一種生物膜污水處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種生物膜污水處理裝置及生物膜原位測(cè)試方法，屬于生物膜污 水處理及載體表面生物膜原位測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物膜是由微生物及其表面分泌物，及其它雜質(zhì)組成的膜狀物質(zhì)。生物膜用于污 水，主要是利用附著生長(zhǎng)在固體表面的生物膜中微生物代謝轉(zhuǎn)化污水中生物利用的有機(jī) 物、氨氮、磷等物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污水凈化。生物膜法是污水處理的一種常規(guī)工藝，具有剩余污泥 產(chǎn)生量少，水質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)，特別適用于處理低濃度污水，如地表水、水產(chǎn)養(yǎng)殖養(yǎng)殖污水等。 由于生物膜是污水處理系統(tǒng)的核心，有必要深入了解生物膜特性與污水處理效果的相關(guān)關(guān) 系，為提高生物膜污水處理系統(tǒng)的處理效果提供理論依據(jù)。
[0003] 目前，關(guān)于處理污水生物膜研究的一般步驟是在污水處理系統(tǒng)中采用顆粒固體 料、軟性毛刷填料或者半軟性復(fù)合塑料等填料，為微生物附著生長(zhǎng)形成生物膜提供附著表 面，待生物膜形成后，改變污水處理系統(tǒng)工藝參數(shù)，并在不同工藝參數(shù)條件下收集不同位置 的填料，顯微鏡下觀(guān)察生物膜厚度，并刮取填料表面生物膜進(jìn)行破壞性采樣，進(jìn)行微生物種 群多樣性、功能微生物數(shù)量測(cè)試分析，探索生物膜特征與污水處理效果的相關(guān)關(guān)系，為污水 生物膜處理系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理提供理論依據(jù)。然而，這種傳統(tǒng)的研究方案，不能反 映填料表面生物膜真實(shí)條件下，生物膜內(nèi)部質(zhì)地結(jié)構(gòu)、膜內(nèi)外傳質(zhì)過(guò)程、生物膜在填料表面 的黏附力及生物膜脫落、微生物及其分泌物空間分布特征、微生物菌落結(jié)構(gòu)。另外，將生物 膜填料表面面積小，顯微鏡觀(guān)察其表面生物膜難度極高、準(zhǔn)確度難以保障。
[0004] 生物膜內(nèi)部質(zhì)地結(jié)構(gòu)直接影響污水中污染物在生物膜內(nèi)部傳質(zhì)過(guò)程，而膜內(nèi)外傳 質(zhì)效率影響膜內(nèi)外微生物的生存和生長(zhǎng)，從而影響其對(duì)污染物的吸附和降解，這對(duì)污水中 污染物去除有直接影響作用。另外，生物膜在填料表面的黏附力與生物膜脫落之間存在密 切的相關(guān)關(guān)系。黏附力較強(qiáng)的情況下，生物膜不易脫落，可以持續(xù)在污水污染物去除中發(fā)揮 較大的作用。再有，微生物及其分泌物空間分布特征將影響其對(duì)細(xì)胞的粘附和凝聚，從而決 定生物膜整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，有必要在維持生物膜結(jié)構(gòu)的條件，對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)及微生 物特征進(jìn)行深入探究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型為解決污水生物膜處理系統(tǒng)中生物膜樣品原位分析取樣難題，提供一 種生物膜污水處理裝置及生物膜原位測(cè)試方法，研究原位條件下生物膜微生物胞外多聚物 空間分布、生物膜在載體表面的粘附力、生物脫氮功能微生物豐度及空間分布特征等，為污 水生物膜處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理提供理論依據(jù)。
[0006] 生物膜污水處理裝置包括凹形水槽、進(jìn)水系統(tǒng)、出水收集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)；
[0007] 其中，凹形水槽由橫置的半圓筒及分別固定于半圓筒兩端的矩形板組成，矩形板 上邊緣與半圓筒的開(kāi)口位于同一平面，矩形板的高大于半圓筒的半徑，在半圓筒的軸線(xiàn)位 置設(shè)有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的兩端分別通過(guò)軸承與兩塊矩形板連接，轉(zhuǎn)軸的一端與固定于該端矩形 板上的同步電機(jī)的輸出軸相連，同步電機(jī)由脈沖電源驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸使其轉(zhuǎn)速在l-300rpm 范圍內(nèi)實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)。在轉(zhuǎn)軸上同軸線(xiàn)地固定有若干圓形的生物膜載體盤(pán)片，生物膜載體 盤(pán)片的正反盤(pán)面上沿徑向隨機(jī)地各開(kāi)有3-5條矩形凹槽，在矩形凹槽內(nèi)無(wú)縫嵌有與生物膜 載體盤(pán)片相同材質(zhì)的生物膜試條，生物膜試條外表面與生物膜載體盤(pán)片的盤(pán)面處于同一平 面。凹形水槽的兩塊矩形板中一塊上開(kāi)有進(jìn)水孔，另一塊上開(kāi)有出水孔，底部開(kāi)有污水排空 口。進(jìn)水孔與出水孔位于同一高度，且對(duì)稱(chēng)分設(shè)于凹形水槽半圓筒的軸向?qū)ΨQ(chēng)面兩側(cè)。
[0008] 進(jìn)水系統(tǒng)包括進(jìn)水管路、進(jìn)水栗和用于盛放待處理污水的集水池；出水收集系統(tǒng) 包括出水栗、出水管路和用于盛放處理后污水的貯存池。進(jìn)水栗的進(jìn)水口通過(guò)進(jìn)水管路連 接集水池，進(jìn)水栗的出水口連接凹形水槽的進(jìn)水孔；凹形水槽的出水孔與出水栗的進(jìn)水口 連接，出水栗的出水口通過(guò)出水管路連接IC存池。在集水池與IC存池中均設(shè)有氨氮在線(xiàn)測(cè) 試裝置和cod在線(xiàn)測(cè)試裝置，并且分別與計(jì)算機(jī)連接。
[0009] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，生物膜載體盤(pán)片厚度為0. 5~2cm，生物膜載體盤(pán)片 半徑為凹形水槽半徑90%~95%。盤(pán)片上的矩形凹槽的長(zhǎng)度為生物膜載體盤(pán)片半徑的 85%~100%，長(zhǎng)寬比10 :1~10 :2,深度為1~3mm。
[0010] 生物膜原位測(cè)試的方法包括如下步驟：
[0011] 1)開(kāi)啟進(jìn)水栗，將污水由集水池栗入凹形水槽，開(kāi)啟脈沖電源驅(qū)動(dòng)同步電機(jī)，帶動(dòng) 轉(zhuǎn)軸以1~25rpm定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)啟出水栗，將處理后的污水由凹形水槽栗入貯存池；
[0012] 2)使凹形水槽內(nèi)液面高度浸沒(méi)生物膜載體盤(pán)片面積的35%~40% ;集水池和貯 存池內(nèi)的氨氮在線(xiàn)測(cè)試裝置與COD在線(xiàn)測(cè)試裝置均每24小時(shí)測(cè)試進(jìn)水及出水氨氮及COD 濃度，每完成24h濃度測(cè)量后，排盡貯存池中的廢水。當(dāng)連續(xù)3~5天的出水氨氮及COD濃 度標(biāo)準(zhǔn)差分別在±5%范圍內(nèi)時(shí)，裝置處理污水效果達(dá)到穩(wěn)定，關(guān)閉進(jìn)水栗、出水栗及脈沖 電源，使生物膜載體盤(pán)片停止轉(zhuǎn)動(dòng)，拆卸下滿(mǎn)足測(cè)試需求數(shù)量的生物膜試條，進(jìn)行四組生物 膜原位測(cè)試：
[0013] 第一組：進(jìn)行生物膜胞外多聚物內(nèi)含的多糖、蛋白質(zhì)熒光染料染色-共聚焦顯微 鏡觀(guān)測(cè)，獲得生物膜內(nèi)部不同厚度處微生物胞外多聚物空間分布影像照片；
[0014] 第二組：置于原子力顯微鏡下通過(guò)探針頭輕敲生物膜試條表面生物膜獲得生物膜 力學(xué)特征數(shù)據(jù)并分析生物膜微生物黏附力；
[0015] 第三組：將生物膜試條表面生物膜經(jīng)過(guò)熒光原位雜交-共聚焦顯微鏡觀(guān)察，獲得 生物膜不同厚度處氨氧化菌、亞硝酸鹽氮氧化菌及總細(xì)菌影像照片，計(jì)算氨氧化菌、亞硝酸 鹽氮氧化菌占總細(xì)菌的比例進(jìn)行豐度分析；
[0016] 第四組：置于微電極測(cè)試系統(tǒng)，獲得氨氮、溶解氧、硝酸鹽氮的在生物膜內(nèi)部傳質(zhì) 系數(shù)及傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型；
[0017] 3)將生物膜載體盤(pán)片復(fù)位，重新開(kāi)啟進(jìn)水栗、出水栗及脈沖電源，改變進(jìn)水水量或 改變轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速，繼續(xù)步驟2);
[0018] 4)重復(fù)步驟3)直至實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同進(jìn)水量和不同轉(zhuǎn)速參數(shù)條件的測(cè)試均完成；
[0019] 5)將每次生物膜原位測(cè)試的結(jié)果與該次生物膜污水處理裝置中污水去除氨氮及 COD濃度進(jìn)行比對(duì)，獲得生物膜結(jié)構(gòu)及微生物學(xué)特征與污水處理效果的相關(guān)關(guān)系。
[0020] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0021] (1)部分生物膜載體盤(pán)片交替浸沒(méi)在污水中，載體盤(pán)片表面上的生物膜交替暴露 在空氣和污水中，生物膜微生物在有氧及缺氧環(huán)境中生存并進(jìn)行代謝活動(dòng)，污水中污染物 可被生物膜表面微生物吸附、降解、轉(zhuǎn)化分解，裝置具有污水處理功能，同時(shí)裝置生物膜載 體盤(pán)片上的可拆卸生物膜試條，可用于生物膜原位樣品采集測(cè)試，裝置具備污水處理與生 物膜原位樣品采集測(cè)試兩種功能，克服傳統(tǒng)生物膜污水處理裝置普遍存在的生物膜原位分 析困難，解決純培養(yǎng)生物膜測(cè)試系統(tǒng)不具備污水處理功能的問(wèn)題。
[0022] (2)裝置污水進(jìn)水孔與出水孔斜對(duì)角布置、污水處理裝置采用凹形水槽及部分浸 沒(méi)在污水中的生物膜載體盤(pán)片轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，減少污水生物膜處理裝置內(nèi)部水流死區(qū)，提高 裝置污水處理效率，促進(jìn)生物膜在