裝入所述硫酸鹽還原菌菌液提供容器中，將步驟(b)制得的所述硫氧化細(xì)菌菌液裝入所述硫氧化細(xì)菌菌液提供容器中，第一蠕動(dòng)泵將硫酸鹽還原菌菌液泵入所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)，第二蠕動(dòng)泵將硫氧化細(xì)菌菌液泵入所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)；打開(kāi)所述第一電磁閥，將步驟(c)制得的N2氣體提前充滿所述泵有所述硫酸鹽還原菌菌液的第一微生物反應(yīng)倉(cāng)；將步驟(c)制得的O₂氣體充入所述泵有所述硫氧化細(xì)菌菌液的第二微生物反應(yīng)倉(cāng)，保持正常的空氣含氧量，所述第二氣體濃度檢測(cè)報(bào)警器控制與其相連的第二電磁閥關(guān)閉，O₂氣體停止向所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)充入；

打開(kāi)第二截止閥和第三截止閥，關(guān)閉所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)通向所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)的第一截止閥。當(dāng)所述第一氣體檢測(cè)收集裝置、第二氣體檢測(cè)收集裝置中的所述第三氣體濃度報(bào)警器、第四氣體濃度報(bào)警器出現(xiàn)示數(shù)時(shí)，關(guān)閉通向第一氣體檢測(cè)收集裝置、第二氣體檢測(cè)收集裝置的第二截止閥和第三截止閥；

打開(kāi)所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)通向所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)的第一截止閥，當(dāng)所述述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)中的H₂S氣體濃度達(dá)到10～30ppm時(shí)，所述第二氣體濃度報(bào)警器報(bào)警并關(guān)閉第一截止閥，H₂S氣體停止向所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)充入，打開(kāi)第二截止閥和第三截止閥收集多余的H₂S氣體。在所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)內(nèi)生成生物硫酸鹽。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

本發(fā)明可以填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)模擬生物硫酸鹽形成的專用裝置的技術(shù)空白，為技術(shù)人員進(jìn)一步了解生物硫酸鹽的形成過(guò)程提供了專用的實(shí)驗(yàn)裝置。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、氮?dú)馓峁┭b置；2、氧氣提供裝置；3、第一微生物反應(yīng)倉(cāng)；4、第二微生物反應(yīng)倉(cāng)；5、硫酸鹽還原菌菌液提供容器；6、硫氧化細(xì)菌菌液提供容器；7、第一氣體檢測(cè)收集裝置；7-1、第一氣體收集瓶；7-2、第一溶液盛放瓶；7-3、第三液體導(dǎo)管；7-4、第三氣體濃度報(bào)警器；8、第二氣體檢測(cè)收集裝置；8-1、第二氣體收集瓶；8-2、第二溶液盛放瓶；8-3、第四液體導(dǎo)管；8-4、第四氣體濃度報(bào)警器；9、第三氣體導(dǎo)管；10、第一截止閥；11、第一氣體濃度報(bào)警器；12、第二氣體濃度報(bào)警器；13、造浪機(jī)；14、第一氣體導(dǎo)管；15、第一電磁閥；16、第二電磁閥；17、第一液體導(dǎo)管；18、第一蠕動(dòng)泵；19、第二液體導(dǎo)管；20、第四氣體導(dǎo)管；21、第二截止閥；22、第五氣體導(dǎo)管；23、第三截止閥；24、第二氣體導(dǎo)管；25、第二蠕動(dòng)泵。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下：

請(qǐng)參閱圖1，一種模擬生物硫酸鹽形成的裝置，包括氮?dú)馓峁┭b置1、氧氣提供裝置2、第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3、第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4、硫酸鹽還原菌菌液提供容器5、硫氧化細(xì)菌菌液提供容器6、第一氣體檢測(cè)收集裝置7、第二氣體檢測(cè)收集裝置8。

所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)2和第二微生物反應(yīng)倉(cāng)3通過(guò)第三氣體導(dǎo)管9連通，所述第三氣體導(dǎo)管9上串聯(lián)第一截止閥10，所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3內(nèi)安裝有第一氣體濃度報(bào)警器11，所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4內(nèi)安裝有第二氣體濃度報(bào)警器12，所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3和第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4內(nèi)均安裝有造浪機(jī)13。第一氣體濃度報(bào)警器11和第二氣體濃度報(bào)警器12分別用于檢測(cè)所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3和第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4內(nèi)的氣體濃度。所述造浪機(jī)13用于保持所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3和第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4內(nèi)介質(zhì)溶液的活動(dòng)性。

所述氮?dú)馓峁┭b置1通過(guò)第一氣體導(dǎo)管14與所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3連通，所述第一氣體導(dǎo)管14上串聯(lián)由所述第一氣體濃度報(bào)警器11控制的第一電磁閥15。所述氧氣提供裝置2通過(guò)第二氣體導(dǎo)管24與所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4連通，所述第二氣體導(dǎo)管24上串聯(lián)由所述第二氣體濃度報(bào)警器12控制的第二電磁閥16。上述氮?dú)馓峁┭b置1和氧氣提供裝置2為氣體發(fā)生容器。

所述硫酸鹽還原菌菌液提供容器5與所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3通過(guò)第一液體導(dǎo)管17連通，所述第一液體導(dǎo)管17上串聯(lián)第一蠕動(dòng)泵18；硫氧化細(xì)菌菌液提供容器6與所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4通過(guò)第二液體導(dǎo)管19連通，所述第二液體導(dǎo)管19上串聯(lián)第二蠕動(dòng)泵25。

所述第一氣體檢測(cè)收集裝置7包括第一氣體收集瓶7-1、第一溶液盛放瓶7-2、所述第一氣體收集瓶7-1、第一溶液盛放瓶7-2之間通過(guò)第三液體導(dǎo)管7-3連通，所述第一氣體收集瓶7-1與所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3通過(guò)第四氣體導(dǎo)管20連通，所述第四氣體導(dǎo)管20上串聯(lián)第二截止閥21，所述第一氣體收集瓶7-1內(nèi)設(shè)有第三氣體濃度報(bào)警器7-4。所述第二氣體檢測(cè)收集裝置8包括第二氣體收集瓶8-1、第二溶液盛放瓶8-2、所述第二氣體收集瓶8-1、第二溶液盛放瓶8-2之間通過(guò)第四液體導(dǎo)管8-3連通，所述第二氣體收集瓶8-1與所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4通過(guò)第五氣體導(dǎo)管22連通，所述第五氣體導(dǎo)管22上串聯(lián)第三截止閥23，所述第二氣體收集瓶8-1內(nèi)設(shè)有第四氣體濃度報(bào)警器8-4。所述第一氣體收集瓶7-2、第二氣體收集瓶8-2上帶有刻度。

所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3和第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4為密閉的、上下分別帶有密封螺栓和密封螺母的圓柱形倉(cāng)體，所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3設(shè)于第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4之上，且第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3下部的密封螺母與第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4上部的密封螺栓連接。本實(shí)施例中，第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3和第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4之間通過(guò)兩條第三氣體導(dǎo)管9連通，每條氣體導(dǎo)管上均串聯(lián)有第一截止閥。第一氣體導(dǎo)管14、第二氣體導(dǎo)管24、第三氣體導(dǎo)管9、第四氣體導(dǎo)管20、第五氣體導(dǎo)管22采用耐腐蝕材料制成。

利用本裝置模擬生物硫酸鹽形成的實(shí)驗(yàn)方法如下：

a)制備硫酸鹽還原菌菌液：

將硫酸鹽還原菌接種到培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基每升含有0.4～0.6g的磷酸氫二鉀、0.8～1.0g的氯化銨、0.4～0.5g的硫酸鈉、3.2～3.5g的乳酸鈉、18.0～20.0g硫酸鎂、0.09～0.11g的氯化鈣、0.8～1.0g的酵母粉、0.08～0.1g的維生素C、0.08～0.1g的六水合硫酸亞鐵胺；將上述培養(yǎng)基在酸堿度6～8、溫度25～35℃放置厭氧培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2～3天，得到硫酸鹽還原菌菌液。

b)制備硫氧化細(xì)菌菌液：

將硫氧化細(xì)菌接種到培養(yǎng)基中，培養(yǎng)基每升含有1.0～1.2g的磷酸氫二鈉、1.8～2.0g的磷酸二氫鉀、0.08～0.1g的氯化鎂、0.08～0.1g的氯化銨、0.02～0.03g的氯化鈣、0.01～0.03g的氯化鐵、0.01～0.03g的氯化鎂、9.0～11.0g的硫代硫酸鈉，將上述培養(yǎng)基在酸堿度6～8、溫度25～35℃的環(huán)境下以轉(zhuǎn)速160～180r/min攪拌培養(yǎng)2～3天，得到硫氧化細(xì)菌菌液；

c)在氮?dú)馓峁┭b置1中裝入N₂氣體，在氧氣提供裝置2中裝入O₂氣體。

d)將步驟(a)制得的所述硫酸鹽還原菌菌液裝入所述硫酸鹽還原菌菌液提供容器5中，將步驟(b)制得的所述硫氧化細(xì)菌菌液裝入所述硫氧化細(xì)菌菌液提供容器6中，第一蠕動(dòng)泵18將硫酸鹽還原菌菌液泵入所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3，第二蠕動(dòng)泵25將硫氧化細(xì)菌菌液泵入所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4；打開(kāi)所述第一電磁閥15，將步驟(c)制得的N₂氣體提前充滿所述泵有硫酸鹽還原菌菌液的第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3；將步驟(c)制得的O₂氣體充入所述泵有所述硫氧化細(xì)菌菌液的第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4，保持正常的空氣含氧量，所述第二氣體濃度檢測(cè)報(bào)警器12控制與其相連的第二電磁閥16關(guān)閉，O₂氣體停止向所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4充入。

打開(kāi)第二截止閥21和第三截止閥23，關(guān)閉所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3通向所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4的第一截止閥10。當(dāng)所第一氣體檢測(cè)收集裝置7、第二氣體檢測(cè)收集裝置8中的所述第三氣體濃度報(bào)警器7-4、第四氣體濃度報(bào)警器8-4出現(xiàn)示數(shù)時(shí)，關(guān)閉通向第一氣體檢測(cè)收集裝置7、第二氣體檢測(cè)收集裝置8的第二截止閥21和第三截止閥23。

打開(kāi)所述第一微生物反應(yīng)倉(cāng)3通向所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4的第一截止閥10，當(dāng)所述述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4中的H₂S氣體濃度達(dá)到10～30ppm時(shí)，所述第二氣體濃度報(bào)警器12報(bào)警并關(guān)閉第一截止閥10，H₂S氣體停止向所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4充入，打開(kāi)第二截止閥21和第三截止閥23收集多余的H₂S氣體。在所述第二微生物反應(yīng)倉(cāng)4內(nèi)生成生物硫酸鹽。