生化需氧量bod在線測定儀的製作方法

2023-12-06 13:25:31 2

專利名稱：生化需氧量bod在線測定儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水體BOD的連續不間斷測定的測定儀。
背景技術：
生化需氧量(BOD)是指在規定的條件下，微生物分解水中的某些可被氧化的物質，特別是分解有機物的生物化學過程消耗的溶解氧i。BOD是檢測水體汙染程度最重要的指標之一。當生活汙水或工業汙水排放至江，河或湖泊後，水體中的好氧微生物便分解汙水中的成分，因而水體中溶解氧便被大量消耗，使得一些需要大量氧氣才能存活的生物如魚類難以生存。另一方面，為了減少環境的汙染，在汙水排放至自然水體中之前會先進行處理，以除去含有的大部分有機物。目前採用最廣泛的處理方法是微生物降解法，在此方法處理汙水的過程中，處理前汙水的B0D，暴氧池中的BOD都是監控運行處理過程極為重要的參數，而處理後汙水的BOD因由相關法規所約束，必須持續的監控。因此目前絕大部分國家都有自己的BOD標準以保護本國的環境。我國環境保護部在2009年10月20日頒布了最新的中華人民共和國國家環境保護標準HJ505-2009即《水質五日生化需氧量(BOM)的測定稀釋與接種法》i。根據此標準， BOD的測試過程需要5天時間，如此長的時間間隔無法保證汙水處理能符合法律的可靠運行，極大地限制了其應用；而且，測試過程極為複雜，不僅費時費力，對於操作人員也有極高的要求。到目前為止，在解決常規BOD測試時間過長的問題上已有諸多的努力，其中最有影響的是日本人Siuichi Suzuki發明的生物膜BOD快速檢測法ii。該方法可在30分鐘內快速檢測BOD並且操作非常簡單。根據這種方法，微生物固定在溶氧電極表面的膜上。在不含有有機物的樣品中，溶解氧電極的讀數保持穩定，而當樣品中包含有有機物時，固定於膜中的微生物會消耗溶解氧以分解有機物，因此溶解氧濃度會隨包含有機物的濃度的增大而減小。有機物的濃度是正比於溶解氧的減少值。雖然該方法非常簡單而迅速，但其也存在相當大的問題第一，由於固定於溶氧電極膜上的微生物的活性會隨時間而變化，因此需要頻繁的校正設備。第二，由於固定於膜上的微生物品種有限，在實際應用中很容易遇到超出固定微生物所能分解的有機物成分，從而造成測試結果偏低的問題。第三，當樣品中的有機物濃度超過一定範圍時，膜上固定微生物的氧氣消耗速率便不再增加，達到飽和，使其測量範圍有限。第四，生物膜本身的性質對於測試結果也有相當大的影響，例如膜的厚度，內部孔徑等。第五，由於生物膜需要頻繁更換，因此無法實現BOD的連續在線監測。現有方法的局限性導致了目前的BOD快速檢測設備無法真正提供快速準確的水體參數，所以極大的限制了 BOD在環境監測中的應用。特別是在當前環境監測數位化，網絡化和全天候不間斷檢測的趨勢下，研發一種可連續在線監測的設備將大大提高我國水體環境監測領域的效率。
發明內容[0006]本實用新型的目的是針對上述現狀，旨在提供一種能提供快速準確的水體參數， 連續在線監測生化需氧量的生化需氧量BOD在線測定儀。本實用新型目的的實現方式為，生化需氧量BOD在線測定儀，汙水泵接導管一，稀釋水泵接導管二，空氣泵接導管三，緩衝液泵接導管四，導管一、二、三、四接曝氣池，曝氣池與反應器連通的進樣管上裝水泵，反應器通過導線與控制器連接，導線上裝溶氧電極，反應器的進樣管、出樣管上裝溶氧電極一、溶氧電極二，控制器接汙水泵、稀釋水泵，反應器中放置有固定微生物的多孔陶瓷，下方有磁力攪拌器，反應器由水浴，油浴或發熱材料直接包裹。控制器的單片機的腳接溶氧傳感器一，沈腳接收溶氧傳感器二，30腳經光電隔離器一接汙水泵，四腳經光電隔離器二接稀釋水泵，32腳接電平轉換晶片的10腳，33腳接電平轉換晶片的9腳，電平轉換晶片的7腳、8腳和地，通過RS232連接到計算機。本實用新型工作時，待測汙水經汙水泵，稀釋水經稀釋水泵、空氣經由空氣泵泵到曝氣池，曝氣達到溶解氧飽和的情況下，持續流入密閉反應器，活性汙泥中所含菌群通過吸附固定於多孔陶瓷上。反應後流出汙水的溶解氧濃度被溶氧傳感器持續監測。控制器自動調節輸入汙水的流動速率以保持流出汙水的溶氧濃度保持恆定。已知BOD值的標準樣品被用來確定在反應後流出樣品溶解氧濃度保持一定值的情況下的樣品輸入流速；根據待測樣品的在反應後溶氧濃度達到同樣定值的條件下的流速與標準樣品輸入流速相比較，即可通過計算得知待測樣品的BOD值。本實用新型與基於生物膜的BOD快速測定方法相比有以下優點1)避免了生物膜的微生物的密度種類的限制。2)不消耗昂貴的生物膜，無需替換耗材。3)整個測量流程完全自動化，不需人為幹預。4)設備量程只取決於汙水泵、稀釋水泵的流速範圍，不需考慮稀釋問題；5)可以連續監測，隨時顯示水體的動態BOD值，做到實時監測。6)可以通過網絡組成環境監測物聯網，大大提高了環境監測效率。

圖1是本實用新型結構示意圖，圖2是本實用新型測試原理圖，圖3是本實用新型電原理框圖。
具體實施方式參照圖1，汙水泵5接導管一 1，稀釋水泵6接導管二 2，空氣泵4接導管三3，緩衝液泵8接導管四7，導管一、二、三、四接曝氣池9，曝氣池9與反應器13連通的進樣管上裝水泵10，反應器13通過導線與控制器17連接，導線上裝溶氧電極11，反應器13的進樣管 18、出樣管15上裝溶氧電極一 11、溶氧電極二 16，控制器接汙水泵5、稀釋水泵6。反應器中放置有固定微生物的多孔陶瓷14，下方有磁力攪拌器12。反應器9由水浴，油浴或發熱材料直接包裹。 反應器13為玻璃、有機玻璃、不鏽鋼、陶瓷等材料製備的反應器。反應器由水浴，油浴或發熱材料直接包裹加熱以保持管內溫度恆定。本發明的溶氧傳感器可以採用電化學溶氧電極或者螢光溶氧電極。本實用新型工作時，待測汙水經汙水泵5、導管一 1，稀釋水經稀釋水泵6、導管二 2 泵到曝氣池9。緩衝液經緩衝液泵8、導管四7泵入曝氣池9，以使得待測溶液pH值保持在 7左右。空氣經由空氣泵4、導管三3泵入曝氣池9，使得曝氣池內富含氧氣。水泵10將曝氣池內混合均勻的液體以恆定的流量泵入反應器13。在通過進樣管18進入反應器13前， 溶氧電極一 U測量輸入液體的氧氣含量，並將結果通過導線輸入到控制器17。活性汙泥中所含菌群通過吸附固定於多孔陶瓷14上，反應器中的液體由磁力攪拌器12帶動攪拌子攪動，以保證擴散均勻。反應後的液體從出樣管15流出，流出時，由溶氧電極二 16測量輸出液體的氧氣含量，並將結果通過導線輸入控制器19。控制器將根據溶氧電極一、二測量結果控制汙水泵 5、稀釋水泵6的泵入速度以合適的比例稀釋樣品。在保持最後反應後樣品含氧量一定的條件下，標準樣品輸入速率與待測樣品輸入速率的比值乘以標準樣品的BOD值即為待測樣品的BOD值。測試原理是基於米氏方程(Michaelis-Menten equation)V = Vfflax* (C/Kffl+C)式中，V是反應速度，Vfflax是最大反應速度，C是底物濃度，Kffl是米氏常數。當C遠小於Km時，該方程可以近似簡化為V = Vfflax* (C/KJ該近似方程表示在底物濃度較低時，反應速度近似正比於底物濃度，也就是說在輸入有機汙染物濃度在較低的範圍區間時，其濃度正比於氧氣消耗速度。米氏方程在酶量恆定和底物濃度不受擴散控制時成立，這些條件在反應器中可用多孔材料作為固定介質和利用磁力攪拌增強底物擴散速度來滿足。參照圖2，橫軸代表有機汙染物濃度，也就是底物濃度，縱軸代表反應速度，橫軸上方曲線代表米氏方程。Ctl代表遠小於Km的一個固定底物濃度，根據簡化後的米氏方程，該濃度處於線性區間內。橫軸下方的斜線代表有機汙染物濃度的稀釋倍數。當待測底物濃度 C位於非線性區域時，例如圖中所示濃度C1,則將其稀釋II1倍，使得待測底物濃度C1可達到線性區間內的固定濃度Q。因此對於任意超過Ctl的底物濃度，均可通過稀釋使其等於C。。計算過程如下測試過程在20°C，760Torr下進行，此時溶解氧濃度約為9mg/L，如果操作壓力改變，可根據亨利定律(Henry』 s Law, C = K*P)計算溶解氧濃度。設標準溶液底物BOD值為BODtl，在稀釋Iitl倍後進入反應器反應，使得兩個氧電極測得氧濃度差為Δ O2, BOD0/n0 = Δ O2,利用控制器控制稀釋比例η，使得Δ O2保持恆定，當未知樣品的BOD值為B0Dx，則有 B0Dx/nx = Δ O2,則未知樣品的BOD值可計算為BODx = B0DQ*nx/n。。參照圖3，控制器17的單片機19的22腳接溶氧傳感器一 11的輸入信號，沈腳接收溶氧傳感器二 16，30腳經光電隔離器一 21接汙水泵5，四腳經光電隔離器二 22接稀釋水泵6，32腳接電平轉換晶片20的10腳，33腳接電平轉換晶片20的9腳，電平轉換晶片的 7腳、8腳和地，通過RS232連接到計算機。單片機選用美國analog公司的ADUC7020，光電隔離器一和光電隔離器二均選用avago公司的6N137，電平轉換20選用maxim公司的MAX232。控制器17的單片機19 (MCU)的22腳接收溶氧傳感器一 11的輸入信號，單片機19 的26腳接收溶氧傳感器二 16的輸入信號，經過計算，通過單片機19的30腳輸出控制信號， 經過光電隔離器21後控制汙水泵5的轉速；單片機19的四腳輸出控制信號，經過光電隔離器22後控制稀釋水泵6的轉速。單片機19的32腳接電平轉換晶片20的10腳，單片機 19的33腳接電平轉換晶片20的9腳，電平轉換晶片20的7腳，8腳和地，通過RS232連接到計算機。計算機通過網絡即時將測量結果發送至環境監測站，並通過網絡組成環境監測物聯網，大大提高了環境監測效率。參考文件i環境保護部，《水質五日生化需氧量(BOM)的測定稀釋與接種法》，中華人民共和國國家環境保護標準HJ505-2009。Hi US Pat No. 4, 350, 763
權利要求1.生化需氧量BOD在線測定儀，其特徵在於汙水泵接導管一，稀釋水泵接導管二，空氣泵接導管三，緩衝液泵接導管四，導管一、二、三、四接曝氣池，曝氣池與反應器連通的進樣管上裝水泵，反應器通過導線與控制器連接，導線上裝溶氧電極，反應器的進樣管、出樣管上裝溶氧電極一、溶氧電極二，控制器接汙水泵、稀釋水泵，反應器中放置有固定微生物的多孔陶瓷，下方有磁力攪拌器，反應器由水浴，油浴或發熱材料直接包裹。控制器的單片機的腳接溶氧傳感器一，26腳接收溶氧傳感器二，30腳經光電隔離器一接汙水泵，四腳經光電隔離器二接稀釋水泵，32腳接電平轉換晶片的10腳，33腳接電平轉換晶片的9腳，電平轉換晶片的7腳、8腳和地，通過RS232連接到計算機。
2.根據權利要求1所述的生化需氧量BOD在線測定儀，其特徵在於反應器(13)為玻璃、有機玻璃、不鏽鋼、陶瓷等材料製備的反應器
3.根據權利要求1所述的生化需氧量BOD在線測定儀，其特徵在於溶氧傳感器採用電化學溶氧電極或者螢光溶氧電極。
專利摘要本實用新型涉及一種生化需氧量BOD在線測定儀。汙水泵、稀釋水泵、空氣泵、緩衝液泵接接曝氣池，曝氣池與反應器連通，反應器與控制器連接，連接管、連接導線上裝溶氧電極，控制器接汙水泵、稀釋水泵。待測汙水經汙水泵，稀釋水經稀釋水泵、空氣經由空氣泵泵到曝氣池曝氣達到溶解氧飽和的情況下，通過反應器的多孔陶瓷後，測量通過多孔陶瓷材料前後溶解氧濃度變化。反應後流出汙水的溶解氧濃度被溶氧傳感器持續監測。控制器控制樣品輸入流速以使溶解氧濃度變化保持恆定，根據待測樣品的在反應後溶氧濃度達到同樣定值的條件下的流速與標準樣品輸入流速相比較計算出BOD值。本實用新型整個測量流程完全自動化，可連續實時監測，隨時顯示水體的動態BOD值。
文檔編號G01N27/26GK202083662SQ20112014160
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月6日 優先權日2011年5月6日
發明者陳威 申請人:湖北博凡生物科技有限公司