立式柱狀微生物反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開的立式柱狀微生物反應(yīng)器是生化需氧量（BOD）測量專用傳感器，由反應(yīng)器腔體、反應(yīng)器底座、網(wǎng)狀微生物床、溶解氧檢測電極、控溫系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)構(gòu)成。反應(yīng)器腔體置于反應(yīng)器底座上,網(wǎng)狀微生物床、溶解氧檢測電極、控溫系統(tǒng)溫度傳感器置于反應(yīng)器腔體內(nèi)，控溫系統(tǒng)的半導(dǎo)體加熱器和攪拌系統(tǒng)的磁力攪拌泵置于反應(yīng)器底座內(nèi)，攪拌系統(tǒng)的循環(huán)管路置于反應(yīng)器腔體外側(cè)并將反應(yīng)器腔體底部和上部連通。網(wǎng)狀微生物床為網(wǎng)狀圓柱體結(jié)構(gòu)，置于反應(yīng)器腔體中部，反應(yīng)器腔體上下兩部分通過網(wǎng)狀微生物床的網(wǎng)孔連通，網(wǎng)狀微生物床的網(wǎng)孔孔徑為1.5～2.0毫米。本實用新型使微生物反應(yīng)器的體積縮小，減小了加熱和攪拌系統(tǒng)的功率，實現(xiàn)了BOD的快速測量。
【專利說明】立式柱狀微生物反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及水質(zhì)監(jiān)測儀器，特別是涉及海水中生化需氧量的測量儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]生化需氧量(BOD)是海水水質(zhì)監(jiān)測的主要指標(biāo)之一。BOD測量的標(biāo)準(zhǔn)方法是現(xiàn)場取樣實驗室分析，將水樣在20°C 土 1°C條件下培養(yǎng)5天，分別測定樣品培養(yǎng)前后的溶解氧值，二者之差即是微生物降解有機(jī)物所消耗的溶解氧，通常稱五日生化耗氧量，以B0D5表示。這種方法操作復(fù)雜、耗時、費力、時效性差，因此，BOD快速測量和在線測量的技術(shù)研究不斷取得進(jìn)展。現(xiàn)有的BOD快速測量方法有微生物膜法和微生物反應(yīng)器法。
[0003]采用微生物反應(yīng)器法的BOD快速測量儀的關(guān)鍵部件是微生物反應(yīng)器。現(xiàn)有BOD快速測量儀所用的微生物反應(yīng)器通常體積較大，從900毫升到3升，并且是由好幾部分連接而成，缺乏整體性，不是一體化的測量傳感器。
[0004]圖1顯示現(xiàn)有一款BOD快速測量儀所用環(huán)形微生物反應(yīng)器的截面結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形微生物反應(yīng)器為環(huán)形反應(yīng)器腔體A2、溶解氧檢測腔體AS和循環(huán)泵A6與連接管路A7構(gòu)成的大型組合裝置。
[0005]環(huán)形反應(yīng)器腔體A2內(nèi)放置許多管狀微生物床A4，管狀微生物床A4在環(huán)形反應(yīng)器腔體A2內(nèi)隨水樣流動，循環(huán)泵A6提供水樣在環(huán)形反應(yīng)器腔體A2內(nèi)流動的動力。溶解氧檢測腔體AS與環(huán)形反應(yīng)器腔體A2由連接管路A7連通，溶解氧檢測電極Al設(shè)置在溶解氧檢測腔體AS內(nèi)。管狀微生物床A4的內(nèi)壁上附著大量微生物菌群，微生物菌群將環(huán)形反應(yīng)器腔體A2內(nèi)水樣的有機(jī)物氧化，環(huán)形反應(yīng)器腔體A2內(nèi)的水樣經(jīng)過循環(huán)泵A6連接的管路進(jìn)入循環(huán)泵A6，再經(jīng)過循環(huán)泵A6與溶解氧檢測腔體AS連接的管路進(jìn)入溶解氧檢測腔體AS，最后又經(jīng)過溶解氧檢測腔體AS與反應(yīng)器腔體A2連接的管路回到環(huán)形反應(yīng)器腔體A2，完成循環(huán)，同時溶解氧檢測電極Al檢測微生物菌群的短時耗氧量，并計算出總耗氧量(五日耗氧量)。BOD的測定需要在恒定溫度下進(jìn)行，線繞電阻式加熱器A5位于環(huán)形反應(yīng)器腔體A2的中央，溫度傳感器A3浸在環(huán)形反應(yīng)器腔體A2的水樣中，它們在單片機(jī)的控制下完成恒溫控制。
[0006]但是，上述BOD的快速測量所用微生物反應(yīng)器容積較大，在900毫升以上，管狀微生物床A4在環(huán)形反應(yīng)器腔體A2內(nèi)隨水樣流動，消耗試劑較多，能耗也偏大。而且，這種反應(yīng)器由幾部分組成的大型組合裝置，缺乏整體性，維修、更換甚是不便，影響了實際使用。
實用新型內(nèi)容
[0007]針對上述現(xiàn)有BOD快速測量技術(shù)的微生物反應(yīng)器所存在的問題，本實用新型推出新型的微生物反應(yīng)器，將固定式網(wǎng)狀生物床、內(nèi)嵌式攪拌泵、溶解氧檢測電極置于同一個立柱狀殼體內(nèi)，實現(xiàn)反應(yīng)器的小型一體化，減少了反應(yīng)器容積，節(jié)省試劑量和能耗，更利于維修更換。
[0008]本實用新型所涉及的立式柱狀微生物反應(yīng)器呈立柱狀結(jié)構(gòu)，包括反應(yīng)器腔體、反應(yīng)器底座、網(wǎng)狀微生物床、溶解氧檢測電極、控溫系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)，控溫系統(tǒng)由溫度傳感器和半導(dǎo)體加熱器構(gòu)成，攪拌系統(tǒng)由磁力攪拌泵和循環(huán)管路構(gòu)成。反應(yīng)器腔體置于反應(yīng)器底座上，網(wǎng)狀微生物床、溶解氧檢測電極、控溫系統(tǒng)的溫度傳感器置于反應(yīng)器腔體內(nèi)，控溫系統(tǒng)的半導(dǎo)體加熱器和攪拌系統(tǒng)的磁力攪拌泵置于反應(yīng)器底座內(nèi)，攪拌系統(tǒng)的循環(huán)管路置于反應(yīng)器腔體外側(cè)，循環(huán)管路將反應(yīng)器腔體底部和上部連通。
[0009]反應(yīng)器腔體是盛待測海水水樣的容器，為圓筒狀結(jié)構(gòu)，置于反應(yīng)器底座上。反應(yīng)器底座為圓柱體結(jié)構(gòu)，上部有凹陷敞口，上部的凹陷敞口與反應(yīng)器腔體下部連通。反應(yīng)器底座頂部的螺紋接口與反應(yīng)器腔體圓筒殼體下端連接，反應(yīng)器腔體與反應(yīng)器底座上下連接形成容納待測海水水樣的密閉容器。
[0010]網(wǎng)狀微生物床為網(wǎng)狀圓柱體結(jié)構(gòu)，置于反應(yīng)器腔體中部，固定在反應(yīng)器腔體圓筒殼體內(nèi)壁上，網(wǎng)孔孔徑為1.5~2.0毫米。網(wǎng)狀微生物床將反應(yīng)器腔體分成上下兩部分，上下兩部分通過網(wǎng)狀微生物床的網(wǎng)孔連通，網(wǎng)狀微生物床圓柱體的中心軸線與反應(yīng)器腔體中心軸線重合。
[0011]磁力攪拌泵為內(nèi)嵌式攪拌泵，設(shè)置在反應(yīng)器底座的凹陷敞口內(nèi)，并置于反應(yīng)器腔體下部待測海水水樣中，可以直接提供海水水樣的水平方向流速。
[0012]半導(dǎo)體加熱器設(shè)置在反應(yīng)器底座的凹陷敞口內(nèi)，位于磁力攪拌泵之上，為反應(yīng)器腔體下部待測海水水樣加熱。磁力攪拌泵攪動加熱水樣流動，可以較快將熱量散發(fā)出去。
[0013]循環(huán)管路置于反應(yīng)器腔體圓筒殼體外側(cè)，循環(huán)管路上端從反應(yīng)器腔體圓筒殼體端蓋插入反應(yīng)器腔體上部，循環(huán)管路下端插入反應(yīng)器底座上部的凹陷敞口，將反應(yīng)器腔體底部以及反應(yīng)器底座上部與反應(yīng)器腔體上部連通。
[0014]溶解氧檢測電極插入反應(yīng)器腔體內(nèi)，穿過網(wǎng)狀微生物床，并由鎖緊壓蘭固定在反應(yīng)器腔體圓筒殼體的端蓋上。
[0015]溫度傳感器設(shè)置在反應(yīng)器腔體圓筒殼體端蓋上，溫度傳感器的測量探頭插入反應(yīng)器腔體內(nèi)，與待測海水水樣接觸。
[0016]溫度傳感器、溶解氧檢測電極、半導(dǎo)體加熱器和磁力攪拌泵分別與微生物反應(yīng)器外部計算控制單元的單片機(jī)連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)形微生物反應(yīng)器截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實用新型的立式柱狀微生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中標(biāo)記說明:
[0020]Al、溶解氧檢測電極A2、環(huán)形反應(yīng)器腔體
[0021]A3、溫度傳感器A4、管狀微生物床
[0022]A5、電阻式加熱器A6、循環(huán)泵
[0023]A7、連接管路AS、溶解氧檢測腔體
[0024]1、溶解氧檢測電極2、鎖緊壓蘭
[0025]3、溫度傳感器4、出水口
[0026]5、網(wǎng)狀微生物床6、反應(yīng)器腔體
[0027]7、半導(dǎo)體加熱器8、進(jìn)水口
[0028]9、磁力攪拌泵10、反應(yīng)器底座[0029]11、循環(huán)管路【具體實施方式】
[0030]結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。如圖2所示，本實用新型所涉及的立式柱狀微生物反應(yīng)器呈立柱狀結(jié)構(gòu)，包括反應(yīng)器腔體6、反應(yīng)器底座10、網(wǎng)狀微生物床5、溶解氧檢測電極1、控溫系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)，控溫系統(tǒng)由溫度傳感器3和半導(dǎo)體加熱器7構(gòu)成，攪拌系統(tǒng)由磁力攪拌泵9和循環(huán)管路11構(gòu)成。反應(yīng)器腔體6置于反應(yīng)器底座10上，網(wǎng)狀微生物床5、溶解氧檢測電極1、控溫系統(tǒng)溫度傳感器3置于反應(yīng)器腔體6內(nèi)，控溫系統(tǒng)的半導(dǎo)體加熱器7和攪拌系統(tǒng)的磁力攪拌泵9置于反應(yīng)器底座10內(nèi)，攪拌系統(tǒng)的循環(huán)管路11置于反應(yīng)器腔體6的外側(cè)，循環(huán)管路11將反應(yīng)器腔體6的底部和上部連通。
[0031]反應(yīng)器腔體6是盛待測海水水樣的容器，為圓筒狀結(jié)構(gòu)，置于反應(yīng)器底座10上。反應(yīng)器底座10為圓柱體結(jié)構(gòu)，上部有凹陷敞口，上部的凹陷敞口與反應(yīng)器腔體6下部連通。反應(yīng)器底座10頂部的螺紋接口與反應(yīng)器腔體6的圓筒殼體下端連接，反應(yīng)器腔體6與反應(yīng)器底座10上下連接形成容納待測海水水樣的密閉容器。反應(yīng)器腔體6的內(nèi)徑為60毫米，深度為100毫米，有效容積為280毫升。待測海水水樣從反應(yīng)器底座10上部的進(jìn)水口 8進(jìn)入，經(jīng)反應(yīng)器平衡和水樣測量后，從位于反應(yīng)器腔體6上部的出水口 4流出。
[0032]網(wǎng)狀微生物床5為網(wǎng)狀圓柱體結(jié)構(gòu)，置于反應(yīng)器腔體6的中部，固定在反應(yīng)器腔體6的圓筒殼體內(nèi)壁上，網(wǎng)孔孔徑為1.5?2.0毫米。網(wǎng)狀微生物床5將反應(yīng)器腔體6分成上下兩部分，上下兩部分通過網(wǎng)狀微生物床6的網(wǎng)孔連通，網(wǎng)狀微生物床6的圓柱體中心軸線與反應(yīng)器腔體中心軸線重合。
[0033]磁力攪拌泵9為內(nèi)嵌式攪拌泵，設(shè)置在反應(yīng)器底座10的凹陷敞口內(nèi)，并置于反應(yīng)器腔體6下部待測海水水樣中，可以直接提供海水水樣的水平方向流速。
[0034]半導(dǎo)體加熱器7設(shè)置在反應(yīng)器底座10的凹陷敞口內(nèi)，位于磁力攪拌泵9之上，為反應(yīng)器腔體6下部待測海水水樣加熱。磁力攪拌泵9攪動的加熱水樣水流可以較快將熱量散發(fā)出去。半導(dǎo)體加熱器7表面附有絕緣防水層。
[0035]循環(huán)管路11置于反應(yīng)器腔體6的圓筒殼體外側(cè)，循環(huán)管路11上端從反應(yīng)器腔體6的圓筒殼體端蓋插入反應(yīng)器腔體6上部，循環(huán)管路11下端插入反應(yīng)器底座10的上部，將反應(yīng)器腔體6底部以及反應(yīng)器底座10上部與反應(yīng)器腔體6的上部連通。磁力攪拌泵9攪拌下水平方向流動的海水水樣，同時通過循環(huán)管路11自下而上循環(huán)流動。
[0036]溶解氧檢測電極I插入反應(yīng)器腔體6內(nèi)，并由鎖緊壓蘭2固定在反應(yīng)器腔體6圓筒殼體的端蓋上。
[0037]溫度傳感器3設(shè)置在反應(yīng)器腔體6的圓筒殼體端蓋上，溫度傳感器3的測量探頭插入反應(yīng)器腔體6中，與待測海水水樣接觸。
[0038]溫度傳感器3、溶解氧檢測電極1、半導(dǎo)體加熱器7和磁力攪拌泵9分別與微生物反應(yīng)器外部計算控制單元的單片機(jī)連接。
[0039]本實用新型涉及的立式柱狀微生物反應(yīng)器是BOD快速測量儀的關(guān)鍵部件，與計量泵、恒氧器和單片機(jī)相連接構(gòu)成完整的BOD測量系統(tǒng)。
[0040]BOD測量儀的測定步驟包括反應(yīng)器平衡、水樣測量、測量結(jié)果計算以及反應(yīng)器再平衡，實現(xiàn)自動化測量。[0041]進(jìn)行測量時，在帶有單片機(jī)的計算控制單元的控制下，計量泵先將BOD標(biāo)準(zhǔn)液(如2mg/L),以恒定的流量經(jīng)過恒氧裝置，再經(jīng)進(jìn)樣口 8進(jìn)入反應(yīng)器。反應(yīng)器中的磁力攪拌泵9和循環(huán)管路11構(gòu)成的攪拌系統(tǒng)將進(jìn)入反應(yīng)器中的標(biāo)準(zhǔn)液運送至網(wǎng)狀生物床5處，并使反應(yīng)器腔體中各處水體的濃度均勻。反應(yīng)器中的半導(dǎo)體加熱器7、溫度傳感器3和設(shè)在反應(yīng)器外的單片機(jī)構(gòu)成了恒溫系統(tǒng)，恒溫系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)共同為反應(yīng)器提供了穩(wěn)定的反應(yīng)環(huán)境。在反應(yīng)器中反應(yīng)過的標(biāo)準(zhǔn)液自動從出水口 4溢出，經(jīng)過一段時間，由于進(jìn)樣速率恒定，內(nèi)部反應(yīng)條件恒定，氧化速率恒定，反應(yīng)器中的溶解氧檢測電極I的測值也趨于穩(wěn)定平衡。將此時的溶解氧測值記為DCV
[0042]系統(tǒng)平衡后，計量泵再切換進(jìn)入待測水樣，待測水樣也是以恒定的流量經(jīng)過恒氧裝置，再經(jīng)進(jìn)樣口 8進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)后并從出水口 4溢出。由于待測水樣中有機(jī)物的濃度與BOD標(biāo)準(zhǔn)液不同，即進(jìn)水有機(jī)物的濃度改變，反應(yīng)速率就發(fā)生了變化，原有的平衡狀態(tài)就被打破，溶解氧的含量增高或降低，反應(yīng)器中的溶解氧檢測電極I測值也就發(fā)生變化，將切換待測水樣20分鐘后溶解氧檢測電極I測值記為DO1，可根據(jù)20分鐘反應(yīng)器中溶解氧的變化量(ADO=DO1-DO0)計算出B0D5。有實驗證實有機(jī)物濃度(BOD5)與初始氧化速率(ADO)的關(guān)系在一定范圍內(nèi)是線性關(guān)系，如下式:
[0043]B0D5=k Δ D0+b
[0044]式中Λ DO即為20分鐘反應(yīng)器中溶解氧的變化量；b為截距，是BOD標(biāo)準(zhǔn)液的BOD5值；斜率k是與反應(yīng)器和反應(yīng)條件相關(guān)的氧化效率系數(shù)。
[0045]完成一次測量后，需將水樣重新切換成BOD標(biāo)準(zhǔn)液，儀器需重新恢復(fù)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)，以便進(jìn)行下一次測量。
[0046]以上敘述本實用新型的工作過程是在單片機(jī)控制下自動完成的，數(shù)據(jù)的獲得、計算、處理和測量結(jié)果的存儲都是自動化的。
[0047]本實用新型涉及的立式柱狀微生物反應(yīng)器為一體化的緊湊結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀生物床的比表面積大、附著菌群密度大，減少了反應(yīng)器容積，反應(yīng)器容積只有280毫升，減少了試劑用量和能源消耗，具有體積小、重量輕、操作簡便等特點，實現(xiàn)了 BOD的快速測量，極大地提高了工作效率和測量的時效性。滿足了海洋環(huán)境監(jiān)測的需要，具有顯著的實用性。
【權(quán)利要求】
1.一種立式柱狀微生物反應(yīng)器，其特征在于:包括反應(yīng)器腔體、反應(yīng)器底座、網(wǎng)狀微生物床、溶解氧檢測電極、控溫系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)，控溫系統(tǒng)由溫度傳感器和半導(dǎo)體加熱器構(gòu)成，攪拌系統(tǒng)由磁力攪拌泵和循環(huán)管路構(gòu)成；反應(yīng)器腔體置于反應(yīng)器底座上，網(wǎng)狀微生物床、溶解氧檢測電極、控溫系統(tǒng)溫度傳感器置于反應(yīng)器腔體內(nèi)，控溫系統(tǒng)的半導(dǎo)體加熱器和攪拌系統(tǒng)的磁力攪拌泵置于反應(yīng)器底座內(nèi)，攪拌系統(tǒng)的循環(huán)管路置于反應(yīng)器腔體外側(cè)，循環(huán)管路將反應(yīng)器腔體底部和上部連通；反應(yīng)器腔體是為圓筒狀結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器底座為圓柱體結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器底座上部的凹陷敞口與反應(yīng)器腔體下部連通，反應(yīng)器腔體與反應(yīng)器底座上下連接形成容納待測海水水樣的密閉容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式柱狀微生物反應(yīng)器，其特征在于，所述網(wǎng)狀微生物床為網(wǎng)狀圓柱體結(jié)構(gòu)，置于反應(yīng)器腔體中部，固定在圓筒殼體內(nèi)壁上，網(wǎng)狀微生物床將反應(yīng)器腔體分成上下兩部分，上下兩部分通過網(wǎng)狀微生物床的網(wǎng)孔連通，網(wǎng)狀微生物床圓柱體的中心軸線與反應(yīng)器腔體中心軸線重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立式柱狀微生物反應(yīng)器，其特征在于，所述網(wǎng)狀微生物床的網(wǎng)孔孔徑為1.5?2.0毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式柱狀微生物反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器腔體的內(nèi)徑為60毫米，深度為100毫米，有效容積為280毫升。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式柱狀微生物反應(yīng)器，其特征在于，所述溶解氧檢測電極插入反應(yīng)器腔體內(nèi)并穿過網(wǎng)狀微生物床，溶解氧檢測電極由鎖緊壓蘭固定在圓筒殼體端蓋上；所述溶解氧檢測電極與外部計算控制單元的單片機(jī)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式柱狀微生物反應(yīng)器，其特征在于，所述循環(huán)管路置于反應(yīng)器腔體圓筒殼體外側(cè)，循環(huán)管路上端從反應(yīng)器腔體圓筒殼體端蓋插入反應(yīng)器腔體上部，循環(huán)管路下端插入反應(yīng)器底座上部的凹陷敞口，將反應(yīng)器腔體底部以及反應(yīng)器底座上部與反應(yīng)器腔體上部連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式柱狀微生物反應(yīng)器，其特征在于，所述磁力攪拌泵為內(nèi)嵌式攪拌泵，設(shè)置在反應(yīng)器底座的凹陷敞口內(nèi)； 所述半導(dǎo)體加熱器設(shè)置在反應(yīng)器底座的凹陷敞口內(nèi)，位于磁力攪拌泵之上，為反應(yīng)器腔體下部待測海水水樣加熱，磁力攪拌泵攪動的加熱水樣水流可以較快將熱量散發(fā)出去。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式柱狀微生物反應(yīng)器，其特征在于，所述半導(dǎo)體加熱器表面附有絕緣防水層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式柱狀微生物反應(yīng)器，其特征在于，所述溫度傳感器設(shè)置在反應(yīng)器腔體圓筒殼體端蓋上，溫度傳感器的測量探頭插入反應(yīng)器腔體中，與待測海水水樣接觸；所述溫度傳感器與外部計算控制單元的單片機(jī)連接。
【文檔編號】G01N27/26GK203672825SQ201420032748
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】張世強, 宋正超 申請人:國家海洋技術(shù)中心