一种生物膜反应装置及生物膜反应系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种生物膜反应装置，包括箱体、设在箱体内的导流板、一组可拆卸膜组件、设在箱体上的箱盖，设在箱体侧面上的待处理水入口、回流入水口、上出水口、下出水口、回流出水口，所述可拆卸膜组件设在箱盖上并插入箱体内，所述可拆卸膜组件通过固定件进行固定。本发明还公开了基于此装置的膜反应系统。本发明排出脱落生物膜、离线清洗和更换生物膜生长源及拆装膜组件简单易行，从而使反应器能长期稳定运行，制造成本低，适用于多种不同类型的水处理工程场合使用，可自动控制运行的生物膜反应器。
【专利说明】一种生物膜反应装置及生物膜反应系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于环保【技术领域】，具体为设计一种便于排出脱落生物膜、离线清洗和更 换生物膜生长源的生物膜反应装置及其反应系统，可用于地表水、地下水、生活污水及工业 废水等，各类受污染水体的治理。
【背景技术】
[0002] 在我国的不少地区，存在水体被污染的问题，其表现为：含超量的阴离子化合物 (如硝酸盐、硫酸盐、溴酸盐、高氯酸盐等）、重金属和难降解有机物质。
[0003] 去除水体污染物的方法有物理、化学和生物等多种方法。其中生物法中生物膜法 具有清洁、无残留、利用率高、成本低廉、无须后续生物稳定性处理等优点，愈来愈被人们 所关注。
[0004] 生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成 的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为厌气层、好气 层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层中的物质，由好气层 的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长 新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。
[0005] 生物膜反应器是一种采用生物膜法的原理去除水体污染物的装置，现有的生物膜 反应器未考虑脱落的生物膜收集及排出，在实际运行过程中，随着微生物的生长周期，脱落 的生物膜慢慢积累，如果得不到有效排出，会减小反应器的有效体积，同时恶化出水水质， 使得生物膜反应器不能长期稳定运行。申请号201310698439. 1的中国专利虽对上述问题 提出了改进方案，但该方案采用下部设置污泥斗，污泥斗的底部设排泥口，集中底部排泥口 排出脱落生物膜方式，存在以下问題：
[0006] 1.清除脱落生物膜，需开闭排泥口操作复杂。
[0007] 2.开启排泥口时，有可能导致反应器内的大量液体、气体脱离反应器，影响反应 器的内部工作环境，不利于反应器的运行和维护。
[0008] 3.为使脱落生物膜集中到底部排泥口，使得大部份导流板下部不能与污泥斗面 封闭，影响其导流板效果。
[0009] 4.膜组件与上箱盖采用外螺纹密闭，导致膜组件拆装不方便及膜组件上外螺纹易 损坏。
【发明内容】
[0010] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种便于排出脱落生物 膜、离线清洗和更换生物膜生长源的生物膜反应装置及其反应系统。 toon] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种生物膜反应装置，包括箱体、 设在箱体内的导流板、一组可拆卸膜组件、设在箱体上的箱盖，设在箱体侧面上的待处理水 入口、回流入水口、上出水口、下出水口、回流出水口，所述可拆卸膜组件设在箱盖上并插入 箱体内，所述可拆卸膜组件通过固定件进行固定，所述可拆卸膜组件包括膜生长体、托盘、 设在膜生长体上方的膜固定件、设在膜固定件上方的定位片、设在定位片上的密闭盖、与密 闭盖相连的外螺纹管，所述托盘设在膜生长体下方并通过固定片与膜固定件固定，所述托 盘与箱体内底部接触，所述导流板包括板体以及在板体底部的截面呈直角三解形的安装 条，所述导流板分别设在待处理水入口与可拆卸膜组件之间以及可拆卸膜组件之间，所述 导流板安装在箱体内部并与箱体内侧间有一空隙，所述空隙间设有一滤网，所有导流板使 污水在箱体俯视角度看流向呈"S"字形；所述托盘通过由一托板和托板相连的具有与安装 条的直角三角形斜角相匹配的盘边，且盘边与安装条斜边相切。
[0012] 进一步地，所述箱盖与箱体通过法兰螺丝和法兰盘进行固定连接。
[0013] 进一步地，所述箱体侧面与箱体底面交接处安装有横截面为不等边直角三角形的 安装条，所述导流板与箱体底面交接处安装有横截面为不等边直角三角形的安装条，安装 条长度同箱体前侧壁与箱体后侧壁之间距离的长度相等，所述可拆卸膜组件托盘四周边相 对箱体底面处都安装有横截面为不等边直角三角形的安装条。
[0014] 所述导流板，设在待处理水入口与可拆卸膜组件之间的导流板与箱体内侧间的空 隙可装设滤网，以防脱落的生物膜流向待处理水入口区域。
[0015] 进一步地，所述外螺纹管外设有一封闭头。
[0016] 一种基于上述生物膜反应装置的生物膜反应控制系统，包括上述的生物膜反应装 置、控制器，所述回流入水口与回流出水口通过管道连通且在管道上设有一回流泵，所述待 处理水入口处设有一入水电磁阀，所述下出水口处分别设有低水位开关和出水电磁阀，所 述上出水口处设有一高水位开关，所述入水电磁阀、低水位开关、出水电磁阀、高水位开关、 回流泵均与控制器连通。
[0017] 本发明的生物膜反应器采用箱体与若干个易拆装膜组件可按不同水处理工艺要 求组合构成的生物膜反应器。反应器箱体为卧式长方体，左端设有待处理水入水口、回流入 水口，右端设有上出水口、回流出水口，箱盖通过法兰螺丝及密封垫圈将反应器箱盖和反应 器箱体上法兰盘紧密连接成一体，密闭箱体。
[0018] 箱体右端底部装有下出水口，其可并接液位传感器作为低水位开关，上出水口可 并接液位传感器作为高水位开关，待处理水入水口串接一电磁阀用于控制待处理水进入箱 体，所有和反应器连接的电器、传感器可连接一自动控制器，以实现反应器水处理的自动化 控制；箱体底面为一平面；箱盖面开有根据不同水处理要求的若干个供安装易拆装膜组件 的矩形孔；箱体内装有若干导流板，导流板的上边与箱盖密贴，左侧边或右侧边交替与箱 体前后两个内侧壁其中之一的侧壁密贴，底边与箱体底面密贴.上述所有入水口、出水口 都可装设滤网。上述易拆装膜组件由有密闭盖、定位片、供生物膜生长的膜生长体、固定膜 生长体的膜固定件、托盘及固定托盘的四个固定片组成。
[0019] 本发明中易拆装膜组件所述密闭盖为矩形平板，形状与箱盖面上所开孔相同，但 尺寸比箱盖面上所开的孔的尺寸大，中心有一圆孔；定位片为矩形平板，形状与箱盖面上所 开孔相同，上平面与箱盖面上所开孔相同，下平面比箱盖面上所开孔略小，中心有一圆孔， 圆孔大小与密闭盖上的圆孔相同，定位片作用为使易拆装膜组件插入反应器箱体时，引导 易拆装膜组件定位；膜生长体根据不同水处理的要求其外形和结构而不同，可为固体状碳 源棒、装颗粒状物的网袋、气体缓释纤维管丛等；易拆装膜组件下部装有一接存脱落生物膜 的托盘，托盘通过四个固定片将其与膜固定件固定，托盘由一矩形托板经四边折弯成盘状 物，折弯角度与所述不等边直角三角形的安装条斜角相配，以利积存脱落的生物膜，托盘水 平放置投影俯视图外形与箱盖面上所开孔相同，但尺寸比其略小，托盘底面开有若干漏水 孔；所述四个固定片，各固定片的平面与密闭盖对角线重合，使得固定片同时起到将水流 导向易拆装膜组件中心的导流作用。
[0020] 本发明中箱体底面安装的横截面为不等边直角三角形的安装条的作用：其一有助 于脱落的生物膜滑入托盘；其二能阻挡箱体底部水流对落入托盘的生物膜的冲击，使落入 托盘的生物膜不随水流流动；其三有助于增强箱体和导流板的抗水压能力。
[0021] 本发明中膜固定件至少有一外螺纹管接头，其螺纹管直径略小于密闭盖圆孔直 径，将定位片上平面与密闭盖相合、并使定位片四周边与密闭盖相应四周边的间距相同、夕卜 螺纹管接头穿过定位片及密闭盖中心孔，用螺母拧紧使膜固定件与密闭盖密闭，外螺纹管 接头被用于外接生物膜生长所需的营养源，外螺纹管接头配一个带圆环含内螺纹的封闭 头，当该可拆装膜组件不需用外螺纹管接头外接生物膜生长所需的营养源或拆卸该易拆 装膜组件时，用此封闭头封闭外螺纹管接头。这样，一方面可防止异物进入易拆装膜组件 内，并保护外螺纹管接头螺纹不受损坏，另一方面可利用封闭头上的圆环方便易拆装膜组 件从反应器箱体中取出。膜固定件下部固定膜生长体部分根据不同水处理的要求膜生长体 外形和结构而不同，托盘及固定托盘的四个固定片也可用于固定膜生长体。
[0022] 在箱盖面上开有供安装易拆装膜组件的矩形孔，矩形孔周边与易拆装膜组件密 闭盖周边相贴合，两者接触面间夹有一密封垫圈；在箱盖面长边中心线上装有若干个固定 环，其用于固定弹力带的一端，弹力带另一端接一挂钩；易拆装膜组件插入反应器箱体时， 其定位片引导其与箱盖面上矩形孔定位嵌合，弹力带上挂钩钩住反应器箱体上法兰盘，弹 力带对易拆装膜组件施加弹力使其固定。
[0023] 有益效果：本发明相对于现有技术具有以下优点：
[0024] 1)本发明反应器采用易拆装膜组件下部装设接存脱落生物膜的托盘方法，使得易 拆装膜组件从反应器箱体中取出进行离线清洗时，同时将脱落生物膜取出清除，其操作简 单易行，可减轻因清除脱落的生物膜对反应器的内部工作环境的影响，有利于反应器的稳 定连续运行。
[0025] 2)由于易拆装膜组件装设固定片，能起到导流作用，将水流引导流经膜生长体不 易流经的表面。
[0026] 3)由于易拆装膜组件下部装设固定片与托盘，使得易拆装膜组件离线清洗及拆装 时，能起到保护生物膜及方便清洗的作用。
[0027] 4)导流板下部能与箱体底面密闭，提高了导流板的导流效果。
[0028] 5)采用定位片引导易拆装膜组件与箱盖面上矩形孔定位嵌合，利用弹力带对易拆 装膜组件施压固定，使易拆装膜组件与箱体密闭的方式，具有拆装快速、方便、加工制造简 单。
[0029] 6)箱体底面安装有横截面为不等边直角三角形的安装条，有助于增强箱体和导流 板的抗水压能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1为本发明中生物膜反应装置的剖视图。
[0031] 图2为本发明中生物膜反应装置的俯视图。
[0032] 图3为本发明的可拆装膜组件结构示意图。
[0033] 图4为本发明中生物膜反应系统结构示意图。
[0034] 图中：
[0035] 1-待处理水入水口；2-回流入水口；3-上出水口；4-回流出水口；5-导流板； 6-箱体；7-箱盖；8-法兰螺丝；9-法兰盘；11-密闭盖；12-定位片；13-膜固定件；14-固定 片；15-膜生长体；16-托盘；17-外螺纹管；18-封闭头；19-固定环；20-弹力带；21-挂钩； 22-下出水口；23-入水电磁阀；24-出水电磁阀；25-高水位开关；26-低水位开关；27-回 流泵；28-控制器。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0037] 实施例一：
[0038] 如图1-4,本实施例用于处理高氯酸盐污水处理，反应器箱体6内按水处理工艺要 求装设四个可拆装膜组件，排列为二行二列。反应器箱体6左端侧壁上装有回流入水口 2， 左端后侧壁上装有待处理水入水口 1，入水口 1串接一个入水电磁阀23用于控制待处理水 进入箱体6。右端前侧壁上自上而下装有上出水口 3和回流出水口 4,上出水口 3接液位传 感器作为高水位开关25。箱体右端底部装有下出水口 22作为达标水出口，达标水出口 22 接一个三通，三通的另外两个接头分别连接作为低水位开关的液位传感器26和用于控制 达标水流出箱体6的出水电磁阀24。回流泵27进口连接回流出水口 4,回流泵27出口连接 回流入水口 2。上述入水电磁阀23、出水电磁阀24、高水位开关25、低水位开关26及回流泵 27连接一个可编程的控制器28。反应器箱体内部装有二块导流板5, 一块安装在待处理水 入水口 1与左列易拆装膜组件之间，并且和箱体6的后侧壁密贴，和箱体6的前侧壁之间 留有通道；另一块安装在左列与右列易拆装膜组件之间，并且和箱体6的前侧壁密贴，和箱 体6的后侧壁之间留有通道；导流板安装工艺为：首先制作一横截面为不等边直角三角形 的安装条，截取长度同箱体6前侧壁与箱体6后侧壁之间距离的安装条二根，二根安装条 长直角边分别密贴导流板正反面，即二根安装条将导流板夹在中间，然后二根安装条短直 角边密贴固定在箱体底面。箱体6侧面与箱体6底面交接处和可拆卸膜组件托盘16四周边 相对箱体6底面处都安装有横截面为不等边直角三角形的安装条，并且安装条短直角边密 贴固定在箱体6底面。箱盖7通过法兰螺丝8及密封垫圈将反应器箱盖7和反应器箱体6 上法兰盘9密闭连接成一体，密闭箱体6。四个易拆装膜组件的膜生长体15以废弃物秸杆 为缓释碳源，将其结合天然粘合剂加工成固体释碳棒，其上端插入易拆装膜组件的膜固定 件13内，下端被易拆装膜组件的托盘16支撑，托盘16通过四个固定片14与膜固定件13 固定。四个易拆装膜组件装入相同的固体释碳棒，并且其外螺纹管接头17都以封闭头18 封闭.四个易拆装膜组件组装完，插入反应器箱体6,由定位片12引导使其密闭盖11和箱 盖7面上矩形孔定位嵌合，每个易拆装膜组件用两条弹力带20对其施压固定。弹力带20的 一端由固定环19固定，另一端接挂钩21，挂钩21钩住反应器箱体6上的法兰盘9。将驯 化培养好的高氯酸盐还原菌液连同含高氯酸盐的污水经待处理水入水口 1进入箱体6内， 当膜生长体15释碳棒表面可以看到明显的生物膜，表示挂膜成功。此时反应器可启动水处 理运行，其运行方式是序批式。可编程控制器28控制其运行流程为：关闭出水电磁阀24使 下出水口 22关闭，打开入水电磁阀23使入水口 1进水入箱体6,待水位达上出水口 3时， 高水位开关25送信号给可编程控制器28。可编程控制器28控制入水电磁阀23关闭入水 口 1。待处理水停留在箱体6中一段时间，高氯酸盐进水与释碳棒表面附着的高氯酸盐还原 菌膜充分接触、反应，期间为使其接触更充分，可编程控制器28可间断控制运行回流泵27， 引导水流在导流板5作用下呈S型流经四个易拆装膜组件的膜生长体15表面。到可编程 控制器28设定的水力停留时间或水质达标后，可编程控制器28打开出水电磁阀24使净 化出水从下出水口 22流出，净化水完全流出后，下出水口 22并接的低水位开关26送信号 给可编程控制器28,可编程控制器28再次控制关闭出水电磁阀24使下出水口 22关闭，打 开入水电磁阀23使入水口 1进水入箱体6,完成一次水处理流程。随着水处理流程多次进 行，微生物生长代谢脱落的生物膜落入托盘16较多，生物膜生长过厚，水处理效果下降，需 对易拆装膜组件进行离线清洗或更换生物膜生长释碳源，其操作只需释放钩在箱体6上法 兰盘9上的两个挂钩21，提升易拆装膜组件上封闭头18即可。将易拆装膜组件取出，用备 用易拆装膜组件代替被取出的易拆装膜组件插入反应器箱盖7面上矩形孔，用两个弹力带 20对其施压固定.被取出的易拆装膜组件去除托盘16中脱落的生物膜，清洗或更换膜生 长体15。由于易拆装膜组件下部装设固定片14与托盘16,对易拆装膜组件离线清洗及拆 装时，起到保护生物膜及方便清洗的作用.
[0039] 实施例二：
[0040] 本实施例用于去除水中硝酸盐氮。反应器构成及运行方式与实施例一基本相同。 不同之处在于四个易拆装膜组件的膜生长体15以硫磺颗粒为电子载体，装入网袋，然后将 网袋扎口并固定在膜固定件13上，袋下部被托盘16所固定，使网袋在水力作用下不漂移。 本实施例的释碳源消耗较大，故本反应器的易拆装膜组件特别适合于这种经常更换释碳 源的场合。
[0041] 实施例三：
[0042] 本实施例用于硫酸盐、溴酸盐等含氧酸盐污染物的污水处理，操作方式为连续运 行。反应器装置六个易拆装膜组件，排列方式为二行三列。箱体6左端侧壁上装有回流入 水口 2,左端后侧壁上装有待处理水入水口 1，右端后侧壁上自上而下装有达标水出水口 3 和回流出水口 4,回流泵进口连接回流出水口 4,回流泵出口连接回流入水口 2。反应器箱 体内部装有导流板5共三块，第一块安装在待处理水入水口 1与左列易拆装膜组件之间，并 与箱体6的后侧壁密贴，和箱体6的前侧壁之间留有通道；第二块安装在左列与中间列易拆 装膜组件之间，并且和箱体6的前侧壁密贴，和箱体6的后侧壁之间留有通道；第三块安装 在中间列与右列易拆装膜组件之间，并且和箱体6的后侧壁密贴，和箱体6的前侧壁之间留 有通道。第一块导流板与箱体6前侧壁之间留有的通道装有滤网。六个易拆装膜组件外螺 纹管17接头被用于外接生物膜生长所需的营养源，其左右二列接二氧化碳气源，中间列接 氢气源。膜生长体15为气体缓释纤维丝管丛，外接气源通过纤维丝管缓慢释放。膜固定件 13将一朿纤维丝管固定，同时确保外接气源只能通过纤维丝管释放。净化后的水由顶部的 上出水口 3溢流而出。
[0043] 从以上实施例可见本发明能适用于多种不同类型的水处理，既能序批式运行，也 能连续运行，运行维护简单方便，并可自动控制，实现水处理的长期稳定运行，有着广泛的 推广应用前景。
[0044] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本【技术领域】的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种生物膜反应装置，其特征在于：包括箱体、设在箱体内的导流板、一组可拆卸膜 组件、设在箱体上的箱盖，设在箱体侧面上的待处理水入口、回流入水口、上出水口、下出水 口、回流出水口，所述可拆卸膜组件设在箱盖上并插入箱体内，所述可拆卸膜组件通过固定 件进行固定，所述可拆卸膜组件包括膜生长体、托盘、设在膜生长体上方的膜固定件、设在 膜固定件上方的定位片、设在定位片上的密闭盖、与密闭盖相连的外螺纹管，所述托盘设在 膜生长体下方并通过固定片与膜固定件固定，所述托盘与箱体内底部接触，所述导流板包 括板体以及在板体底部的截面呈直角三解形的安装条，所述导流板分别设在待处理水入口 与可拆卸膜组件之间以及可拆卸膜组件之间，所述导流板安装在箱体内部并与箱体内侧间 有一空隙，所述空隙间设有一滤网，所有导流板使污水在箱体俯视角度看流向呈"S"字形； 所述托盘通过由一托板和托板相连的具有与安装条的直角三角形斜角相匹配的盘边，且盘 边与安装条斜边相切。
2. 根据权利要求1所述的生物膜反应装置，其特征在于：所述箱盖与箱体通过法兰螺 丝和法兰盘进行固定连接。
3. 根据权利要求1所述的生物膜反应装置，其特征在于：所述膜生长体为固体状碳源 棒、装颗粒状物的网袋、气体缓释纤维管丛中的一种。
4. 根据权利要求3所述的生物膜反应装置，其特征在于：所述安装条的横截面为不等 边直角三角形。
5. 根据权利要求1所述的生物膜反应装置，其特征在于：所述固定件包括一组弹力带 和一组固定环，所述箱体两侧设有一组挂钩，所述弹力带通过两端固定在挂钩上对可拆卸 膜组件进行施压固定，通过固定环对弹力带进行固定。
6. 根据权利要求1所述的生物膜反应装置，其特征在于：所述外螺纹管外设有一封闭 头。
7. 根据权利要求1所述的生物膜反应装置，其特征在于：所述固定片的数量为四个，均 匀布置在托板的四个角上，且固定片与上方密封盖对角线保持重合。
8. -种基于权利要求1的生物膜反应装置的生物膜反应控制系统，其特征在于：包括 权利要求1所述的生物膜反应装置、控制器，所述回流入水口与回流出水口通过管道连通 且在管道上设有一回流泵，所述待处理水入口处设有一入水电磁阀，所述下出水口处分别 设有低水位开关和出水电磁阀，所述上出水口处设有一高水位开关，所述入水电磁阀、低水 位开关、出水电磁阀、高水位开关、回流泵均与控制器连通。
【文档编号】C02F3/30GK104211174SQ201410456413
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】彭银仙, 徐庆涛, 张永信, 高和平, 曾俊 申请人:江苏科技大学