一種氣液兩相交替的生物膜微環(huán)境檢測(cè)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種氣液兩相交替的生物膜微環(huán)境檢測(cè)方法，其尤其適于研究生物轉(zhuǎn)盤表面生物膜微環(huán)境，能夠克服目前微電極技術(shù)應(yīng)用于氣液兩相交替的生物膜內(nèi)微環(huán)境監(jiān)測(cè)的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣液兩相交替變化沖擊下的生物膜內(nèi)微環(huán)境的實(shí)時(shí)有效檢測(cè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法不受氣液兩相交替變化對(duì)微電極工作的干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣液交替的生物膜微環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過控制時(shí)間繼電器通斷狀態(tài)時(shí)間可以模擬不同氣液相變化周期；此外，本發(fā)明專利技術(shù)具有檢測(cè)更準(zhǔn)確、更真實(shí)的反映生物膜微環(huán)境狀態(tài)特點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于污水生物處理機(jī)制研究領(lǐng)域，具體涉及一種氣液兩相交替的生物膜微環(huán)境檢測(cè)方法。
技術(shù)介紹
氣液兩相交替生物膜是生物膜法污水處理技術(shù)的一種，這種附著性微生物膜反復(fù)接觸空氣和污水，使污水得到凈化。以生物轉(zhuǎn)盤為例，在驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下，附著生物膜的轉(zhuǎn)盤盤片交替與水相及氣相接觸，由于水相與氣相中氧含量不同，氣液兩相交替變化，從而在生物膜中形成一定的微環(huán)境梯度，這種梯度有利于不同微生物發(fā)揮其特定功能，進(jìn)而降解污水中不同種類有機(jī)物。因此，通過氣液兩相交替變化，使生物膜中微環(huán)境形成梯度，充分發(fā)揮相應(yīng)功能微生物活性，將是優(yōu)化類似生物轉(zhuǎn)盤這一類氣液兩相交替生物膜處理效率最為直接、有效的方式，而達(dá)到這個(gè)目的的首要前提是對(duì)生物膜微環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。20世紀(jì)90年代，微電極技術(shù)被應(yīng)用于研究廢水生物處理反應(yīng)器中的生物膜，包括好氧膜生物反應(yīng)器、厭氧膜生物反應(yīng)器、動(dòng)態(tài)膜生物反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤、滴濾池等。研究發(fā)現(xiàn)，微電極技術(shù)可以在無損或者微損的情況檢測(cè)生物膜內(nèi)部微觀環(huán)境中的分布。通過對(duì)生物膜內(nèi)外特性的測(cè)試和分析,研究影響反應(yīng)器運(yùn)行的關(guān)鍵因素,為優(yōu)化反應(yīng)器的運(yùn)行提供依據(jù)。已有研究表明，這種應(yīng)用微電極的檢測(cè)僅僅針對(duì)的是處于穩(wěn)定狀態(tài)下的一種介質(zhì)中，比如固定載體上的生物膜，而對(duì)像生物轉(zhuǎn)盤表面的生物膜這種在水相及氣相中交替運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，目前現(xiàn)有的方法無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確對(duì)氣液兩相交替生物膜中微環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而也無法對(duì)其機(jī)制進(jìn)行研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本專利技術(shù)提供了一種氣液兩相交替的生物膜微環(huán)境檢測(cè)方法，其尤其適于研究生物轉(zhuǎn)盤表面生物膜微環(huán)境，能夠克服目前微電極技術(shù)應(yīng)用于氣液兩相交替的生物膜內(nèi)微環(huán)境監(jiān)測(cè)的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣液兩相交替變化沖擊下的生物膜內(nèi)微環(huán)境的實(shí)時(shí)有效檢測(cè)。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種氣液兩相交替的生物膜微環(huán)境檢測(cè)方法，包括原水循環(huán)系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)及管路流向控制系統(tǒng)，所述管路流向控制系統(tǒng)包括兩個(gè)常開電磁閥、兩個(gè)常閉電磁閥、時(shí)間繼電器、連接管路及設(shè)置于電磁閥之間的蠕動(dòng)泵，包括以下步驟：（1）將待測(cè)生物膜從生物膜載體上取下，將其按照測(cè)試系統(tǒng)的生物膜搭載平臺(tái)的圓形鏤空面積剪取為合適大小，并固定在測(cè)試系統(tǒng)生物膜搭載平臺(tái)上，將測(cè)試系統(tǒng)微電極豎直插入待測(cè)生物膜；（2）向原水循環(huán)系統(tǒng)中加入原污水，控制時(shí)間繼電器接通以使其電磁閥通電，然后啟動(dòng)蠕動(dòng)泵，保持蠕動(dòng)泵一定流量，使原污水通過連接管路在原水循環(huán)系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)；（3）時(shí)間繼電器保持通電狀態(tài)，兩個(gè)常閉電磁閥處于打開狀態(tài)，兩個(gè)常開電磁閥處于閉合狀態(tài)，原污水在蠕動(dòng)泵作用下由原水循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)緩沖系統(tǒng)最終進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)，保持時(shí)間繼電器接通狀態(tài)，使測(cè)試系統(tǒng)中污水液位持續(xù)上升，最終整個(gè)生物膜處于液相當(dāng)中，由微電極實(shí)時(shí)記錄液相中生物膜微環(huán)境條件相關(guān)指標(biāo)變化；（4）時(shí)間繼電器保持接通一定時(shí)間后進(jìn)入斷開狀態(tài)，兩個(gè)常閉電磁閥處于閉合狀態(tài)，兩個(gè)常開電磁閥處于打開狀態(tài)，蠕動(dòng)泵一直保持工作，此時(shí)原污水開始由測(cè)試系統(tǒng)在蠕動(dòng)泵作用下經(jīng)緩沖系統(tǒng)回到原水循環(huán)系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)中污水液位開始逐步下降，生物膜由水相回到氣相當(dāng)中，由微電極檢測(cè)生物膜氣相中生物膜微環(huán)境條件相關(guān)指標(biāo)變化；（5）保持時(shí)間繼電器斷開狀態(tài)一定時(shí)間后，時(shí)間繼電器重新接通并保持通電狀態(tài)，返回執(zhí)行步驟（3），如此重復(fù)循環(huán)直至檢測(cè)完成。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，在所述步驟（2）中，向原水循環(huán)系統(tǒng)中加入5000mL原污水，接通時(shí)間繼電器，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵，調(diào)整其流量至500ml/min使污水通過連接管路在原水循環(huán)系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，在所述步驟（3）、（4）中，設(shè)定時(shí)間繼電器通斷時(shí)間為20s，測(cè)試系統(tǒng)中待測(cè)生物膜氣液兩相交替周期為40s/次，由微電極每秒鐘記錄一次生物膜微環(huán)境條件溶解氧濃度值，共記錄120s。本專利技術(shù)帶來的有益效果有：1、本方法不受氣液兩相交替變化對(duì)微電極工作的干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣液交替的生物膜微環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過控制時(shí)間繼電器通斷狀態(tài)時(shí)間可以模擬不同氣液相變化周期；2、與已有檢測(cè)方法相比，本專利技術(shù)具有檢測(cè)更準(zhǔn)確、更真實(shí)的反映生物膜微環(huán)境狀態(tài)特點(diǎn)。附圖說明下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明，附圖1為本專利技術(shù)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本專利技術(shù)生物膜搭載平臺(tái)結(jié)構(gòu)俯視圖；附圖3為附圖2中A-A剖視圖；附圖4為附圖2中B-B剖視圖；附圖5為實(shí)施例中生物轉(zhuǎn)盤生物膜表面（-5μm）溶解氧濃度檢測(cè)圖；附圖6為實(shí)施例中生物轉(zhuǎn)盤生物膜內(nèi)部（-200μm和-500μm）溶解氧濃度檢測(cè)圖；圖中各序號(hào)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)注名稱如下：1原水循環(huán)系統(tǒng)，2常開電磁閥，3常閉電磁閥，4時(shí)間繼電器，5緩沖系統(tǒng)，6測(cè)試系統(tǒng)，7生物膜搭載平臺(tái)，8微電極，9鐵架臺(tái)，10微電極傳感器電路。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說明，顯然，此處所描述的具體實(shí)施例及附圖為示例性而非限制性的，本專利技術(shù)的范圍不應(yīng)當(dāng)由示例性實(shí)施所限制，而應(yīng)當(dāng)僅由權(quán)利要求書及其等同范圍所限制，基于本專利技術(shù)中的實(shí)施案例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下，所獲得的所有其它實(shí)施例，均屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。實(shí)施例1參照附圖1至附圖4，一種氣液兩相交替的生物膜微環(huán)境檢測(cè)裝置，包括原水循環(huán)系統(tǒng)1、緩沖系統(tǒng)5、測(cè)試系統(tǒng)6及管路流向控制系統(tǒng)。其中，原水循環(huán)系統(tǒng)1為6000mL圓柱形敞口罐體，底部?jī)蓚?cè)設(shè)置進(jìn)、出水口，與進(jìn)出水管路連接，貯存的原污水用于提供測(cè)試裝置中生物膜氣液相交替變化水量要求。緩沖系統(tǒng)5為一對(duì)500mL圓柱形密閉罐體，底部一側(cè)設(shè)置進(jìn)水口，頂部一側(cè)設(shè)置出水口，兩個(gè)緩沖系統(tǒng)5分別安裝在測(cè)試系統(tǒng)6的進(jìn)出水管路上，用以對(duì)進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)6的原水流態(tài)進(jìn)行緩沖，避免引起原水溶解氧濃度等性質(zhì)的波動(dòng)，保證測(cè)試系統(tǒng)6進(jìn)出水性質(zhì)與原水保持一致。測(cè)試系統(tǒng)6為3000mL圓柱形敞口罐體，其固定于鐵架臺(tái)9上，底部?jī)蓚?cè)設(shè)置進(jìn)、出水口，通過進(jìn)出水管路與緩沖系統(tǒng)5連接，罐體內(nèi)液位變化通過管路流向控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)原水循環(huán)系統(tǒng)1的原污水流向來實(shí)現(xiàn)；在其罐體中部嵌有鏤空設(shè)計(jì)的圓環(huán)平臺(tái)，用以減輕測(cè)試系統(tǒng)6內(nèi)液位變化對(duì)平臺(tái)的沖擊，保證其穩(wěn)定支撐作用，圓環(huán)平臺(tái)內(nèi)支撐有中部鏤空的矩形生物膜搭載平臺(tái)7，保證了生物膜與液相的充分接觸以反應(yīng)生物膜微環(huán)境真實(shí)的狀況，生物膜搭載平臺(tái)7與圓環(huán)平臺(tái)成45度角傾斜，避免了測(cè)試系統(tǒng)6內(nèi)液位變化對(duì)生物膜的過度破壞。馴化成熟的生物膜固定在生物膜搭載平臺(tái)7上覆蓋其上部的圓形鏤空面積，測(cè)試系統(tǒng)6微電極傳感器電路10的微電極8豎直插入固定的生物膜內(nèi)。管路流向控制系統(tǒng)有兩個(gè)常開電磁閥2、兩個(gè)常閉電磁閥3、時(shí)間繼電器4、一個(gè)流量可控的蠕動(dòng)泵以及連接管路構(gòu)成，原水循環(huán)系統(tǒng)1依次連接常閉電磁閥3、常開電磁閥2、緩沖系統(tǒng)5、測(cè)試系統(tǒng)6、緩沖系統(tǒng)5、常開電磁閥2、常閉電磁閥3以此構(gòu)成循環(huán)回路。時(shí)間繼電器4控制電磁閥的通斷電，在保證蠕動(dòng)泵進(jìn)出水管路不改變的條件下，實(shí)現(xiàn)原水循環(huán)系統(tǒng)1和測(cè)試系統(tǒng)6進(jìn)出水的切換，即污水先從原水循環(huán)系統(tǒng)1進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)6實(shí)現(xiàn)液相生物膜環(huán)境，而后污水又從測(cè)試系統(tǒng)6回到原水循環(huán)系統(tǒng)1實(shí)現(xiàn)氣相生物膜環(huán)境，如此交替變化。實(shí)施例2一種氣液兩相交替的生物膜微環(huán)境檢測(cè)方法，包括原水循環(huán)系本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氣液兩相交替的生物膜微環(huán)境檢測(cè)方法，包括原水循環(huán)系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)及管路流向控制系統(tǒng)，所述管路流向控制系統(tǒng)包括兩個(gè)常開電磁閥、兩個(gè)常閉電磁閥、時(shí)間繼電器、連接管路及設(shè)置于電磁閥之間的蠕動(dòng)泵，其特征在于：包括以下步驟：（1）將待測(cè)生物膜從生物膜載體上取下，將其按照測(cè)試系統(tǒng)的生物膜搭載平臺(tái)的圓形鏤空面積剪取為合適大小，并固定在測(cè)試系統(tǒng)生物膜搭載平臺(tái)上，將測(cè)試系統(tǒng)微電極豎直插入待測(cè)生物膜；（2）向原水循環(huán)系統(tǒng)中加入原污水，控制時(shí)間繼電器接通以使其電磁閥通電，然后啟動(dòng)蠕動(dòng)泵，保持蠕動(dòng)泵一定流量，使原污水通過連接管路在原水循環(huán)系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)；（3）時(shí)間繼電器保持通電狀態(tài)，兩個(gè)常閉電磁閥處于打開狀態(tài)，兩個(gè)常開電磁閥處于閉合狀態(tài)，原污水在蠕動(dòng)泵作用下由原水循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)緩沖系統(tǒng)最終進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)，保持時(shí)間繼電器接通狀態(tài)，使測(cè)試系統(tǒng)中污水液位持續(xù)上升，最終整個(gè)生物膜處于液相當(dāng)中，由微電極實(shí)時(shí)記錄液相中生物膜微環(huán)境條件相關(guān)指標(biāo)變化；（4）時(shí)間繼電器保持接通一定時(shí)間后進(jìn)入斷開狀態(tài)，兩個(gè)常閉電磁閥處于閉合狀態(tài)，兩個(gè)常開電磁閥處于打開狀態(tài)，蠕動(dòng)泵一直保持工作，此時(shí)原污水開始由測(cè)試系統(tǒng)在蠕動(dòng)泵作用下經(jīng)緩沖系統(tǒng)回到原水循環(huán)系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)中污水液位開始逐步下降，生物膜由水相回到氣相當(dāng)中，由微電極檢測(cè)生物膜氣相中生物膜微環(huán)境條件相關(guān)指標(biāo)變化；（5）保持時(shí)間繼電器斷開狀態(tài)一定時(shí)間后，時(shí)間繼電器重新接通并保持通電狀態(tài)，返回執(zhí)行步驟（3），如此重復(fù)循環(huán)直至檢測(cè)完成。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種氣液兩相交替的生物膜微環(huán)境檢測(cè)方法，包括原水循環(huán)系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)及管路流向控制系統(tǒng)，所述管路流向控制系統(tǒng)包括兩個(gè)常開電磁閥、兩個(gè)常閉電磁閥、時(shí)間繼電器、連接管路及設(shè)置于電磁閥之間的蠕動(dòng)泵，其特征在于：包括以下步驟：（1）將待測(cè)生物膜從生物膜載體上取下，將其按照測(cè)試系統(tǒng)的生物膜搭載平臺(tái)的圓形鏤空面積剪取為合適大小，并固定在測(cè)試系統(tǒng)生物膜搭載平臺(tái)上，將測(cè)試系統(tǒng)微電極豎直插入待測(cè)生物膜；（2）向原水循環(huán)系統(tǒng)中加入原污水，控制時(shí)間繼電器接通以使其電磁閥通電，然后啟動(dòng)蠕動(dòng)泵，保持蠕動(dòng)泵一定流量，使原污水通過連接管路在原水循環(huán)系統(tǒng)、緩沖系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)；（3）時(shí)間繼電器保持通電狀態(tài)，兩個(gè)常閉電磁閥處于打開狀態(tài)，兩個(gè)常開電磁閥處于閉合狀態(tài)，原污水在蠕動(dòng)泵作用下由原水循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)緩沖系統(tǒng)最終進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)，保持時(shí)間繼電器接通狀態(tài)，使測(cè)試系統(tǒng)中污水液位持續(xù)上升，最終整個(gè)生物膜處于液相當(dāng)中，由微電極實(shí)時(shí)記錄液相中生物膜微環(huán)境條件相關(guān)指標(biāo)變化；（4）時(shí)間繼電器保持接通一定時(shí)間后進(jìn)入斷開...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉俊新，呂豐錦，韓云平，許光素，李衍博，郭雪松，徐展，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11