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生化需氧量在线自动监测仪的研制及应用

作　者: 申兰芹
导　师: 王晓辉；赵保谦
学　校: 河北科技大学
专　业: 环境工程
关键词: 生化需氧量微生物传感器在线自动监测制药废水生活污水
分类号: X853
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

生化需氧量是反映水体被有机物污染程度的综合指标,也是研究污水可生化降解性和生化处理效果的主要指标。在水质环境监测中,生化需氧量是重要的监测项目,是生化处理污水工艺设计和动力学研究的重要参数,是保证水体自净的重要指标之一。目前国内外普遍采用五日生化培养法,该方法操作比较复杂、耗时长,对操作人员要求较高、不能迅速地反映水体污染状况和判断有机物降解情况,信息反馈滞后,不能起到及时指导生产和科研的作用,也无法及时为环境管理和决策提供科学的依据。虽然近年来出现了如库仑滴定法、BOD测压法、活性污泥法、相关计算法等新方法,但均有一定的局限性而不能满足快速测定的要求。随着环境污染问题日益严重,建立和发展快速测定生化需氧量的体系尤其重要。微生物传感器法是近几年发展起来的一种快速测定生化需氧量的方法,它具有操作简便、快速、易于掌握,且精密度和准确度较好、抗干扰性较强等特点,本文研制的生化需氧量在线自动监测仪具有自动采样、自动进样功能,以微生物传感器为核心元件,实现了生化需氧量的在线自动监测。本实验从某淀粉厂土壤中经过反复分离、筛选、驯化后,获得一株性能稳定、对有机物有广谱降解性能的高活性好氧微生物菌株,经鉴定该菌为芽孢杆菌；然后对材料的选择、材料的配比、制膜工艺等进行了大量试验,在此基础上,提出了用多种材料混合包埋固定化微生物的制膜法,该方法在常温下固定化,对微生物的活性无损伤,制备得的微生物膜装卸方便,易于保存,可反复使用,其机械强度、韧性和透气性良好；后用特制的O型圈将制备的微生物膜固定在微型氧电极上,完成了微生物传感器的装配工作。经测试,研制的生化需氧量微生物传感器的线性响应范围为：2～60mg/L；测量周期：3～10min；使用寿命：6个月。为了保证测量结果的精密度和准确度,本课题考察了稀释倍数对测定结果的影响,并对测试条件如：测试温度、缓冲溶液的pH值、鼓气泵的鼓气量等进行了优化选择,为本实验研究的生化需氧量在线自动监测仪的实际应用提供了技术保障。为了考察本仪器的测定结果与标准五日培养法的相关性,在选定的测试条件下,分别用标准样品和实际污水样品进行了对比试验,结果证明仪器法与标准五日培养法的测定数据有很好的相关性,该仪器能满足实际测量的要求。为了验证仪器的实际运行情况,委托某市城市排水监测站和某制药厂对仪器进行了试运行。在选定的实验条件下,利用本课题研制的生化需氧量在线自动监测仪分别对某制药厂的制药废水和某城市排水监测站的生活污水进行了在线监测,并将其测定数据与标准五日培养法的测定数据进行了比较,数据比较结果显示两种方法的相对误差在±80%之间,符合标准要求,能满足实际应用的需要。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 课题的背景及意义  11
  1.2 生化需氧量测定方法概述  11-13
    1.2.1 生化需氧量的传统测定方法  11-12
    1.2.2 基于BOD5测定方法的改进  12-13
    1.2.3 微生物传感器法  13
  1.3 微生物传感器的研究进展  13-16
    1.3.1 微生物传感器的结构和功能  13-15
    1.3.2 微生物传感器应用领域的发展  15-16
  1.4 微生物固定化技术研究进展  16-19
    1.4.1 吸附法  16-17
    1.4.2 夹层法  17
    1.4.3 交联法  17-18
    1.4.4 包埋法  18-19
  1.5 生物传感器测定仪的发展趋势  19-20
    1.5.1 生物传感器测定仪存在的问题  19
    1.5.2 生物传感器测定仪的研究方向  19-20
    1.5.3 生物传感器测定仪的发展趋势  20
  1.6 本课题研究的内容  20-21
第2章生化需氧量微生物传感器的研制  21-29
  2.1 生化需氧量微生物传感器工作原理  21
  2.2 生化需氧量传感器的响应机理  21-22
  2.3 仪器与试剂  22-23
    2.3.1 主要仪器  22
    2.3.2 主要试剂  22-23
    2.3.3 培养基  23
  2.4 好氧微生物菌株的筛选  23-24
    2.4.1 菌株的初选  23-24
    2.4.2 菌株的驯化  24
  2.5 固定化微生物膜的制备  24-26
    2.5.1 固定化微生物膜的制备方案选择  24-25
    2.5.2 固定化微生物膜的制备  25
    2.5.3 微生物传感器的组装  25-26
  2.6 传感器的性能测试  26-28
    2.6.1 微生物膜的寿命和稳定性  26
    2.6.2 线性范围  26-27
    2.6.3 响应时间  27
    2.6.4 有害物质对传感器的影响  27-28
  2.7 本章小结  28-29
第3章测试条件的选择与优化  29-33
  3.1 仪器与试剂  29
    3.1.1 主要仪器  29
    3.1.2 主要试剂  29
  3.2 仪器工作条件的选择  29-32
    3.2.1 测试温度的选择  29-30
    3.2.2 测试底液的选择  30-31
    3.2.3 测试底液的pH值  31
    3.2.4 鼓气流量的选择  31-32
  3.3 本章小结  32-33
第4章在线自动监测仪的组装及性能  33-45
  4.1 仪器的组成及工作原理  33-35
    4.1.1 仪器的组成  33
    4.1.2 仪器主要部件及其作用  33-34
    4.1.3 仪器关键及采取的措施  34-35
  4.2 仪器的工作原理  35-37
    4.2.1 自动进样、自动稀释系统  35
    4.2.2 测试系统  35-36
    4.2.3 仪器自动校准系统  36
    4.2.4 中文显示及控制软件  36-37
  4.3 在线自动监测仪性能测试  37-44
    4.3.1 仪器的稳定性  37-38
    4.3.2 仪器的重现性  38-39
    4.3.3 仪器的精密度  39-40
    4.3.4 仪器的准确度  40-41
    4.3.5 仪器测定值与真值的相关性  41-42
    4.3.6 稀释倍数的选择  42-43
    4.3.7 稀释次数的选择  43-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章仪器实际应用及运行  45-50
  5.1 仪器法与标准法(接种稀释法)的对比情况  45-46
    5.1.1 标准样品对比结果  45-46
    5.1.2 实际水样对比结果  46
  5.2 在线自动监测仪的试运行  46-49
    5.2.1 城市排水站的运行情况  46-48
    5.2.2 制药厂的运行情况  48-49
  5.3 本章小结  49-50
结论  50-52
参考文献  52-56
攻读工程硕士期间所发表的论文  56-57
致谢  57-58
个人简历  58

生化需氧量在线自动监测仪的研制及应用

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