[发明专利]一种准原位监测生物膜内物质浓度动态变化的方法

说明书

本发明公开了一种准原位监测旋转式生物膜反应器生物膜内物质浓度动态变化的装置及方法，装置包括载体片、盛装溶液的容器、蠕动泵、升降机构和微电极，载体片安装在支撑架上用于放置生物膜；容器和蠕动泵安装在升降机构上，容器位于载体片正下方；蠕动泵通过管道与容器连通以使容器内的液体产生流动；升降机构和蠕动泵接控制系统；微电极接处理单元，由处理单元对采集的信号进行处理。本发明可模拟不同的反应器转速、浸没率、主体溶液性质等，能够在生物膜固定不动的情况下，仍然可以处于与其在旋转式生物膜反应器中相似的运行状态，从而对其内部物质浓度的动态变化进行准确的监测。

技术领域

本发明涉及动态监测方法，具体涉及一种准原位监测旋转式生物膜反应器生物膜内物质浓度动态变化的装置及方法，属于微观物质浓度动态监测领域。

背景技术

生物膜法是与活性污泥法并存的两大常用的污水生物处理方法，具有抗冲击负荷能力强，占地面积少，生物量大，适宜世代周期长的微生物生长的特点，其在处理负荷波动大、高有机物、高氮磷等难处理废水时尤其具有优势。随着对生物膜研究的不断深入，为了研究生物膜内部代谢机理，需要对生物膜内部的微观物质浓度变化进行监测。而微电极具有体积小(尖端尺寸从10um到几十um)，且空间解析度高，监测响应速度快等特点，比较适合于监测生物膜内部特定物质微观浓度。常用的微电极有溶解氧微电极、氨氮微电极、硝态氮微电极、亚硝态氮微电极、H₂S微电极、NO微电极等。

以往的研究中，对非旋转式生物膜工艺中生物膜的内部物质浓度变化研究，如SBBR 反应器，其内生物膜所处环境在短时间内可以认为基本不变，可以较为方便地为生物膜提供原位的生长环境，进而对其内部物质变化进行监测。但是，旋转式生物膜法反应器(如生物转盘)作为一种常用的生物膜工艺，其中的生物膜一致处于运动中，不断地浸没-暴露 -浸没，因而其中的物质(如DO、COD、氨氮、硝态氮、亚硝态氮等)都时刻发生着变化，不易监测原位条件下的生物膜内部物质浓度变化。而随着对旋转式生物膜法研究的深入，对生物膜内部物质浓度的动态变化进行监测显得很有实际意义。已有的研究中，有学者将生物膜取出后置于空气或溶液中进行监测，但这种做法破坏了生物膜正常生长时所处的交替变化的浸曝环境，不能够真实地反应出生物膜在反应器内运行时的变化特性。也有学者采用向放置生物膜的容器中周期性注液和排液的方式为生物膜提供交替的浸曝环境，但是在每次测量时主体溶液静止，未能模拟出真实运行条件下生物膜与主体溶液的相对运动，所得研究结果与真实情况仍然有较大差异。

因此，如何采用一定的方法，使生物膜取出并固定后，仍然可以处于与其在旋转式生物膜反应器中相似的运行状态，进而对其进行准原位的研究，监测其内部物质浓度的动态变化，是一个对于研究此类反应器内生物膜机理很有实际意义的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种准原位监测旋转式生物膜反应器生物膜内物质浓度动态变化的装置及方法，本发明能够在生物膜固定不动的情况下，仍然可以处于与其在旋转式生物膜反应器中相似的运行状态，从而对其内部物质浓度的动态变化进行准确的监测。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种准原位监测旋转式生物膜反应器生物膜内物质浓度动态变化的装置，包括载体片、盛装溶液的容器、蠕动泵、升降机构和微电极，其中载体片安装在支撑架上并悬空以用于放置待测生物膜；盛装溶液的容器和蠕动泵安装在升降机构上以在升降机构的控制下升降，其中盛装溶液的容器位于载体片正下方，且容器截面大于载体片截面，确保在升降过程中，载体片不会与容器壁接触；蠕动泵通过管道与容器连通以使容器内的液体产生流动以模拟生物膜在反应器内的旋转；升降机构和蠕动泵接控制系统，通过控制系统控制升降机构和蠕动泵按模拟需要运行；所述微电极设置在支撑架上，微电极尖端朝下用于插入待测生物膜内部某一深度，微电极接处理单元，由处理单元对采集的信号进行处理。