CN113916962A - 基于微生物膜现场活化的水质检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于微生物膜现场活化的水质检测系统和方法，所述基于微生物膜现场活化的水质检测系统包括检测装置，所述检测装置包括电极和检测池，所述检测池具有进口和出口；所述水质检测系统还包括微生物膜现场活化装置，所述微生物膜现场活化装置包括：第一容器的出口依次连接第一泵和第二容器；第一切换模块用于使所述第一泵选择性地连通所述第二容器和计量单元；第二切换模块用于使所述计量单元选择性地连通第三容器和第四容器；第三容器、检测池和第二泵设置在循环流路上。本发明具有自动化、活化效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测，特别涉及基于微生物膜现场活化的水质检测系统和方法。
背景技术
生化需氧量(BOD)，是指在规定条件下，微生物分解水中某些可氧化性物质、特别是有机物所进行的生物化学过程中消耗溶解氧的量，单位为毫克/升。其值越高，表明水中有机污染物含量越多，污染越严重。生化需氧量能相对的表示出微生物可分解有机污染物的量，符合水体自净化的实际情况，因而在水质监测和评价方面更具有实际操作意义。基于阳极溶出伏安法在线监测仪，由于成本低、灵敏度高、抗干扰能力强和快速方便等特点，是未来应对水质重金属快速监测的重要手段之一。
目前，国外已经有不少开发成商品的BOD微生物传感器出售。自1983年日本将BOD传感器开发成商品，从而使BOD生物传感器走上了标准化和商业化的轨道。如今国内也有不少的微微生物膜法BOD分析仪问世，沈阳分析仪器厂生产过SXI-V型快速BOD测定仪，天津赛普环保科技发展有限公司研制的BOD-220型分析仪等。随着水质在线监测需求的增加，微微生物膜法BOD在线分析仪也得到一定发展。2006年，中国科学院长春应用化学研究所的刘长宇等人发明了一种传感器式生化需氧量在线监测仪(CN 101000341 A)，在实验室BOD分析设备基础上增加采样单元和数据传输单元；2015年，该研究团队对上述装置进行了升级改造，发明了另外一种在线生化需氧量检测方法及装置(CN105116031A)，对整个流程进行简化处理。然而，微微生物膜法BOD实验室或在线分析仪在应用时还存在以下问题：
微微生物膜需要提前在实验室活化好带到现场更换，操作非常繁琐。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种基于微生物膜现场活化的水质检测系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于微生物膜现场活化的水质检测系统，所述基于微生物膜现场活化的水质检测系统包括检测装置，所述检测装置包括电极和检测池，所述检测池具有进口和出口；所述水质检测系统还包括微生物膜现场活化装置，所述微生物膜现场活化装置包括：
第一容器和第二容器，所述第一容器的出口依次连接第一泵和第二容器；
第一切换模块，所述第一切换模块用于使所述第一泵选择性地连通所述第二容器和计量单元；
第二切换模块，所述第二切换模块用于使所述计量单元选择性地连通第三容器和第四容器；
第三容器和第四容器，所述第三容器、检测池和第二泵设置在循环流路上。
本发明的目的还在于提供了基于微生物膜现场活化的水质检测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
基于微生物膜现场活化的水质检测方法，所述基于微生物膜现场活化的水质检测方法包括微生物膜现场活化阶段和检测阶段，所述微生物膜现场活化阶段包括步骤：
(A1)第一切换模块切换，第一泵工作，第一容器内的活化液依次经过第一泵和第一切换模块后进入第二容器，第二容器内的微生物膜活化；
(A2)排出所述第二容器内的活化液；取出所述微生物膜，并安装在检测单元内；
(A3)所述第一切换模块和第二切换模块切换，第一泵工作，所述第一容器内的活化液依次经过第一泵、第一切换模块、计量单元和第二切换模块后进入第三容器；
(A4)第二泵工作，所述第三容器内的活化液在所述检测单元、第二泵和第三容器组成的回路内循环流动，所述检测单元内的微生物膜活化；
(A5)停止循环，排出所述回路内的活化液；
(A6)所述第一切换模块和第二切换模块切换，第一泵工作，第四容器内的缓冲液依次经过所述第二切换模块和计量单元；
(A7)所述第一切换模块和第二切换模块切换，第一泵工作，所述计量单元内的缓冲液经过第二切换模块后进入第三容器；
(A8)第二泵工作，所述第三容器内的缓冲液在所述检测单元、第二泵和第三容器组成的回路内循环流动；
(A9)停止循环，排出所述回路内的缓冲液。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明设计了微生物膜现场活化装置，使得微生物膜的活化和水样检测同步进行，且在在用的微生物膜的使用寿命之前提前在现场在线活化，做到检测池内微生物膜的无缝衔接；
1.自动化活化；
微生物膜的活化池活化、上机活化和信号恢复均自动化进行，降低了活化难度；
2.水样检测和微生物膜的现场活化池活化同步进行。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的基于微生物膜现场活化的水质检测系统的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的微生物膜现场活化阶段的流程图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组成以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1给出了本发明实施例的基于微生物膜现场活化的水质检测系统的结构示意图，如图1所示，所述基于微生物膜现场活化的水质检测系统包括：
检测装置，所述检测装置包括电极和检测池，所述检测池具有进口和出口；
微生物膜现场活化装置，所述微生物膜现场活化装置包括：
第一容器11和第二容器12，所述第一容器11的出口依次连接第一泵21和第二容器12；
第一切换模块31，所述第一切换模块31用于使所述第一泵21选择性地连通所述第二容器12和计量单元41；
第二切换模块32，所述第二切换模块32用于使所述计量单元41选择性地连通第三容器13和第四容器14；
第三容器13和第四容器14，所述第三容器13、检测池51和第二泵22设置在循环流路上。
为了实现自动化排废功能，进一步地，所述微生物膜现场活化装置还包括：
第三切换模块33，所述第三切换模块33用于使所述第一泵21选择性地连通所述第一容器11和第五容器15；所述第一泵21用于实现所述第三切换模块33和第二容器12间液体的流动；
第五容器15，所述第五容器15连通所述第三切换模块33。
为了实现自动化排废功能，进一步地，所述微生物膜现场活化装置还包括：
第四切换模块34，所述第四切换模块34用于使所述检测池51选择性地连通所述第三容器13和第五容器15；所述第二泵22用于实现所述第四切换模块34和第三容器13间液体的流动。
为了实现信号恢复，进一步地，所述微生物膜现场活化装置还包括：
第五切换模块35，所述第五切换模块35用于使所述第二泵22选择性地连通所述第三容器13和第四容器14。
基于微生物膜现场活化的水质检测方法，所述基于微生物膜现场活化的水质检测方法包括微生物膜现场活化阶段和检测阶段，如图2所示，所述微生物膜现场活化阶段包括步骤：
(A1)第一切换模块31切换，第一泵21工作，第一容器11内的活化液依次经过第一泵21和第一切换模块31后进入第二容器12，第二容器12内的微生物膜活化；
(A2)排出所述第二容器12内的活化液；取出所述微生物膜，并安装在检测单元的检测池51内；
(A3)所述第一切换模块31和第二切换模块32切换，第一泵21工作，所述第一容器11内的活化液依次经过第一泵21、第一切换模块31、计量单元41和第二切换模块32后进入第三容器13；
(A4)第二泵22工作，所述第三容器13内的活化液在所述检测池51、第二泵22和第三容器13组成的回路内循环流动，所述检测池51内的微生物膜活化；
(A5)停止循环，排出所述回路内的活化液；
(A6)所述第一切换模块31和第二切换模块32切换，第一泵21工作，第四容器14内的缓冲液依次经过所述第二切换模块32和计量单元41；
(A7)所述第一切换模块31和第二切换模块32切换，第一泵21工作，所述计量单元41内的缓冲液经过第二切换模块32后进入第三容器13；
(A8)第二泵22工作，所述第三容器13内的缓冲液在所述检测池51、第二泵22和第三容器13组成的回路内循环流动；
(A9)停止循环，排出所述回路内的缓冲液。
为了更好地排废，进一步地，所述微生物膜现场活化阶段还包括步骤：
(A10)所述第一切换模块31、第二切换模块32和第三切换模块33切换，第一泵21工作，所述第三容器13内的缓冲液依次经过第二切换模块32、计量单元41、第一切换模块31、第一泵21和第三切换模块33后进入第五容器15；所述第一泵21通过所述第三切换模块33选择性地连通所述第一容器11和第五容器15。
为了自动化地排废，进一步地，在步骤(A2)中，所述第二容器12内活化液的排出方式为；
第一切换模块31和第三切换模块33切换，第一泵21工作，第二容器12内的活化液依次经过第一切换模块31、第一泵21和第三切换模块33后进入第五容器15。
为了自动化地排废，进一步地，在步骤(A5)和步骤(A9)中，所述回路内液体的排出方式为：
切换第四切换模块34，所述回路内的液体流动，穿过所述第四切换模块34后进入第五容器15内，所述检测池51通过所述第四切换模块34选择性地连通所述第三容器13和第五容器15。
为了恢复信号，进一步地，所述微生物膜现场活化阶段还包括步骤：
(A11)第四切换模块34和第五切换模块35切换，第一泵21工作，所述第四容器14内的缓冲液依次经过第五切换模块35、第二泵22和第四切换模块34后进入第五容器15；所述第二泵22通过所述第五切换模块35选择性地连通所述第三容器13和第四容器14，所述检测池51通过所述第四切换模块34选择性地连通第三容器13和第五容器15。
实施例2：
根据本发明实施例1的水质检测系统和方法在水样BOD检测中的应用例。
在该应用例中，如图1所示，检测池51包括本体，所述本体具有盲孔，所述进口和出口连通所述盲孔，所述电极和微生物膜设置在所述盲孔内，微生物膜将所述盲孔分为上下部分，所述电极处于所述上部分内，所述进口和出口连通下部分；
第一泵21通过第三切换模块33选择性地连通第一容器11和第五容器15，检测池51通过第四切换模块34选择地连通第三容器13和第五容器15，第二泵22通过第五切换模块35选择性地连通第六切换模块36和第三容器13；还设置第六切换模块36，使得第五切换模块35选择性地连通第四容器14和水样；第一-第六切换模块均采用电磁三通阀；第一泵21和第二泵22均采用蠕动泵，利用蠕动泵的正转和反转实现液体的流动；计量单元41采用计量杯，并在第一切换模块31和计量杯之间设置液体检测单元42；
第一容器11容纳配制好的活化液，第二容器12用于容纳微生物膜和活化液，第三容器13用于容纳活化液和缓冲液，第四容器144容纳缓冲液，第五容器15容纳活化液和缓冲液的废液，第六容器16容纳待测水样。
本发明实施例的基于微生物膜现场活化的水质检测方法，也即根据本发明实施例的水质检测系统的工作方法，所述基于微生物膜现场活化的水质检测方法包括微生物膜现场活化阶段和检测阶段，如图2所示，所述微生物膜现场活化阶段包括步骤：
(A1)第一切换模块31和第三切换模块33切换，第一泵(反转)21工作，第一容器11内的活化液依次经过第三切换模块33、第一泵21和第一切换模块31后进入第二容器12，第二容器12内的微生物膜活化；
之后，按照上述方式，第一容器11内的活化液脉冲式地进入所述第二容器12；
(A2)排出所述第二容器12内的活化液：第一切换模块31和第三切换模块33切换，第一泵21(正转)工作，第二容器12内的活化液依次经过第一切换模块31、第一泵21和第三切换模块33后进入第五容器15；
取出所述微生物膜，并安装在检测池51内；
(A3)所述第一切换模块31、第二切换模块32和第三切换模块33切换，第一泵21(反转)工作，所述第一容器11内的活化液依次经过第三切换模块33、第一泵21、第一切换模块31、计量单元41和第二切换模块32后进入第三容器；
(A4)第二泵22工作，所述第三容器13内的活化液在所述检测池51、第二泵22和第三容器13组成的回路内循环流动，所述检测池51内的微生物膜活化；
(A5)停止循环，排出所述回路内的活化液：切换第四切换模块34，第二泵22工作，所述回路内的液体流动，穿过所述第四切换模块34后进入第五容器15内，所述检测池51通过所述第四切换模块34选择性地连通所述第三容器13和第五容器15；
(A6)所述第一切换模块31和第二切换模块32切换，第一泵21工作，第四容器14内的缓冲液依次经过所述第二切换模块32和计量单元41，当所述液体检测单元42检测到液体时，第一泵21停止工作；
(A7)所述第一切换模块31和第二切换模块32切换，第一泵21工作，所述计量单元41内的缓冲液经过第二切换模块32后进入第三容器13；
重复步骤(A6)-(A7)多次，从而将缓冲液送第三容器13内；
所述第一切换模块31和第二切换模块32切换，第一泵21抽气空气，经过第二切换模块32、定量单元41后进入第三容器13内，搅拌缓冲液；
(A8)第四切换模块34和第五切换模块35切换，第二泵22工作，所述第三容器13内的缓冲液在所述检测池51、第二泵22和第三容器3组成的回路内循环流动；
(A9)停止循环，排出所述回路内的缓冲液：切换第四切换模块34，所述回路内的液体流动，穿过所述第四切换模块34后进入第五容器15内；
(A10)所述第一切换模块31、第二切换模块32和第三切换模块33切换，第一泵21工作，所述第三容器13内的缓冲液依次经过第二切换模块32、计量单元41、第一切换模块31、第一泵21和第三切换模块33后进入所述第五容器15；
(A11)第四切换模块34、第五切换模块35和第六切换模块36切换，第一泵21工作，所述第四容器14内的缓冲液依次经过第六切换模块36、第五切换模块35、第二泵22和第四切换模块34后进入第五容器15；所述第二泵22通过所述第五切换模块35选择性地连通所述第三容器13和第四容器14，所述检测池51通过所述第四切换模块34选择性地连通第三容器13和第五容器15。
Claims (10)
1.基于微生物膜现场活化的水质检测系统，所述基于微生物膜现场活化的水质检测系统包括检测装置，所述检测装置包括电极和检测池，所述检测池具有进口和出口；其特征在于，所述水质检测系统还包括微生物膜现场活化装置，所述微生物膜现场活化装置包括：
第一容器和第二容器，所述第一容器的出口依次连接第一泵和第二容器；
第一切换模块，所述第一切换模块用于使所述第一泵选择性地连通所述第二容器和计量单元；
第二切换模块，所述第二切换模块用于使所述计量单元选择性地连通第三容器和第四容器；
第三容器和第四容器，所述第三容器、检测池和第二泵设置在循环流路上。
2.根据权利要求1所述的水质检测系统，其特征在于，所述微生物膜现场活化装置还包括：
第三切换模块，所述第三切换模块用于使所述第一泵选择性地连通所述第一容器和第五容器；所述第一泵用于实现所述第三切换模块和第二容器间液体的流动；
第五容器，所述第五容器连通所述第三切换模块。
3.根据权利要求2所述的水质检测系统，其特征在于，所述微生物膜现场活化装置还包括：
第四切换模块，所述第四切换模块用于使所述检测池选择性地连通所述第三容器和第五容器；所述第二泵用于实现所述第四切换模块和第三容器间液体的流动。
4.根据权利要求3所述的水质检测系统，其特征在于，所述微生物膜现场活化装置还包括：
第五切换模块，所述第五切换模块用于使所述第二泵选择性地连通所述第三容器和第四容器。
5.根据权利要求1所述的水质检测系统，其特征在于，所述检测池包括：
本体，所述本体具有盲孔，所述进口和出口连通所述盲孔，所述电极设置在所述盲孔内。
6.基于微生物膜现场活化的水质检测方法，所述基于微生物膜现场活化的水质检测方法包括微生物膜现场活化阶段和检测阶段，所述微生物膜现场活化阶段包括步骤：
(A1)第一切换模块切换，第一泵工作，第一容器内的活化液依次经过第一泵和第一切换模块后进入第二容器，第二容器内的微生物膜活化；
(A2)排出所述第二容器内的活化液；取出所述微生物膜，并安装在检测单元内；
(A3)所述第一切换模块和第二切换模块切换，第一泵工作，所述第一容器内的活化液依次经过第一泵、第一切换模块、计量单元和第二切换模块后进入第三容器；
(A4)第二泵工作，所述第三容器内的活化液在所述检测单元、第二泵和第三容器组成的回路内循环流动，所述检测单元内的微生物膜活化；
(A5)停止循环，排出所述回路内的活化液；
(A6)所述第一切换模块和第二切换模块切换，第一泵工作，第四容器内的缓冲液依次经过所述第二切换模块和计量单元；
(A7)所述第一切换模块和第二切换模块切换，第一泵工作，所述计量单元内的缓冲液经过第二切换模块后进入第三容器；
(A8)第二泵工作，所述第三容器内的缓冲液在所述检测单元、第二泵和第三容器组成的回路内循环流动；
(A9)停止循环，排出所述回路内的缓冲液。
7.根据权利要求6所述的基于微生物膜现场活化的水质检测方法，其特征在于，所述微生物膜现场活化阶段还包括步骤：
(A10)所述第一切换模块、第二切换模块和第三切换模块切换，第一泵工作，所述第三容器内的缓冲液依次经过第二切换模块、计量单元、第一切换模块、第一泵和第三切换模块后进入第五容器；所述第一泵通过所述第三切换模块选择性地连通所述第一容器和第五容器。
8.根据权利要求6所述的基于微生物膜现场活化的水质检测方法，其特征在于，在步骤(A2)中，所述第二容器内活化液的排出方式为；
第一切换模块和第三切换模块切换，第一泵工作，第二容器内的活化液依次经过第一切换模块、第一泵和第三切换模块后进入第五容器。
9.根据权利要求6所述的基于微生物膜现场活化的水质检测方法，其特征在于，在步骤(A5)和步骤(A9)中，所述回路内液体的排出方式为：
切换第四切换模块，所述回路内的液体流动，穿过所述第四切换模块后进入第五容器内，所述检测单元通过所述第四切换模块选择性地连通所述第三容器和第五容器。
10.根据权利要求7所述的基于微生物膜现场活化的水质检测方法，其特征在于，所述微生物膜现场活化阶段还包括步骤：
(A11)第四切换模块和第五切换模块切换，第一泵工作，所述第四容器内的缓冲液依次经过第五切换模块、第二泵和第四切换模块后进入第五容器；所述第二泵通过所述第五切换模块选择性地连通所述第三容器和第四容器，所述检测单元通过所述第四切换模块选择性地连通第三容器和第五容器。
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2021
- 2021-09-27 CN CN202111138612.3A patent/CN113916962A/zh active Pending
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