[發(fā)明專利]一種原位測定廢水處理生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410076952.1
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103808284A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳猷鵬;寧運(yùn)芳;郭勁松;曾妮;方芳;楊吉祥;申渝;晏鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號: G01B13/16
• 分類號: G01B13/16
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 伍倫辰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)分析和環(huán)境工程領(lǐng)域，尤其涉及一種原位測定廢水處理生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的裝置及方法。?

背景技術(shù)

在采用生物膜反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)的生物膜法廢水處理工藝中，生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)對于外部水溶液中溶解氧和營養(yǎng)底物等高效、快速進(jìn)入生物膜內(nèi)部具有重要影響。通常，許多參數(shù)如粗糙系數(shù)、比表面積、平均和最大厚度用以描述生物膜的結(jié)構(gòu)。然而，這些參數(shù)都是一維的，僅僅提供垂直于生物膜表面的相關(guān)信息。為了更好的描述廢水處理生物膜的內(nèi)部空間的三維結(jié)構(gòu)，激光共聚焦顯微鏡（CLSM）技術(shù)被越來越多的學(xué)者認(rèn)可。然而，激光共聚焦顯微鏡的一些缺陷制約了這項技術(shù)的推廣，如儀器昂貴、樣品需要一系列預(yù)處理、操作復(fù)雜、掃描時間過長導(dǎo)致不能顯示生物體的移動、預(yù)處理過程用到的染料對一些微生物有毒害作用。?

所以，尋找一種簡單、有效、廉價甚至無損的能原位測定廢水處理生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的技術(shù)成為本領(lǐng)域技術(shù)人員有待考慮解決的問題。?

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，怎樣提供一種能夠有效、簡便、快速地測定廢水處理生物膜反應(yīng)器中生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的位測定廢水處理生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的裝置及方法。?

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明中采用了如下的技術(shù)方案：?

一種原位測定廢水處理生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的裝置，其特征在于，包括待測定的生物膜反應(yīng)器、廢水處理生物膜測試槽和溶解氧微電極系統(tǒng)，所述?生物膜反應(yīng)器中部連通設(shè)置有一出水管道，出水管道上設(shè)置有蠕動泵，蠕動泵出水端通過水管和廢水處理生物膜測試槽連通，所述廢水處理生物膜測試槽為上端具有封蓋的整體呈封閉狀態(tài)的容置體，廢水處理生物膜測試槽上設(shè)置有出水口并通過回流管道和所述生物膜反應(yīng)器上部連通形成管路循環(huán)，所述廢水處理生物膜測試槽出水口的回流管道上設(shè)置有控制閥，所述廢水處理生物膜測試槽底部設(shè)置有用于固定廢水處理生物膜的尼龍網(wǎng)；所述尼龍網(wǎng)位置正對的廢水處理生物膜測試槽頂部封蓋上設(shè)置有開孔，所述溶解氧微電極系統(tǒng)包括設(shè)置在廢水處理生物膜測試槽頂部封蓋開孔位置的三維微電極推進(jìn)器，以及安裝在三維微電極推進(jìn)器上且位于開孔內(nèi)部正對尼龍網(wǎng)設(shè)置的溶解氧微電極，所述三維微電極推進(jìn)器依次連接有一臺電化學(xué)工作站和一臺電腦。?

本裝置結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)施方便，能夠很好地確保生物膜檢測環(huán)境和其生長環(huán)境水質(zhì)條件的一致性，確保檢測效果的準(zhǔn)確可靠。?

本發(fā)明還公開了一種原位測定廢水處理生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，包括以下步驟：?

S1：采用待檢測的生物膜反應(yīng)器并得到上述結(jié)構(gòu)的裝置；?

S2：開啟蠕動泵，使所述生物膜反應(yīng)器中的廢水流入所述廢水處理生物膜測試槽，通過調(diào)整控制閥使得廢水充滿所述廢水處理生物膜測試槽后再通過回流管道回流到生物膜反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)控制閥流量和蠕動泵轉(zhuǎn)速，使所述廢水處理生物膜測試槽中廢水液面僅僅通過開孔與空氣接觸，并使該液面保持穩(wěn)定；?

S3：使用溶氧儀測試所述生物膜反應(yīng)器廢水和所述廢水處理生物膜測試槽中廢水溶氧濃度，直到兩者一致時，選取所述生物膜反應(yīng)器中生物膜，將其放置于所述廢水處理生物膜測試槽底部，并用尼龍網(wǎng)將生物膜固定住，使其不能移動；?

S4：連接好溶解氧微電極系統(tǒng)，靠所述三維微電極推進(jìn)器固定和控制所述溶解氧微電極，使所述溶解氧微電極通過開孔進(jìn)入廢水處理生物膜測試槽內(nèi)部，并使溶解氧微電極的尖端緩慢接近被固定的生物膜，當(dāng)溶解氧微電極的尖端到達(dá)生物膜表面時，記錄此處溶解氧濃度，此后，溶解氧微電極每次?垂直于生物膜方向步進(jìn)20μm，并記錄生物膜內(nèi)部不同深度處溶解氧濃度，以此類推，測試出廢水處理生物膜內(nèi)部溶解氧濃度分布。?

S5：通過廢水處理生物膜內(nèi)部溶解氧濃度分布，再根據(jù)物質(zhì)在生物膜內(nèi)部的擴(kuò)散-反應(yīng)機(jī)制解析得出生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。?

這樣，本方法通過先對生物膜水環(huán)境的模擬還原，再通過對生物膜內(nèi)部不同位置氧濃度分布的檢測，根據(jù)不同生物膜結(jié)構(gòu)內(nèi)部氧含量不同的原理，解析出生物膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。具有操作簡單方便，測試快速有效，檢測成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。?

作為優(yōu)化，采用的裝置中，所述廢水處理生物膜測試槽頂部端蓋的開孔直徑為8mm。?

這樣，在確保溶解氧微電極系統(tǒng)操作可行性的基礎(chǔ)上，最大程度減少測試槽內(nèi)廢水和空氣的接觸，減少空氣中氧氣對測試槽里廢水溶解氧濃度的影響，確保檢測結(jié)果精確可靠。?

作為優(yōu)化，采用的裝置中，所述溶解氧微電極空間分辨率為10μm、響應(yīng)時間小于0.5s和檢測下限為0.3μmol/L，所述三維微電極推進(jìn)器其精度為10μm。?