[发明专利]一种生物膜污水处理装置及生物膜原位测试方法

权利要求书

1.一种生物膜污水处理装置，其特征在于，包括凹形水槽（1）、进水系统、出水收集系统和计算机（19）；

所述的凹形水槽（1）由横置的半圆筒及分别固定于半圆筒两端的矩形板组成，矩形板上边缘与半圆筒的开口位于同一平面，矩形板的高大于半圆筒的半径，在半圆筒的轴线位置设有转轴（3），转轴（3）的两端分别通过轴承（14）与两块矩形板连接，转轴（3）的一端与固定于该端矩形板上的同步电机（18）的输出轴相连，同步电机（18）由脉冲电源（17）驱动，在转轴（3）上同轴线地固定有若干圆形的生物膜载体盘片（2），生物膜载体盘片（2）的正反盘面上沿径向随机地开有3-5条矩形凹槽（15），在矩形凹槽（15）内无缝嵌有与生物膜载体盘片相同材质的生物膜试条（16），生物膜试条（16）外表面与生物膜载体盘片（2）的盘面处于同一平面；

在凹形水槽（1）的两块矩形板中一块上开有进水孔（6），另一块上开有出水孔（7），凹形水槽（1）底部开有污水排空口（8）；

所述的进水系统包括进水管路（10）、进水泵（11）和用于盛放待处理污水的集水池（9），所述的出水收集系统包括出水泵（12）、出水管路（13）和用于盛放处理后污水的贮存池（20）；进水泵（11）的进水口通过进水管路（10）连接集水池（9），进水泵（11）的出水口连接凹形水槽（1）的进水孔（6），凹形水槽（1）的出水孔（7）与出水泵（12）的进水口连接，出水泵（12）的出水口通过出水管路（13）连接贮存池（20），在集水池（9）与贮存池（20）中均设有氨氮在线测试装置（4）和COD在线测试装置（5），氨氮在线测试装置（4）和COD在线测试装置（5）分别与计算机（19）连接。

2.根据权利要求1所述的生物膜污水处理装置，其特征在于，所述的生物膜载体盘片（2）厚度为0.5~2cm，所述的矩形凹槽（15）深度为1~3mm。

3.根据权利要求1所述的生物膜污水处理装置，其特征在于，所述的矩形凹槽（15）的长度为生物膜载体盘片（2）半径的85%~100%，长宽比10：1~10：2。

4.根据权利要求1所述的生物膜污水处理装置，其特征在于，所述的生物膜载体盘片（2）半径为凹形水槽半径90%~95%。

5.根据权利要求1所述的生物膜污水处理装置，其特征在于，所述的进水孔（6）和出水孔（7）位于同一高度，且对称分设于凹形水槽（1）半圆筒的轴向对称面两侧。

6.根据权利要求1所述的生物膜污水处理装置，其特征在于，所述的转轴（3）的转速在1-300rpm范围内实时连续可调。

7.应用如权利要求1-6任一项所述的装置进行生物膜原位测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）开启进水泵（11），将污水由集水池（9）连续泵入凹形水槽（1），开启脉冲电源（17）驱动同步电机，带动转轴（3）以1~25rpm定轴转动，开启出水泵（12），将处理后的污水由凹形水槽（1）泵入贮存池（20）；

2）使凹形水槽（1）内液面高度浸没生物膜载体盘片面积的35%~40%；集水池（9）和贮存池（20）内的氨氮在线测试装置（4）与COD在线测试装置（5）均每24小时测试进水及出水氨氮及COD浓度，每次测试完后，排尽贮存池中的废水；当连续3~5天的出水氨氮及COD浓度标准差分别在±5%范围内时，装置处理污水效果达到稳定，关闭进水泵（11）、出水泵（12）及脉冲电源（17），使生物膜载体盘片（2）停止转动，拆卸下满足测试需求数量的生物膜试条（16），进行四组生物膜原位测试：

第一组：进行生物膜胞外多聚物内含的多糖、蛋白质荧光染料染色-共聚焦显微镜观测，获得生物膜内部不同厚度处微生物胞外多聚物空间分布影像照片；

第二组：置于原子力显微镜下通过探针头轻敲生物膜试条表面生物膜获得生物膜力学特征数据并分析生物膜微生物黏附力；

第三组：将生物膜试条表面生物膜经过荧光原位杂交-共聚焦显微镜观察，获得生物膜不同厚度处氨氧化菌、亚硝酸盐氮氧化菌及总细菌影像照片，计算氨氧化菌、亚硝酸盐氮氧化菌占总细菌的比例进行丰度分析；

第四组：置于微电极测试系统，获得氨氮、溶解氧、硝酸盐氮的在生物膜内部传质系数及传质动力学数学模型；

3）将生物膜载体盘片复位，重新开启进水泵（11）、出水泵（12）及脉冲电源（17），改变进水水量或改变转轴转速，继续步骤2）；

4）重复步骤3）直至实验设计的不同进水量和不同转速参数条件的测试均完成；

5）将每次生物膜原位测试的结果与该次生物膜污水处理装置中污水去除氨氮及COD浓度进行比对，获得生物膜结构及微生物学特征与污水处理效果的相关关系。