申请日2014.03.04
公开(公告)日2016.05.18
IPC分类号G01B13/16
摘要
本发明公开了一种原位测定废水处理生物膜内部空间结构的装置及方法，所述装置包括待测定的生物膜反应器、废水处理生物膜测试槽和溶解氧微电极系统，所述生物膜反应器和废水处理生物膜测试槽连接形成水循环系统，废水处理生物膜测试槽底部设置有用于固定废水处理生物膜的尼龙网;所述溶解氧微电极系统包括三维微电极推进器和溶解氧微电极，还包括一台电化学工作站和一台电脑。本方法采用上述装置先实现对生物膜水环境的模拟还原，再通过对生物膜内部不同位置氧浓度分布的检测，解析出生物膜内部空间结构。本发明能够有效、简便、快速地测定生物膜反应器中生物膜内部空间结构;具有实施方便，操作简单，成本低廉，检测结果准确无损等优点。
权利要求书
1.一种原位测定废水处理生物膜内部空间结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用待检测的生物膜反应器并得到用于原位测定废水处理生物膜内部空间结构的装置;
所述装置包括待测定的生物膜反应器、废水处理生物膜测试槽和溶解氧微电极系统，所述生物膜反应器中部连通设置有一出水管道，出水管道上设置有蠕动泵，蠕动泵出水端通过水管和废水处理生物膜测试槽连通，所述废水处理生物膜测试槽为上端具有封盖的整体呈封闭状态的容置体，废水处理生物膜测试槽上设置有出水口并通过回流管道和所述生物膜反应器上部连通形成管路循环，所述废水处理生物膜测试槽出水口的回流管道上设置有控制阀，所述废水处理生物膜测试槽底部设置有用于固定废水处理生物膜的尼龙网;所述尼龙网位置正对的废水处理生物膜测试槽顶部封盖上设置有开孔，所述溶解氧微电极系统包括设置在废水处理生物膜测试槽顶部封盖开孔位置的三维微电极推进器，以及安装在三维微电极推进器上且位于开孔内部正对尼龙网设置的溶解氧微电极，所述三维微电极推进器依次连接有一台电化学工作站和一台电脑;
S2：开启蠕动泵，使所述生物膜反应器中的废水流入所述废水处理生物膜测试槽，通过调整控制阀使得废水充满所述废水处理生物膜测试槽后再通过回流管道回流到生物膜反应器中，调节控制阀流量和蠕动泵转速，使所述废水处理生物膜测试槽中废水液面仅仅通过开孔与空气接触，并使该液面保持稳定;
S3：使用溶氧仪测试所述生物膜反应器废水和所述废水处理生物膜测试槽中废水溶氧浓度，直到两者一致时，选取所述生物膜反应器中生物膜，将其放置于所述废水处理生物膜测试槽底部，并用尼龙网将生物膜固定住，使其不能移动;
S4：连接好溶解氧微电极系统，靠所述三维微电极推进器固定和控制所述溶解氧微电极，使所述溶解氧微电极通过开孔进入废水处理生物膜测试槽内部，并使溶解氧微电极的尖端缓慢接近被固定的生物膜，当溶解氧微电极的尖端到达生物膜表面时，记录此处溶解氧浓度，此后，溶解氧微电极每次垂直于生物膜方向步进20μm，并记录生物膜内部不同深度处溶解氧浓度，以此类推，测试出废水处理生物膜内部溶解氧浓度分布;
S5：通过废水处理生物膜内部溶解氧浓度分布，再根据物质在生物膜内部的扩散-反应机制解析得出生物膜内部空间结构。
2.如权利要求1所述的原位测定废水 处理生物膜内部空间结构的方法，其特征在于，采用的装置中，所述废水处理生物膜测试槽顶部封盖的开孔直径为8mm。
3.如权利要求1所述的原位测定废水处理生物膜内部空间结构的方法，其特征在于，采用的装置中，所述溶解氧微电极空间分辨率为10μm、响应时间小于0.5s和检测下限为0.3μmol/L，所述三维微电极推进器其精度为10μm。
说明书
一种原位测定废水处理生物膜内部空间结构的装置及方法
技术领域
本发明涉及电化学分析和环境工程领域，尤其涉及一种原位测定废水处理生物膜内部空间结构的装置及方法。
背景技术
在采用生物膜反应器实现的生物膜法废水处理工艺中，生物膜内部空间结构对于外部水溶液中溶解氧和营养底物等高效、快速进入生物膜内部具有重要影响。通常，许多参数如粗糙系数、比表面积、平均和最大厚度用以描述生物膜的结构。然而，这些参数都是一维的，仅仅提供垂直于生物膜表面的相关信息。为了更好的描述废水处理生物膜的内部空间的三维结构，激光共聚焦显微镜(CLSM)技术被越来越多的学者认可。然而，激光共聚焦显微镜的一些缺陷制约了这项技术的推广，如仪器昂贵、样品需要一系列预处理、操作复杂、扫描时间过长导致不能显示生物体的移动、预处理过程用到的染料对一些微生物有毒害作用。
所以，寻找一种简单、有效、廉价甚至无损的能原位测定废水处理生物膜内部空间结构的技术成为本领域技术人员有待考虑解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，怎样提供一种能够有效、简便、快速地测定废水处理生物膜反应器中生物膜内部空间结构的位测定废水处理生物膜内部空间结构的装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案：
一种原位测定废水处理生物膜内部空间结构的装置，其特征在于，包括待测定的生物膜反应器、废水处理生物膜测试槽和溶解氧微电极系统，所述生物膜反应器中部连通设置有一出水管道，出水管道上设置有蠕动泵，蠕动泵出水端通过水管和废水处理生物膜测试槽连通，所述废水处理生物膜测试槽为上端具有封盖的整体呈封闭状态的容置体，废水处理生物膜测试槽上设置有出水口并通过回流管道和所述生物膜反应器上部连通形成管路循环，所述废水处理生物膜测试槽出水口的回流管道上设置有控制阀，所述废水处理生物膜测试槽底部设置有用于固定废水处理生物膜的尼龙网;所述尼龙网位置正对的废水处理生物膜测试槽顶部封盖上设置有开孔，所述溶解氧微电极系统包括设置在废水处理生物膜测试槽顶部封盖开孔位置的三维微电极推进器，以及安装在三维微电极推进器上且位于开孔内部正对尼龙网设置的溶解氧微电极，所述三维微电极推进器依次连接有一台电化学工作站和一台电脑。
本装置结构简单，实施方便，能够很好地确保生物膜检测环境和其生长环境水质条件的一致性，确保检测效果的准确可靠。
本发明还公开了一种原位测定废水处理生物膜内部空间结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用待检测的生物膜反应器并得到上述结构的装置;
S2：开启蠕动泵，使所述生物膜反应器中的废水流入所述废水处理生物膜测试槽，通过调整控制阀使得废水充满所述废水处理生物膜测试槽后再通过回流管道回流到生物膜反应器中，调节控制阀流量和蠕动泵转速，使所述废水处理生物膜测试槽中废水液面仅仅通过开孔与空气接触，并使该液面保持稳定;
S3：使用溶氧仪测试所述生物膜反应器废水和所述废水处理生物膜测试槽中废水溶氧浓度，直到两者一致时，选取所述生物膜反应器中生物膜，将其放置于所述废水处理生物膜测试槽底部，并用尼龙网将生物膜固定住，使其不能移动;
S4：连接好溶解氧微电极系统，靠所述三维微电极推进器固定和控制所述溶解氧微电极，使所述溶解氧微电极通过开孔进入废水处理生物膜测试槽内部，并使溶解氧微电极的尖端缓慢接近被固定的生物膜，当溶解氧微电极的尖端到达生物膜表面时，记录此处溶解氧浓度，此后，溶解氧微电极每次垂直于生物膜方向步进20μm，并记录生物膜内部不同深度处溶解氧浓度，以此类推，测试出废水处理生物膜内部溶解氧浓度分布。
S5：通过废水处理生物膜内部溶解氧浓度分布，再根据物质在生物膜内部的扩散-反应机制解析得出生物膜内部空间结构。
这样，本方法通过先对生物膜水环境的模拟还原，再通过对生物膜内部不同位置氧浓度分布的检测，根据不同生物膜结构内部氧含量不同的原理，解析出生物膜内部空间结构。具有操作简单方便，测试快速有效，检测成本低廉等优点。
作为优化，采用的装置中，所述废水处理生物膜测试槽顶部端盖的开孔直径为8mm。
这样，在确保溶解氧微电极系统操作可行性的基础上，最大程度减少测试槽内废水和空气的接触，减少空气中氧气对测试槽里废水溶解氧浓度的影响，确保检测结果精确可靠。
作为优化，采用的装置中，所述溶解氧微电极空间分辨率为10μm、响应时间小于0.5s和检测下限为0.3μmol/L，所述三维微电极推进器其精度为10μm。
采用此规格的溶解氧微电极和三维微电极推进器，可以确保满足检测操作的需求，确保检测结果可靠性。
故本发明是通过溶解氧微电极测定废水处理生物膜内部微观溶解氧浓度分布，原位解析废水处理生物膜内部空间结构。其优点效果为(1)描述废水处理生物膜的内部空间的三维结构;(2)操作简单、不用对样品进行预处理、测试成本低廉;(3)能够无损地原位测定废水处理生物膜内部空间结构。
综上所述，本发明能够有效、简便、快速地测定生物膜反应器中生物膜内部空间结构;具有实施方便，操作简单，成本低廉，检测结果准确无损等优点。