菌熒光原位雜 交-共聚焦顯微鏡觀察、生物膜內部氨氮、溶解氧傳質過程微電極測試。
[0046] 生物膜試條拆卸完成后，立即將生物膜載體盤片裝回原來位置，重新開啟進水栗、 出水栗及脈沖電源，改變進水流速為〇. 9L/h (對應水力停留時間為5h)，利用在線測試系 統，測試進水與出水氨氮和COD的濃度，當水中氨氮濃度和COD濃度日變化在±5%范圍內 時，系統視為穩定，計算氨氮與COD的去除率（式1)。裝置進水栗停止進水，生物膜載體盤片 停止轉動，拆卸4條生物膜試條，進行生物膜原位測試，將不同進水流量（對應不同水力停 留時間）的熒光染料染色-共聚焦顯微鏡觀測獲得生物膜內部不同厚度處微生物胞外多聚 物空間分布影像照片，原子力顯微鏡獲得生物膜力學特征數據，圖像軟件獲得的氨氧化菌、 亞硝酸鹽氮氧化菌豐度，微電極測試系統獲得氨氮、溶解氧、硝酸鹽氮的在生物膜內部傳質 系數及傳質動力學數學模型，進行相互對比印證，并將上述生物膜原位測試數據結果與不 同水力停留時間的去除氨氮及COD效果進行比對，明確生物膜結構及微生物學特征與不同 水力停留時間條件下以污染物去除率表示的污水處理效果的相關關系，揭示不同水力停留 時間對生物膜污水處理裝置污水處理效果影響的微觀機理，并獲得最佳水力停留時間。
[0047] 實施例2 :
[0048] 水流剪切力對生物膜污水處理裝置處理效果的微觀機理研究
[0049] 根據目前文獻報道，生物膜可以耐受的水流剪切力在0~2Pa范圍內。采用實例 1所述的裝置及污水，保持生物膜污水處理裝置栗流速不變，在實例1確定的最佳水力停留 時間條件下，通過改變脈沖電源的輸出，改變轉軸的轉速，獲得不同生物膜表面水流剪切力 條件。其中不同轉速條件下生物膜載體盤片不同旋轉半徑處水流對生物膜的剪切力根據計 算公式⑵計算。
[0051] 其中P為液體密度（kg/m3)，r為取樣處的半徑（m)，υ是液體運動粘度（ m2/s)， ω是角速度（r/s)，τ為剪切力（Pa)。在不同水流剪切力條件下，測試生物膜污水處理裝 置污水處理效果，并保持生物膜結構對生物膜特性進行原位測試，具體步驟如下：
[0052] 在轉速為4rpm條件下，待出水中氨氮濃度和COD濃度日變化在±5%范圍內時，生 物膜體系達到穩定，拆下4條生物膜試條，分別進行生物膜胞外多聚物內含的多糖、蛋白質 熒光染料染色-共聚焦顯微鏡觀測、生物膜微生物黏附力原子力顯微鏡測試、生物膜氨氧 化菌與亞硝酸鹽氮氧化菌及總細菌熒光原位雜交-共聚焦顯微鏡觀察、生物膜內部氨氮、 溶解氧傳質過程微電極測試。
[0053] 生物膜試條拆卸完成后，立即將生物膜載體盤片裝回原來位置，重新開啟進水栗、 出水栗及脈沖電源，改變脈沖電源的輸出，使改生物膜載體盤片轉速為8rpm，出水中氨氮濃 度和COD濃度日變化在±5%范圍內時，生物膜體系達到穩定，按照式⑴計算污染物去除 率，再拆下4條生物膜試條，進行生物膜原位測試，重復上述步驟，依次改變脈沖電源的輸 出，使改生物膜載體盤片轉速為12rpm、20rpm、28rpm、40rpm、52rpm、60rpm，測定穩定狀態的 生物膜體系污水污染物氨氮、COD去除率，并完成生物膜胞外多聚物內含的多糖、蛋白質熒 光染料染色-共聚焦顯微鏡觀測、生物膜微生物黏附力原子力顯微鏡測試、生物膜氨氧化 菌與亞硝酸鹽氮氧化菌及總細菌熒光原位雜交-共聚焦顯微鏡觀察、生物膜內部氨氮、溶 解氧傳質過程微電極測試，明確水流剪切力對生物膜污水處理裝置污水處理效果的影響效 應，結合生物膜原位測試結果揭示水流剪切力對生物膜污水處理裝置污水處理效果影響作 用的微觀機理。
【主權項】
1. 一種生物膜污水處理裝置，其特征在于，包括凹形水槽（1)、進水系統、出水收集系 統和計算機（19); 所述的凹形水槽（1)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，在半圓筒的軸線位 置設有轉軸（3)，轉軸（3)的兩端分別通過軸承（14)與兩塊矩形板連接，轉軸（3)的一端與 固定于該端矩形板上的同步電機（18)的輸出軸相連，同步電機（18)由脈沖電源（17)驅動， 在轉軸（3)上同軸線地固定有若干圓形的生物膜載體盤片（2)，生物膜載體盤片（2)的正反 盤面上沿徑向隨機地開有3-5條矩形凹槽（15)，在矩形凹槽（15)內無縫嵌有與生物膜載體 盤片相同材質的生物膜試條（16 )，生物膜試條（16 )外表面與生物膜載體盤片（2 )的盤面處 于同一平面； 在凹形水槽（1)的兩塊矩形板中一塊上開有進水孔（6)，另一塊上開有出水孔（7)，凹 形水槽（1)底部開有污水排空口（8); 所述的進水系統包括進水管路（10)、進水栗（11)和用于盛放待處理污水的集水池 (9)，所述的出水收集系統包括出水栗（12)、出水管路（13)和用于盛放處理后污水的貯存 池（20 );進水栗（11)的進水口通過進水管路（10 )連接集水池（9 )，進水栗（11)的出水口連 接凹形水槽（1)的進水孔（6)，凹形水槽（1)的出水孔（7)與出水栗（12)的進水口連接，出 水栗（12)的出水口通過出水管路（13)連接貯存池（20)，在集水池（9)與貯存池（20)中均 設有氨氮在線測試裝置（4)和COD在線測試裝置（5)，氨氮在線測試裝置（4)和COD在線測 試裝置（5)分別與計算機（19)連接。2. 根據權利要求1所述的生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述的生物膜載體盤片 (2)厚度為0. 5~2cm，所述的矩形凹槽（15)深度為1~3_。3. 根據權利要求1所述的生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述的矩形凹槽（15)的 長度為生物膜載體盤片（2)半徑的85%~100%，長寬比10 :1~10 :2。4. 根據權利要求1所述的生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述的生物膜載體盤片 (2)半徑為凹形水槽半徑90%~95%。5. 根據權利要求1所述的生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述的進水孔（6)和出水 孔（7)位于同一高度，且對稱分設于凹形水槽（1)半圓筒的軸向對稱面兩側。6. 根據權利要求1所述的生物膜污水處理裝置，其特征在于，所述的轉軸（3)的轉速在 l_300rpm范圍內實時連續可調。
【專利摘要】本實用新型公開了一種生物膜污水處理裝置，該裝置包括凹形水槽、生物膜載體盤片、轉軸、轉軸驅動裝置、進水系統和出水收集系統。本實用新型提供的裝置具備污水處理與生物膜原位樣品采集測試兩種功能；拆卸生物膜載體盤片上的生物膜試條進行載體盤片表面生物膜原位測試，攻克傳統生物膜污水處理裝置普遍存在的保持生物膜原有結構形態進行測試過程中生物膜樣品采集困難的難題；脈沖電源驅動同步電機帶動生物膜載體盤片定軸轉動，實現定軸轉速實時連續調整，為維持生物膜結構維持完整、生物膜表面剪切力量化模擬提供必要保障，解決傳統齒輪箱調速轉速實時調整困難，節約裝置經濟成本，減少裝置占地面積。
【IPC分類】C02F3/08, C02F3/02
【公開號】CN205076882
【申請號】CN201520679243
【發明人】韓志英, 林孝昶, 樊蓉, 朱松明, 湯曙明
【申請人】浙江大學
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年9月2日