专利名称：测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置及测定方法
技术领域：
本发明涉及电化学分析领域，尤其涉及测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置及测定方法。
背景技术：
在生物膜法废水处理工艺中，生物膜废水处理层由好氧层和厌氧层组成。对废水进行生物脱氮处理，不管是传统硝化反硝化生物脱氮工艺还是新型生物脱氮工艺(如SHARON工艺、ΑΝΑΜΜ0Χ工艺等)，都会有一个好氧和厌氧过程。氨的氧化，主要在生物膜好氧层中发生，环境溶液溶解氧浓度和水力条件一定时，氧在生物膜内传质阻力越大，好氧层厚度就越小，对于氨氧化过程就越难以高效进行。厌氧反硝化过程主要在生物膜厌氧层中发生，环境溶液溶解氧浓度和水力条件一定时，氧在生物膜内传质阻力越小，厌氧层厚度就越小，对于厌氧反硝化过程也越难以高效进行。因此，生物膜法废水脱氮系统中，合适的生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度，对于总氮的高效去除具有极为重要的影响。然而，现有技术中没有对如何有效、快速、简便地对生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的进行测量的技术。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种测定生物膜内部溶解氧浓度分布，从而有效、简便、快速、准确地测定生物膜好氧层厚度与厌氧层厚度的测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置和测定方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置，其特征在于:包括氧气输送装置、装有废水的第一容器和装有废水的生物膜测试槽，所述第一容器设置有进气管、出水管和出气孔，该第一容器的进气管和出水管的下端都位于该第一容器内的废水液面下，所述氧气输送装置的出气端与所述第一容器的进气管连接，还包括蠕动泵，所述第一容器的出水管连接有蠕动泵的进水端，该蠕动泵的出水端通过水管与所述生物膜测试槽的内部相通，该生物膜测试槽还设置有回水管与所述第一容器相通；
还包括橡胶块，该橡胶块设置在所述生物膜测试槽底部，所述生物膜测试槽中的废水液面高于所述橡胶块的顶面，在该橡胶块的顶面上还设置有用于固定放置在橡胶块顶面的生物膜的尼龙网；
还包括溶解氧微电极系统和便携式溶氧仪，所述溶解氧微电极系统包括溶解氧微电极、三维微电极推进器和溶解氧测试主机，所述溶解氧微电极通过所述生物膜测试槽顶部的开孔与所述橡胶块的顶面上设置的生物膜接触，所述三维微电极推进器用于推动所述溶解氧微电极步进，所述溶解氧测试主机用于对所述溶解氧微电极接收到的数据进行计算、处理和显示，所述便携式溶氧仪安装在所述生物膜测试槽上，且该便携式溶氧仪的下部位于所述生物膜测试槽中的废水中。所述氧气输送装置包括一个氧气钢瓶、一个氮气钢瓶、两个流量计和气体混合室，所述氧气钢瓶和氮气钢瓶的输出端分别连接一个流量计的输入端，该两个流量计的输出端依次与所述气体混合室的两个进气口连接，所述气体混合室的出气口与所述第一容器的进气管连接。所述第一容器为带胶塞的广口瓶，该广口瓶的容积为5L，所述广口瓶上的胶塞设置三个通孔，其中第一个通孔穿有所述第一容器的进气管，第二个通孔穿有所述第一容器的出水管，第三个通孔用于将广口瓶内腔与外界大气连通。所述便携式溶氧仪呈圆柱形，该便携式溶氧仪套有橡胶塞，所述生物膜测试槽的顶部设置有与所述橡胶塞配合，用于将所述便携式溶氧仪安装在所述生物膜测试槽上的安装孔中。所述广口瓶中设置有位于废水中的曝气管盘，该曝气管盘的进气口与所述第一容器的进气管的末端连接，在所述曝气管盘的下方设置有第一磁力搅拌器。所述生物膜测试槽的底部安装有第二磁力搅拌器和第三磁力搅拌器，该第二磁力搅拌器和第三磁力搅拌器位于所述橡胶块的两侧。一种测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的方法，使用上述测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置，其特征在于，按照如下步骤进行:
51:人工配水,使用碳酸氢铵、磷酸氢二钾和碳酸氢钠配置废水,调节废水的PH值为
8.0，取配置的废水4L装入容积为5L的所述广口瓶中；
52:将氧气钢瓶和氣气钢瓶中的气体引出并混合后通入广口瓶中的废水中，开启曝气管盘进行曝气，开启第一磁力搅拌器进行搅拌，调节广口瓶中的废水溶液的氧浓度至2.5mg/L ； 53:用塑料管把广口瓶中的废水通过蠕动泵引至生物膜测试槽，废水充满生物膜测试槽后，将生物膜测试槽中的废水引出并循环回广口瓶中；
开启生物膜测试槽底部的第二磁力搅拌器和第三磁力搅拌器，对生物膜测试槽中的废水进行搅拌，将带胶塞的便携式溶氧仪插入并固定在生物膜测试槽上，测试生物膜测试槽中溶氧浓度，直到生物膜测试槽中废水溶氧浓度与广口瓶中废水溶氧浓度一致，并稳定在2.5 mg/L ；
54:从单级自养脱氮系统中选取小块生物膜放入测试槽，并用大孔的尼龙网固定于橡胶块的上表面，将溶解氧微电极插入生物膜测试槽，以测试生物膜内部微区溶氧分布。步骤SI中，所配置的废水的配水水质如下表:
权利要求
1.一种测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置，其特征在于:包括氧气输送装置、装有废水的第一容器(I)和装有废水的生物膜测试槽(2)，所述第一容器(I)设置有进气管、出水管和出气孔，该第一容器(I)的进气管和出水管的下端都位于该第一容器(I)内的废水液面下，所述氧气输送装置的出气端与所述第一容器(I)的进气管连接，还包括蠕动泵(3 )，所述第一容器(I)的出水管连接有蠕动泵(3 )的进水端，该蠕动泵(3 )的出水端通过水管与所述生物膜测试槽(2)的内部相通，该生物膜测试槽(2)还设置有回水管与所述第一容器(I)相通； 还包括橡胶块(4)，该橡胶块(4)设置在所述生物膜测试槽(2)底部，所述生物膜测试槽(2)中的废水液面高于所述橡胶块(4)的顶面，在该橡胶块(4)的顶面上还设置有用于固定放置在橡胶块顶面的生物膜的尼龙网； 还包括溶解氧微电极系统和便携式溶氧仪(6)，所述溶解氧微电极系统包括溶解氧微电极(5)、三维微电极推进器和溶解氧测试主机，所述溶解氧微电极(5)通过所述生物膜测试槽(2)顶部的开孔与所述橡胶块(4)的顶面上设置的生物膜接触，所述三维微电极推进器用于推动所述溶解氧微电极(5 )步进，所述溶解氧测试主机用于对所述溶解氧微电极(5)接收到的数据进行计算、处理和显示，所述便携式溶氧仪(6)安装在所述生物膜测试槽(2)上，且该便携式溶氧仪(6)的下部位于所述生物膜测试槽(2)中的废水中。
2.根据权利要求1所述的测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置，其特征在于，所述氧气输送装置包括一个带减压阀且充有纯氧气的氧气钢瓶、一个带减压阀且充有纯氮气的氮气钢瓶、两个流量计(11)和气体混合室(12)，所述氧气钢瓶和氮气钢瓶的输出端分别连接一个流量计(11)的输入端，该两个流量计(11)的输出端依次与所述气体混合室(12)的两个进气口连接，所述气体混合室(12)的出气口与所述第一容器(I)的进气管连接。
3.根据权利要求1所述的测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置，其特征在于，所述第一容器(I)为带胶塞的广口瓶，该广口瓶的容积为5L，所述广口瓶上的胶塞设置三个通孔，其中第一个通孔穿有所述第一容器(I)的进气管，第二个通孔穿有所述第一容器(O的出水管，第三个通孔用于将广口瓶内腔与外界大气连通。
4.根据权利要求1所述的测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置，其特征在于，所述便携式溶氧仪(6)呈圆柱形，该便携式溶氧仪(6)套有橡胶塞，所述生物膜测试槽(2)的顶部设置有与所述橡胶塞配合，用于将所述便携式溶氧仪(6)安装在所述生物膜测试槽(2)上的安装孔中。
5.根据权利要求2所述的测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置，其特征在于，所述广口瓶中设置有位于废水中的曝气管盘(7)，该曝气管盘(7)的进气口与所述第一容器(I)的进气管的末端连接，在所述曝气管盘(7)的下方设置有第一磁力搅拌器(8)。
6.根据权利要求1所述的测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置，其特征在于，所述生物膜测试槽(2)的底部安装有第二磁力搅拌器(9)和第三磁力搅拌器(10)，该第二磁力搅拌器(9)和第三磁力搅拌器(10)位于所述橡胶块(4)的两侧。
7.一种测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的方法，使用上述测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置，其特征在于，按照如下步骤进行: S1:人工配水,使用碳酸氢铵、磷酸氢二钾和碳酸氢钠配置废水,调节废水的PH值为8.0，取配置的废水4L装入容积为5L的所述广口瓶中； 52:将氧气钢瓶和氮气钢瓶中的气体引出并混合后通入广口瓶中的废水中，开启曝气管盘(7)进行曝气，开启第一磁力搅拌器(8)进行搅拌，调节广口瓶中的废水溶液的氧浓度至 2.5mg/L ； 53:用塑料管把广口瓶中的废水通过蠕动泵(3)引至生物膜测试槽(2)，废水充满生物膜测试槽(2)后，将生物膜测试槽(2)中的废水引出并循环回广口瓶中； 开启生物膜测试槽(2)底部的第二磁力搅拌器和第三磁力搅拌器，对生物膜测试槽(2)中的废水进行搅拌，将带胶塞的便携式溶氧仪(6)插入并固定在生物膜测试槽(2)上，测试生物膜测试槽(2)中溶氧浓度，直到生物膜测试槽(2)中废水溶氧浓度与广口瓶中废水溶氧浓度一致，并稳定在2.5 mg/L ； 54:从单级自养脱氮系统中选取小块生物膜放入测试槽，并用大孔的尼龙网固定于橡胶块(4)的上表面，将溶解氧微电极(5)插入生物膜测试槽(2)，以测试生物膜内部微区溶氧分布。
8.根据权利要求7所述的测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的方法，其特征在于，步骤SI中，所配置的废水的配水水质如下表:___
9.根据权利要求7所述的测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的方法，其特征在于，所述步骤S4中测试生物膜内部微区溶氧分布的步骤为:通过三维微电极推进器控制溶解氧微电极(5)的尖端空间位置，使溶解氧微电极(5)的尖端缓慢接近生物膜，当溶解氧微电极(5)的尖端到达生物膜表面时，记录溶解氧测试主机显示的读数，此后，溶解氧微电极(5)每次垂直于生物膜方向步进20 μ m，溶解氧测试主机计算生物膜不同厚度处溶解氧浓度，以此类推，测试生物膜内部溶解氧浓度分布，计算生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度。
10.根据权利要求9所述的测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的方法，其特征在于，所述生物膜不同厚度处溶解氧浓度的计算方法为:根据质量守恒定律，在稳态状态下: 溶解氧扩散进入的量=溶解氧扩散出的量+溶解氧反应消耗的量 扩散进入的量为:
全文摘要
测定生物膜好氧层厚度和厌氧层厚度的装置及测定方法，使用装废水的广口瓶和生物膜测试槽，向广口瓶中通入氧气调节废水的溶氧浓度，当广口瓶中废水的溶氧浓度达到设定数值后，将废水引入生物膜测试槽，当广口瓶和生物膜测试槽中的废水浓度达到实验数值后，在生物膜测试槽中放入生物膜，通过溶解氧微电极测定生物膜内部微观溶解氧浓度分布，计算生物膜好氧层厚度与厌氧层厚度。
文档编号G01N27/416GK103148823SQ201310081510
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者陈猷鹏, 宁运芳, 郭劲松, 方芳 申请人:重庆绿色智能技术研究院