立式柱状微生物反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开的立式柱状微生物反应器是生化需氧量（BOD）测量专用传感器，由反应器腔体、反应器底座、网状微生物床、溶解氧检测电极、控温系统和搅拌系统构成。反应器腔体置于反应器底座上,网状微生物床、溶解氧检测电极、控温系统温度传感器置于反应器腔体内，控温系统的半导体加热器和搅拌系统的磁力搅拌泵置于反应器底座内，搅拌系统的循环管路置于反应器腔体外侧并将反应器腔体底部和上部连通。网状微生物床为网状圆柱体结构，置于反应器腔体中部，反应器腔体上下两部分通过网状微生物床的网孔连通，网状微生物床的网孔孔径为1.5～2.0毫米。本实用新型使微生物反应器的体积缩小，减小了加热和搅拌系统的功率，实现了BOD的快速测量。
【专利说明】立式柱状微生物反应器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水质监测仪器，特别是涉及海水中生化需氧量的测量仪器。
【背景技术】
[0002]生化需氧量(BOD)是海水水质监测的主要指标之一。BOD测量的标准方法是现场取样实验室分析，将水样在20°C 土 1°C条件下培养5天，分别测定样品培养前后的溶解氧值，二者之差即是微生物降解有机物所消耗的溶解氧，通常称五日生化耗氧量，以B0D5表示。这种方法操作复杂、耗时、费力、时效性差，因此，BOD快速测量和在线测量的技术研究不断取得进展。现有的BOD快速测量方法有微生物膜法和微生物反应器法。
[0003]采用微生物反应器法的BOD快速测量仪的关键部件是微生物反应器。现有BOD快速测量仪所用的微生物反应器通常体积较大，从900毫升到3升，并且是由好几部分连接而成，缺乏整体性，不是一体化的测量传感器。
[0004]图1显示现有一款BOD快速测量仪所用环形微生物反应器的截面结构，所述环形微生物反应器为环形反应器腔体A2、溶解氧检测腔体AS和循环泵A6与连接管路A7构成的大型组合装置。
[0005]环形反应器腔体A2内放置许多管状微生物床A4，管状微生物床A4在环形反应器腔体A2内随水样流动，循环泵A6提供水样在环形反应器腔体A2内流动的动力。溶解氧检测腔体AS与环形反应器腔体A2由连接管路A7连通，溶解氧检测电极Al设置在溶解氧检测腔体AS内。管状微生物床A4的内壁上附着大量微生物菌群，微生物菌群将环形反应器腔体A2内水样的有机物氧化，环形反应器腔体A2内的水样经过循环泵A6连接的管路进入循环泵A6，再经过循环泵A6与溶解氧检测腔体AS连接的管路进入溶解氧检测腔体AS，最后又经过溶解氧检测腔体AS与反应器腔体A2连接的管路回到环形反应器腔体A2，完成循环，同时溶解氧检测电极Al检测微生物菌群的短时耗氧量，并计算出总耗氧量(五日耗氧量)。BOD的测定需要在恒定温度下进行，线绕电阻式加热器A5位于环形反应器腔体A2的中央，温度传感器A3浸在环形反应器腔体A2的水样中，它们在单片机的控制下完成恒温控制。
[0006]但是，上述BOD的快速测量所用微生物反应器容积较大，在900毫升以上，管状微生物床A4在环形反应器腔体A2内随水样流动，消耗试剂较多，能耗也偏大。而且，这种反应器由几部分组成的大型组合装置，缺乏整体性，维修、更换甚是不便，影响了实际使用。
实用新型内容
[0007]针对上述现有BOD快速测量技术的微生物反应器所存在的问题，本实用新型推出新型的微生物反应器，将固定式网状生物床、内嵌式搅拌泵、溶解氧检测电极置于同一个立柱状壳体内，实现反应器的小型一体化，减少了反应器容积，节省试剂量和能耗，更利于维修更换。
[0008]本实用新型所涉及的立式柱状微生物反应器呈立柱状结构，包括反应器腔体、反应器底座、网状微生物床、溶解氧检测电极、控温系统和搅拌系统，控温系统由温度传感器和半导体加热器构成，搅拌系统由磁力搅拌泵和循环管路构成。反应器腔体置于反应器底座上，网状微生物床、溶解氧检测电极、控温系统的温度传感器置于反应器腔体内，控温系统的半导体加热器和搅拌系统的磁力搅拌泵置于反应器底座内，搅拌系统的循环管路置于反应器腔体外侧，循环管路将反应器腔体底部和上部连通。
[0009]反应器腔体是盛待测海水水样的容器，为圆筒状结构，置于反应器底座上。反应器底座为圆柱体结构，上部有凹陷敞口，上部的凹陷敞口与反应器腔体下部连通。反应器底座顶部的螺纹接口与反应器腔体圆筒壳体下端连接，反应器腔体与反应器底座上下连接形成容纳待测海水水样的密闭容器。
[0010]网状微生物床为网状圆柱体结构，置于反应器腔体中部，固定在反应器腔体圆筒壳体内壁上，网孔孔径为1.5~2.0毫米。网状微生物床将反应器腔体分成上下两部分，上下两部分通过网状微生物床的网孔连通，网状微生物床圆柱体的中心轴线与反应器腔体中心轴线重合。
[0011]磁力搅拌泵为内嵌式搅拌泵，设置在反应器底座的凹陷敞口内，并置于反应器腔体下部待测海水水样中，可以直接提供海水水样的水平方向流速。
[0012]半导体加热器设置在反应器底座的凹陷敞口内，位于磁力搅拌泵之上，为反应器腔体下部待测海水水样加热。磁力搅拌泵搅动加热水样流动，可以较快将热量散发出去。
[0013]循环管路置于反应器腔体圆筒壳体外侧，循环管路上端从反应器腔体圆筒壳体端盖插入反应器腔体上部，循环管路下端插入反应器底座上部的凹陷敞口，将反应器腔体底部以及反应器底座上部与反应器腔体上部连通。
[0014]溶解氧检测电极插入反应器腔体内，穿过网状微生物床，并由锁紧压兰固定在反应器腔体圆筒壳体的端盖上。
[0015]温度传感器设置在反应器腔体圆筒壳体端盖上，温度传感器的测量探头插入反应器腔体内，与待测海水水样接触。
[0016]温度传感器、溶解氧检测电极、半导体加热器和磁力搅拌泵分别与微生物反应器外部计算控制单元的单片机连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为现有技术的环形微生物反应器截面结构示意图；
[0018]图2为本实用新型的立式柱状微生物反应器结构示意图。
[0019]图中标记说明:
[0020]Al、溶解氧检测电极A2、环形反应器腔体
[0021]A3、温度传感器A4、管状微生物床
[0022]A5、电阻式加热器A6、循环泵
[0023]A7、连接管路AS、溶解氧检测腔体
[0024]1、溶解氧检测电极2、锁紧压兰
[0025]3、温度传感器4、出水口
[0026]5、网状微生物床6、反应器腔体
[0027]7、半导体加热器8、进水口
[0028]9、磁力搅拌泵10、反应器底座[0029]11、循环管路【具体实施方式】
[0030]结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。如图2所示，本实用新型所涉及的立式柱状微生物反应器呈立柱状结构，包括反应器腔体6、反应器底座10、网状微生物床5、溶解氧检测电极1、控温系统和搅拌系统，控温系统由温度传感器3和半导体加热器7构成，搅拌系统由磁力搅拌泵9和循环管路11构成。反应器腔体6置于反应器底座10上，网状微生物床5、溶解氧检测电极1、控温系统温度传感器3置于反应器腔体6内，控温系统的半导体加热器7和搅拌系统的磁力搅拌泵9置于反应器底座10内，搅拌系统的循环管路11置于反应器腔体6的外侧，循环管路11将反应器腔体6的底部和上部连通。
[0031]反应器腔体6是盛待测海水水样的容器，为圆筒状结构，置于反应器底座10上。反应器底座10为圆柱体结构，上部有凹陷敞口，上部的凹陷敞口与反应器腔体6下部连通。反应器底座10顶部的螺纹接口与反应器腔体6的圆筒壳体下端连接，反应器腔体6与反应器底座10上下连接形成容纳待测海水水样的密闭容器。反应器腔体6的内径为60毫米，深度为100毫米，有效容积为280毫升。待测海水水样从反应器底座10上部的进水口 8进入，经反应器平衡和水样测量后，从位于反应器腔体6上部的出水口 4流出。
[0032]网状微生物床5为网状圆柱体结构，置于反应器腔体6的中部，固定在反应器腔体6的圆筒壳体内壁上，网孔孔径为1.5?2.0毫米。网状微生物床5将反应器腔体6分成上下两部分，上下两部分通过网状微生物床6的网孔连通，网状微生物床6的圆柱体中心轴线与反应器腔体中心轴线重合。
[0033]磁力搅拌泵9为内嵌式搅拌泵，设置在反应器底座10的凹陷敞口内，并置于反应器腔体6下部待测海水水样中，可以直接提供海水水样的水平方向流速。
[0034]半导体加热器7设置在反应器底座10的凹陷敞口内，位于磁力搅拌泵9之上，为反应器腔体6下部待测海水水样加热。磁力搅拌泵9搅动的加热水样水流可以较快将热量散发出去。半导体加热器7表面附有绝缘防水层。
[0035]循环管路11置于反应器腔体6的圆筒壳体外侧，循环管路11上端从反应器腔体6的圆筒壳体端盖插入反应器腔体6上部，循环管路11下端插入反应器底座10的上部，将反应器腔体6底部以及反应器底座10上部与反应器腔体6的上部连通。磁力搅拌泵9搅拌下水平方向流动的海水水样，同时通过循环管路11自下而上循环流动。
[0036]溶解氧检测电极I插入反应器腔体6内，并由锁紧压兰2固定在反应器腔体6圆筒壳体的端盖上。
[0037]温度传感器3设置在反应器腔体6的圆筒壳体端盖上，温度传感器3的测量探头插入反应器腔体6中，与待测海水水样接触。
[0038]温度传感器3、溶解氧检测电极1、半导体加热器7和磁力搅拌泵9分别与微生物反应器外部计算控制单元的单片机连接。
[0039]本实用新型涉及的立式柱状微生物反应器是BOD快速测量仪的关键部件，与计量泵、恒氧器和单片机相连接构成完整的BOD测量系统。
[0040]BOD测量仪的测定步骤包括反应器平衡、水样测量、测量结果计算以及反应器再平衡，实现自动化测量。[0041]进行测量时，在带有单片机的计算控制单元的控制下，计量泵先将BOD标准液(如2mg/L),以恒定的流量经过恒氧装置，再经进样口 8进入反应器。反应器中的磁力搅拌泵9和循环管路11构成的搅拌系统将进入反应器中的标准液运送至网状生物床5处，并使反应器腔体中各处水体的浓度均匀。反应器中的半导体加热器7、温度传感器3和设在反应器外的单片机构成了恒温系统，恒温系统和搅拌系统共同为反应器提供了稳定的反应环境。在反应器中反应过的标准液自动从出水口 4溢出，经过一段时间，由于进样速率恒定，内部反应条件恒定，氧化速率恒定，反应器中的溶解氧检测电极I的测值也趋于稳定平衡。将此时的溶解氧测值记为DCV
[0042]系统平衡后，计量泵再切换进入待测水样，待测水样也是以恒定的流量经过恒氧装置，再经进样口 8进入反应器，反应后并从出水口 4溢出。由于待测水样中有机物的浓度与BOD标准液不同，即进水有机物的浓度改变，反应速率就发生了变化，原有的平衡状态就被打破，溶解氧的含量增高或降低，反应器中的溶解氧检测电极I测值也就发生变化，将切换待测水样20分钟后溶解氧检测电极I测值记为DO1，可根据20分钟反应器中溶解氧的变化量(ADO=DO1-DO0)计算出B0D5。有实验证实有机物浓度(BOD5)与初始氧化速率(ADO)的关系在一定范围内是线性关系，如下式:
[0043]B0D5=k Δ D0+b
[0044]式中Λ DO即为20分钟反应器中溶解氧的变化量；b为截距，是BOD标准液的BOD5值；斜率k是与反应器和反应条件相关的氧化效率系数。
[0045]完成一次测量后，需将水样重新切换成BOD标准液，仪器需重新恢复到稳定平衡状态，以便进行下一次测量。
[0046]以上叙述本实用新型的工作过程是在单片机控制下自动完成的，数据的获得、计算、处理和测量结果的存储都是自动化的。
[0047]本实用新型涉及的立式柱状微生物反应器为一体化的紧凑结构，网状生物床的比表面积大、附着菌群密度大，减少了反应器容积，反应器容积只有280毫升，减少了试剂用量和能源消耗，具有体积小、重量轻、操作简便等特点，实现了 BOD的快速测量，极大地提高了工作效率和测量的时效性。满足了海洋环境监测的需要，具有显著的实用性。
【权利要求】
1.一种立式柱状微生物反应器，其特征在于:包括反应器腔体、反应器底座、网状微生物床、溶解氧检测电极、控温系统和搅拌系统，控温系统由温度传感器和半导体加热器构成，搅拌系统由磁力搅拌泵和循环管路构成；反应器腔体置于反应器底座上，网状微生物床、溶解氧检测电极、控温系统温度传感器置于反应器腔体内，控温系统的半导体加热器和搅拌系统的磁力搅拌泵置于反应器底座内，搅拌系统的循环管路置于反应器腔体外侧，循环管路将反应器腔体底部和上部连通；反应器腔体是为圆筒状结构，反应器底座为圆柱体结构，反应器底座上部的凹陷敞口与反应器腔体下部连通，反应器腔体与反应器底座上下连接形成容纳待测海水水样的密闭容器。
2.根据权利要求1所述的立式柱状微生物反应器，其特征在于，所述网状微生物床为网状圆柱体结构，置于反应器腔体中部，固定在圆筒壳体内壁上，网状微生物床将反应器腔体分成上下两部分，上下两部分通过网状微生物床的网孔连通，网状微生物床圆柱体的中心轴线与反应器腔体中心轴线重合。
3.根据权利要求2所述的立式柱状微生物反应器，其特征在于，所述网状微生物床的网孔孔径为1.5?2.0毫米。
4.根据权利要求1所述的立式柱状微生物反应器，其特征在于，所述反应器腔体的内径为60毫米，深度为100毫米，有效容积为280毫升。
5.根据权利要求1所述的立式柱状微生物反应器，其特征在于，所述溶解氧检测电极插入反应器腔体内并穿过网状微生物床，溶解氧检测电极由锁紧压兰固定在圆筒壳体端盖上；所述溶解氧检测电极与外部计算控制单元的单片机连接。
6.根据权利要求1所述的立式柱状微生物反应器，其特征在于，所述循环管路置于反应器腔体圆筒壳体外侧，循环管路上端从反应器腔体圆筒壳体端盖插入反应器腔体上部，循环管路下端插入反应器底座上部的凹陷敞口，将反应器腔体底部以及反应器底座上部与反应器腔体上部连通。
7.根据权利要求1所述的立式柱状微生物反应器，其特征在于，所述磁力搅拌泵为内嵌式搅拌泵，设置在反应器底座的凹陷敞口内； 所述半导体加热器设置在反应器底座的凹陷敞口内，位于磁力搅拌泵之上，为反应器腔体下部待测海水水样加热，磁力搅拌泵搅动的加热水样水流可以较快将热量散发出去。
8.根据权利要求1所述的立式柱状微生物反应器，其特征在于，所述半导体加热器表面附有绝缘防水层。
9.根据权利要求1所述的立式柱状微生物反应器，其特征在于，所述温度传感器设置在反应器腔体圆筒壳体端盖上，温度传感器的测量探头插入反应器腔体中，与待测海水水样接触；所述温度传感器与外部计算控制单元的单片机连接。
【文档编号】G01N27/26GK203672825SQ201420032748
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】张世强, 宋正超 申请人:国家海洋技术中心