[发明专利]一种研究污泥形态与结构稳定性的水力学微装置及其方法

说明书

本发明公开了一种研究污泥形态与结构稳定的水力学微装置及其方法，装置的反应装置主体为透明箱体，底部向内凹陷形成流道，反应装置主体底部可拆卸式连接有底板，底板将流道密封构成封闭的中空腔室；中空腔室包括依次连通的进水段、中间段和出水段，中间段为方形腔体，进水段和出水段均向端侧渐缩构成锥状腔体；位于中空腔室处的底板上固定连接有已接种污泥的琼脂板，琼脂板位于中空腔室内；在琼脂板上方的反应装置主体外部设有体视镜，用于观测琼脂板上的污泥形态与结构。本发明的装置可最大程度排除体系中气泡、固体颗粒等其他因素干扰，可为污水处理工艺性能提升、污泥资源化利用提供参考依据。

技术领域

本发明属于污水生物处理、污泥处置领域，具体涉及一种研究污泥形态与结构稳定的水力学微装置及其方法。

背景技术

污泥是微生物的自絮凝体，尤其是好氧颗粒污泥，其在在特定环境下通过微生物自凝聚作用形成颗粒。作为活性污泥法的升级工艺，好氧颗粒污泥具有致密的物理结构、优异的沉降性能、功能互赢的菌群和高浓度的生物量，在泥水快速分离、同步脱氮除磷、有毒物高效降解、剩余污泥减量等方面具有明显的技术优势及良好的应用前景。截至目前，荷兰、南非等地陆续建设了40余座应用好氧颗粒污泥技术的污水处理厂，处理规模在2～10万m³·d^-1，取得突出成效但普遍存在结构易失稳、运行不稳定等问题。

针对污泥颗粒结构易失稳解体的问题，国内外学者从好氧颗粒污泥工艺参数优化、功能菌群解析、微生物代谢分泌强化、颗粒化形成机制等方面展开深入研究。水力学参数作为重要的外部条件，对好氧颗粒污泥的稳定运行具有重要意义。研究指出外部水力条件可以影响原始核的形成和絮体的团聚效果，由曝气产生的上行气泡运动带动液相及固相运动,进而形成气-液-固三相之间的速度差,为颗粒运动提供能量来源。曝气不仅为污泥颗粒化提供了水力选择压，也为颗粒污泥反应器提供水力剪切。研究表明在较高的剪切力下，颗粒污泥具有更稳定的结构，能够持续稳定运行较长时间，但是研究发现杆菌在高剪切力下会成为优势种群，同时高剪切力能增加微生物活性，促使微生物分泌更多的EPS反过来适应较大的剪切应力。

研究普遍认为通过水力学调控能有效控制颗粒污泥粒径，降低传质阻力，抑制厌氧内核溶解及丝状菌过度繁殖。然而，为获得水力条件对颗粒污泥的影响机制，研究多从SBR反应器中曝气的角度出发，着重研究由气泡及水流运动带来的水力剪切力对好氧污泥颗粒稳定性的影响，但是具体的微生物团聚机制尚不明确，影响因素复杂等问题限制了系统的水力学调控策略的提出。因此，在微观条件下颗粒污泥等形态及其结构稳定性，可为污水处理工艺性能提升、污泥资源化利用提供参考依据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种研究污泥形态与结构稳定的水力学微装置及其方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种研究污泥形态与结构稳定性的水力学微装置，其包括反应装置主体；所述反应装置主体为透明箱体，底部向内凹陷形成流道，反应装置主体底部可拆卸式连接有底板，底板将所述流道密封构成封闭的中空腔室；所述中空腔室包括依次连通的进水段、中间段和出水段，中间段为方形腔体，进水段和出水段均向端侧渐缩构成锥状腔体；位于进水段端侧的反应装置主体上开设进水口，用于进水；位于出水段端侧的反应装置主体上开设出水口，用于出水；位于中空腔室处的底板上固定连接有已接种污泥的琼脂板，琼脂板位于中空腔室内；在所述琼脂板上方的反应装置主体外部设有体视镜，用于观测琼脂板上的污泥形态与结构。

作为优选，所述进水口处设有进水管，用于向中空腔室内进水；进水管的一端与中空腔室连通，另一端与位于反应装置主体外部的进水桶相连通；进水管上设有液体流量计和蠕动泵。

作为优选，所述出水口处设有出水管，用于将中空腔室内的水流排出；出水管的一端与中空腔室连通，另一端与位于反应装置主体外部的出水桶相连通。

作为优选，所述进水段和出水段向端侧渐缩的结构相同，渐缩角度θ均为12°。