本發明公開了一種準原位監測旋轉式生物膜反應器生物膜內物質濃度動態變化的裝置及方法，裝置包括載體片、盛裝溶液的容器、蠕動泵、升降機構和微電極，載體片安裝在支撐架上用于放置生物膜；容器和蠕動泵安裝在升降機構上，容器位于載體片正下方；蠕動泵通過管道與容器連通以使容器內的液體產生流動；升降機構和蠕動泵接控制系統；微電極接處理單元，由處理單元對采集的信號進行處理。本發明可模擬不同的反應器轉速、浸沒率、主體溶液性質等，能夠在生物膜固定不動的情況下，仍然可以處于與其在旋轉式生物膜反應器中相似的運行狀態，從而對其內部物質濃度的動態變化進行準確的監測。

技術領域

本發明涉及動態監測方法，具體涉及一種準原位監測旋轉式生物膜反應器生物膜內物質濃度動態變化的裝置及方法，屬于微觀物質濃度動態監測領域。

背景技術

生物膜法是與活性污泥法并存的兩大常用的污水生物處理方法，具有抗沖擊負荷能力強，占地面積少，生物量大，適宜世代周期長的微生物生長的特點，其在處理負荷波動大、高有機物、高氮磷等難處理廢水時尤其具有優勢。隨著對生物膜研究的不斷深入，為了研究生物膜內部代謝機理，需要對生物膜內部的微觀物質濃度變化進行監測。而微電極具有體積小(尖端尺寸從10um到幾十um)，且空間解析度高，監測響應速度快等特點，比較適合于監測生物膜內部特定物質微觀濃度。常用的微電極有溶解氧微電極、氨氮微電極、硝態氮微電極、亞硝態氮微電極、H₂S微電極、NO微電極等。

以往的研究中，對非旋轉式生物膜工藝中生物膜的內部物質濃度變化研究，如SBBR 反應器，其內生物膜所處環境在短時間內可以認為基本不變，可以較為方便地為生物膜提供原位的生長環境，進而對其內部物質變化進行監測。但是，旋轉式生物膜法反應器(如生物轉盤)作為一種常用的生物膜工藝，其中的生物膜一致處于運動中，不斷地浸沒-暴露 -浸沒，因而其中的物質(如DO、COD、氨氮、硝態氮、亞硝態氮等)都時刻發生著變化，不易監測原位條件下的生物膜內部物質濃度變化。而隨著對旋轉式生物膜法研究的深入，對生物膜內部物質濃度的動態變化進行監測顯得很有實際意義。已有的研究中，有學者將生物膜取出后置于空氣或溶液中進行監測，但這種做法破壞了生物膜正常生長時所處的交替變化的浸曝環境，不能夠真實地反應出生物膜在反應器內運行時的變化特性。也有學者采用向放置生物膜的容器中周期性注液和排液的方式為生物膜提供交替的浸曝環境，但是在每次測量時主體溶液靜止，未能模擬出真實運行條件下生物膜與主體溶液的相對運動，所得研究結果與真實情況仍然有較大差異。

因此，如何采用一定的方法，使生物膜取出并固定后，仍然可以處于與其在旋轉式生物膜反應器中相似的運行狀態，進而對其進行準原位的研究，監測其內部物質濃度的動態變化，是一個對于研究此類反應器內生物膜機理很有實際意義的問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種準原位監測旋轉式生物膜反應器生物膜內物質濃度動態變化的裝置及方法，本發明能夠在生物膜固定不動的情況下，仍然可以處于與其在旋轉式生物膜反應器中相似的運行狀態，從而對其內部物質濃度的動態變化進行準確的監測。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種準原位監測旋轉式生物膜反應器生物膜內物質濃度動態變化的裝置，包括載體片、盛裝溶液的容器、蠕動泵、升降機構和微電極，其中載體片安裝在支撐架上并懸空以用于放置待測生物膜；盛裝溶液的容器和蠕動泵安裝在升降機構上以在升降機構的控制下升降，其中盛裝溶液的容器位于載體片正下方，且容器截面大于載體片截面，確保在升降過程中，載體片不會與容器壁接觸；蠕動泵通過管道與容器連通以使容器內的液體產生流動以模擬生物膜在反應器內的旋轉；升降機構和蠕動泵接控制系統，通過控制系統控制升降機構和蠕動泵按模擬需要運行；所述微電極設置在支撐架上，微電極尖端朝下用于插入待測生物膜內部某一深度，微電極接處理單元，由處理單元對采集的信號進行處理。