一、实验目的
（1）了解生物流化床的基本构造、生物液化床法处理污水的原理。
（2）掌握生物流化床挂膜过程和运行管理的基本技术。
二、实验原理
好氧生物流化床是将传统活性污泥法与生物膜法有机结合，并将化工流态化技术应用于污水处理的一种新型生化处理装置。该法处理效率高、容积负荷大、抗冲击能力强、占地面积少，引起了工程界极大兴趣和广泛研究，被认为是未来最具发展前景的一种生物处理工艺。
好氧生物流化床以微粒状填料如沙、焦炭、活性炭、玻璃珠、多孔球等作为微生物载体，以一定流速将空气或纯氧通入床内，使载体处于流化状态。通过载体表面上不断生长的生物膜吸附、氧化、分解废水中的有机物，达到去除废水中污染物的目的。载体颗粒小，表面积大（载体表面积可达2 000～3 000 m2/m3），生物量大，载体处于流化状态，污水不断和载体上的生物膜接触，使膜上微生物增殖。载体不停地流动能够有效防止生物膜堵塞。
本实验采用的鳃板式流化床是一种三相好氧生物流化床反应器，结构简单、紧凑，泥水分离效果好。污水从底部或顶部进入床体，与从底部进入的空气相混合，污水充氧和载体流化同时进行。在床内气、液、固三相进行强烈的搅动接触，废水中的有机物在裁体上生物膜的作用下进行生物降解。由于空气的搅动，载体之间产生强烈的摩擦使老化的生物膜及时脱落，故不需另设脱膜装置。
三、实验器材
（1）取自生活污水处理厂的新鲜活性污泥。
（2）测定化学需氧量（CODCr）的器材和试剂，测定生物需氧量（BOD5）和溶解氧的器材和试剂，测定氨氮的器材和试剂。
（3）其他器具：鳃板式三相流化床模型（图2-11）由有机玻璃制成，大小为63 mm（宽）×125 mm（长）×300 mm（高），总有效容积2.2 L。废水处理曝气区的有效容积为1.5 L，沉淀区的容积为0.7 L。生物载体选用粒径为0.5～0.7 mm的陶粒。
实验还需50～100 W气泵，曝气头，水箱（25 L），电热恒温控制器（包括电加热器、控温仪），计量泵（量程10～1 000 mL/h），pH计，乳胶管，生物显徽镜，电子天平，电烘箱，生化培养箱。
图2-11 鳃板式三相流化床模型图
图2-12 流化床工艺流程图
四、实验步骤
1.装配实验装置
按图2-12工艺流程图装配实验装置。
当室温低于20℃时，需提高水温到20℃～25℃，以加快挂膜过程。使用电加热恒温控制仪，将加热棒悬挂浸没在水浴中。
2.模拟生活污水的配制
按表2-9配方配制人工合成模拟城市生活污水，作为基础培养液，使用时可按需要增加浓度，使模拟城市生活污水进水浓度为基础培养液的2倍、3倍或更高倍数。模拟城市污水（基础培养液）的CODCr为174 mg/L，总氮约为27.5 mg/L，氨氮约为7.2 mg/L，配成后需测定实际值。
表2-9 模拟生活污水配方材料表
3.接种、挂膜
按上述模拟城市生活污水配方，以2倍浓度配制成挂膜过程中所需的模拟城市生活污水。配成后测定该模拟污水的CODCr和氨氮的浓度。根据测定值，按C/N=100/5的比例添加适量的葡萄糖或硫酸铵，再测污水中氨氮的浓度，氨氮浓度以30～40 mg/L为宜。将污水注入流化床反应器中，投加75 g颗粒载体。向反应器曝气区注入来自生活污水处理厂的新鲜活性污泥，污泥量为曝气区容积的1/5～1/4。开启气泵，但不从水箱进水，进行闷曝。调节节流阀，使得载体恰好完全处于流化状态。过高的进气量会导致颗粒间摩擦加剧，不利于微生物的附着和生长。系统开动8～12 h后，停止运行，澄清片刻，使活性污泥和载体下沉。将上层清液倾出一半左右，再加入调节后的2倍浓度模拟城市污水，继续运行。如此周而复始3～4 d，载体上即附有少量微生物，接种过程完成。此时可开启计量泵，从废水箱连续进水。控制进水pH为6.5～7.5，温度为20℃～25℃，流量为200 mL/h。连续进水后，营养比较丰富且微生物的代谢产物不断被出水带走，载体上的生物膜会迅速生长和增厚。在适宜条件下，10～15 d就可以完成挂膜，投入正常运转。
4.运行和管理
（1）进水：向污水箱中添加模拟城市生活污水，进水流量提高到500 mL/h。酌量添加硫酸铵等营养物质，使污水箱中污水的氨氮浓度为30～40 mg/L，pH为6.5～7.5。整个运转期间进水水质及水量稳定不变。(www.xing528.com)
（2）水浴水温：当室温低于20℃时，须用电加热恒温控制仪使反应器水温控制在20℃～25℃。
（3）曝气量：由于气泵工作不稳定和曝气头堵塞等原因，有时会发生载体沉降不流化的现象，应及时调整进气量，清洗曝气头。
5.测定和观察
（1）定期测定曝气区混合液的溶解氧，每天测一次。
（2）测定进水、出水中CODCr浓度。根据测定数据计算CODCr去除率（%），并按下式计算有机负荷[kg/（m3·d）]：
有机负荷=C·Q/V×24×10-6
式中，C为进水CODCr浓度（mg/L）；Q为进水流量（mL/h）；V为曝气区有效容积（L）。
有机负荷表示单位混合液体积每日所能处理的有机物的量，是衡量反应器水处理能力的重要指标。
（3）测定进水、出水中氨氮的浓度，并计算氨氮去除率（%）。
（4）将测得数据填入表2-10。
（5）观察。用显微镜观察载体颗粒上生物膜由生长至成熟的过程。成熟的载体上应有钟虫、轮虫、丝状菌、草履虫和线虫等。生物膜呈黄色且透明，与核心的不透明载体颗粒区别明显，平均厚度可达80～100μm。测定20个生物载体的膜厚，取其平均值作为生物膜厚度，观察比较膜上的生物相。将观察结果填入表2-11。
6.停留时间与处理效果
有机物的处理效果与污水在曝气池中的停留时间有关。一般地，延长停留时间，可以改善出水水质，但导致有机负荷的降低。按照T=V/Q（T为停留时间，V为曝气区有效容积，Q为进水流量），在曝气区有效容积不变的情况下，减少或加大污水进水流量可以延长或缩短停留时间。本实验曝气区有效容积为1.5 L。假设：Q 1=0.2 L/h，则T 1=7.5 h；Q 2=0.5 L/h，则T 2=3 h。
在进水浓度、水温、pH等均不变的情况下，按0.2 L/h的流量进水。待运转稳定后，测定进水、出水的CODCr和氨氮浓度，并计算去除率和有机负荷。改用0.5 L/h的流量进水，稳定后再测定进水、出水的CODCr和氨氮浓度，并计算去除率和有机负荷，结果填入表2-12。
表2-10 生物流化床模型实验分析化验记录表
表2-11 生物流化床挂膜及运行管理记录表
表2-12 停留时间与处理效果实验记录表
五、注意事项
（1）进水须按模拟生活污水配方及实验开始时调整营养的方案准确配置，并控制进水的pH，以尽量保持进水水质的稳定。
（2）经常检查水温及恒温控制器的运转是否正常，保持水温稳定。
（3）经常检查计量泵运行情况，控制进水流速稳定。及时清洗进水管，避免阻塞，保持进水管路通畅。
六、思考题
（1）曝气区中溶解氧浓度对生物膜法处理系统的运行效果有何影响？
（2）通过本实验的操作、观察，你认为有哪些因素影响生物膜法的运行？
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