[发明专利]检测在流体和水系统中的微生物生长的检测系统和方法

说明书

本公开提供了一种检测在流体和水系统中的微生物生长的检测系统和方法。所述检测系统和方法包括管体，包括测量区域、入口和出口，所述入口被配置成接收流过所述流体系统的一部分流体，并且所述出口被配置成使这部分流体返回所述流体系统；光源，用于引导光通过所述测量区域；光学传感器，被配置成检测通过所述管体的所述测量区域的光的发射或透射；以及控制器，被配置成从所述光学传感器接收信号并将所述信号转换成表示在所述管体的所述测量区域内的微生物生长或矿物的沉积物的量的测量；其中，所述管体被配置成用于贯穿所述测量区域的流体的层流。

本申请是申请日为2015年4月8日、国际申请号为PCT/US2015/024963、发明名称为“用于检测在水系统中的生物膜生长的系统和方法”的PCT申请的中国国家阶段申请的分案申请，该中国国家阶段申请进入中国国家阶段的进入日为2016年10月8日、申请号为201580018575.9，其全部内容结合于此作为参考。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年4月9日提交的美国临时申请序号61/977,464的权益。

技术领域

本发明涉及检测和监控在人为水和其他流体系统内的生物膜形成，以提供帮助控制水或其他流体系统的操作和处理的信息。

背景技术

很多人为水或流体系统(例如，冷却塔和锅炉)易于生长生物膜。生物膜包含粘附至在流体系统内的元件的表面(例如，管壁)的细菌的混合群体。在生物膜的底层内的细菌继续再现和创建密集的细菌集群。随着这些生物膜层的形成，这些生物膜层也累积其他无机和有机碎屑，增大尺寸，限制流体系统的流动并且造成堵塞，这会导致增大流体系统的操作成本(例如，抽吸要求)和维护成本。已知各种化学处理和生物灭杀剂加入这种流体系统中，以去除生物膜并且帮助控制生长和再繁殖。在流体系统再次污染时，去除生物膜并且延长时间量的有效处理可以节省大量金钱。有效并且彻底的处理可以通过减小定期处理的频率或者减少日常维护和/或定期处理所需要的化学品的量，来节省劳动成本和处理化学品的成本。这种处理还可以通过操作干净的热交换表面来节省能量成本，并且减少去除受污染的水以及使用新鲜的水来代替的取消/补充(make-up)周期的量。

为了有效地控制和处理在流体系统内的生物膜，有利的是，能够监控在流体系统内的生物膜的生长。一些流体系统被定期处理，而没有检测生物膜的任何装置，这造成在不需要时处理流体系统。由于很多生物膜处理是酸性的或腐蚀性的，所以这可能是昂贵的并且可以对流体系统的元件造成不必要损害。一些流体系统依赖于元件的外观检查，来确定生物膜生长的存在。这可以使其难以在视觉装置不容易检查的流体系统的区域内检测生物膜的存在。

还众所周知使用自动化监控系统来监控在流体系统内的生物膜生长或其他类型的污染物。例如，美国专利申请公开号2013/0344533公开了具有嵌入的染料/黏土混合物的“支架”结构生物传感器。一部分水从流体系统中撤出并且进入在生物传感器上游的“湿润盆”，以在支架结构生物传感器之上实现层流。如果存在微生物，则与侵入支架内的染料相互作用，并且信号检测单元可以用于检测颜色的变化。这种监控系统的缺点包括难以制备嵌入传感器支架内的染料/黏土混合物，并且在需要补充时，需要更换整个生物传感器结构。此外，看起来样本水的流量连续暴露到染料/黏土混合物中，这会促使更快速地消耗染料，并且增加维护时间和成本。最后，看起来样本水在可以受到外部污染物的污染的打开的生物传感器结构内。

在美国专利号7,190,457中公开了另一种自动化监控系统和方法。在‘457专利中描述的系统使用多个光学探头来获得表示生物膜生长的信号，并且可以在大量或悬浮细菌与生物膜生长之间区分。在‘457专利中的系统可以用于流体系统的外面，流体的隔离样本设置在代表性衬底上，例如，玻璃或金属，或者可以通过将光学探头直接插入在流体系统内的流体的流量内来使用。外部配置的缺点在于，需要从流体系统中去除样本，并且不如流过流体系统的流体的测量精确。直接应用的缺点在于，需要防水元件，并且在进行测试的区域中不利用任何层流特征。