机电一体膜生物反应器的制作方法

本实用新型涉及电磁利用和污水净化处理领域，具体讲是一种机电一体膜生物反应器。

背景技术：

在我国水资源日益匮乏的情况下，污水资源化已经成为解决城镇用水短缺的主要途径，也是减轻水环境污染的主要手段。膜生物反应器作为污水净化再用的先进技术方法之一，已经得到水处理行业专家、教授的普遍认同和青睐，这种先进技术方法将传统的水处理技术和现代的水处理技术溶合在一起，形成了独特的技术优势，它不仅对污水进行生物降解，而且进行膜处理，最大程度地降低了环境污染，提高了净水水质，为我国污水资源化战略决策的实施提供了一定的技术支持。然而由于该技术方法能耗较大，生产、运行成本较高，始终不能进行全面推广和应用。为了解决能耗较大，生产、运行成本较高的问题，国内外水处理行业的专家、教授做了大量的工作，例如进行低压膜的研制，提高污水溶氧率等，这些技术措施虽然也受到了一些效果，但由于始终不能摆脱传统的依赖电机带动鼓风机进行曝气和电机带动水泵进行加压的基本运行模式，并不能大幅度降低能耗，降低生产、运行成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对目前膜生物反应器能耗高、运行成本较高的问题，直接利用电磁进行电机转换，在不用电动机、不用鼓风机、不用水泵的情况下，完成膜生物反应器的溶氧曝气和膜处理加压工序的工作过程。具体的讲是提供一种机电一体膜生物反应器。该反应器可提高装置效率，有效降低生产、运行成本。

本实用新型是这样实现的：在一个装置内，设置有电磁动力系统、生物反应系统和膜污净分离系统；电磁动力系统主要由圆筒缸体、产生直流磁场的对称定子、产生交变磁场的圆柱塞、变频器、吸能储能器、水压室和气压室所组成，其作用就是通过对称定子产生的直流磁场和圆柱塞产生的交变磁场相互作用，使圆柱塞在圆筒缸体内进行往复运动，通过圆柱塞的往复运动，使水压室和气压室压力产生交替变化。生物反应系统主要由反应室、生物立体弹性填料和布气管部件所组成，其作用就是通过气压室压力交替变化，将大量的空气通过布气管送入反应室，并将气水进行混合，对污水及生物团进行高效熔氧曝气，以便对污水中的有机物进行生物降解。膜污净分离系统主要由中空纤维膜组件、组件壳体和压力变化稳定室部件组成，其作用就是在稳定水压的前提下，实现水和污物的彻底分离。通过管路，电磁动力系统中的水压室出水管和膜污净分离系统中的压力变化稳定室相联通，水压室进水管和生物反应系统中的反应室相联通，气压室出气管和生物反应系统中的布气管相联通。

电磁动力系统中的对称定子分为左、右两个部分，一部分装置在圆柱塞的左侧，另一部分装置在圆柱塞的右侧，对称定子左、右两个部分均和缸体固定在一起，对称定子两个部分的绕组线圈绕向相同，绕组线圈均采用高绝缘防水铜线，并进行串联连接，目的是让对称定子两个部分在圆柱塞运动轨迹的各断面，均产生方向相同磁场，对称定子绕组和直流电源相连接；吸能储能器分别设置在圆柱塞两端面和对称定子左、右两部分的朝向圆柱塞的两端面，圆柱塞设置在圆筒缸体滑道中，分别在圆柱塞两端面处设置有绕向相反的绕组，绕组线圈均采用高绝缘防水铜线，两个绕组为并联连接，目的是在两端面产生相同的磁场极性，通过变频器，圆柱塞绕组和交流电源相连接，对称定子和圆柱塞通过磁场相互联系。水压室为圆筒缸体一侧端通过封闭而形成，水压室设置有污水流入单向阀、污水流出单向阀；气压室为圆筒缸体另一侧端通过封闭形成，气压室设置有空气流入单向阀、空气流出单向阀。

生物反应系统中的生物立体弹性填料布置在反应室内，布气管设置在生物立体弹性填料下面。膜污净分离系统中的中空纤维膜组件设置在组件壳体里，通过管路，组件壳体和压力变化稳定室相联通。

该实用新型的工作原理是这样的：当对称定子接通直流电流后，在圆筒缸体内产生一个不变的具有N极和S极的磁场。圆柱塞通过变频器接通交流电流后，在圆柱塞两端面，会产生两个极性相同，且极性会随着交流电流方向变化而变化，其磁场强度也随着交流电流的大小而变化的交变磁场，实际上就是在圆柱塞两端面会同时形成两个随时间不断变化的N极或S极，且磁场强度也在随时间不断变化的交变磁场。当圆柱塞两端面上磁场极性都是N极时，根据同性相吸异性相斥原则，这时的圆柱塞会在对称定子产生的不变磁场的作用下，会向S极方向运动，根据交流电流正弦变化规律可知,这时圆柱塞两端面上磁场强度也会随着时间从零到小逐渐到大到最大,再从最大到大到小到零,这个过程正好需要半个交流周期,这就意味着圆柱塞向S极运动的过程，也是从零速度不断加速到最大加速度，随后加速度会不断减小，直至到零，最后圆柱塞向S极运动就会停止；当交流电流变化到下半个周期时，圆柱塞两端面上磁场极性自然就要从N 极变成S极，这时的圆柱塞就会向N极运动,即相反方向运动，其运动过程及规律和上述运动过程及规律完全一样，这样圆柱塞就会随着交流电周期变化而进行周而复始往复运动，交流电流变化一个周期，圆柱塞也会做一次往复运动，圆柱塞在单位时间内进行往复运动次数有交流电流的频率所决定，由于该装置连接有变频器，所以可以通过变频器调节圆柱塞往复运动速度；吸能储能器的作用是吸收圆柱塞运动变相时多余的动能，并通过动能释放给圆柱塞提供一个初始加速度。由于圆柱塞将一个封闭的圆筒缸体分为了两个相对独立的容积空间，即一个为气压室，另一个为水压室，这样当圆柱塞往复运动时，必然引起气压室和水压室容积变化，当圆柱塞向S极方向运动时，如果气压室容积变小而压力变大，而这时的水压室必然就要容积变大而压力变小，气压室压力变大可以将有压气体排入反应室，水压室压力变小可以将生化污水从反应室吸入水压室；当圆柱塞向N极方向运动时，气压室和水压室的容积及压力会进行相反的变化，这样就可以实现将大气中的空气通过单向进气阀吸入气压室，将水压室里的生化污水送到压力变化稳定室，经过压力变化稳定室稳压后，进而为中空纤维膜组件提供比较稳定的有压生化污水。这样周而复始就可以为生物反应系统不断提供氧气，为膜污净分离系统不断提供有压生化污水，进而达到污水生化容氧曝气、膜实现有压污净分离的目的。

该实用新型具有一定的新颖性，具体体现在在申请日以前没有同样的发明或者实用新型，在国内外出版物上公开发表过，在国内外公开使用过或者以其它方式为公众所知，也没有同样的发明或实用新型由他人向专利局提出过申请并且记载在申请日以后公布的专利申请文件中。

该实用新型也具有一定的创造性，具体体现在在申请日以前，国内外膜生物反应器技术，始终不能摆脱传统的依赖电机带动鼓风机进行曝气和电机带动水泵进行水压推动的基本运行模式，其能耗和生产运行成本居高不下。该实用新型直接利用电磁进行电能、机械能转换，在不用电动机、不用鼓风机、不用水泵的情况下，完成膜生物反应器的溶氧曝气和膜污净分离工序的工作过程。具体的讲是提供了一种机电一体膜生物反应器，从根本上改变了传统的运行模式。和目前国内外膜生物反应器技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。

该实用新型也具有一定的实用性，具体体现在该实用新型能够制造或者使用，并且能够产生以下积极有益的效果：

(1)、该实用新型通过电磁动力系统，将电能直接转换成机械能，由机械能直接进行生物曝气和膜污净分离，中间过程不需要电机、不需要鼓风机、水泵等设备，该实用新型不仅从整套设备结构，工艺工作程序等方面进行了简化创新，而且从根本上改变了传统的膜生物反应器的基本工艺运行模式。

(2)、该实用新型设备结构紧凑简单、附属设备少、技术工艺先进，装置效率高，可使其生产成本和运行成本降低。

(3)该实用新型使动力系统部件密封于同一壳体内，不需动密封部件，这样不仅根除了泄漏，而且也避免和消除了外部环境对该装置内部的影响，具有很强的防爆性能，可用于化工厂、煤矿等需防爆场合。

(4)、该实用新型不用鼓风机进行容氧曝气，具有噪音较小的特点。

(5)该实用新型可用于多种污水处理及净化回用的工程项目中。

附图说明

图1是本实用新型－实施例的纵断面结构图。

图2是－实施例的俯视结构图。

图中，1.圆筒缸体 2.对称定子 3.圆柱塞 4.变频器 5.吸能储能器 6.水压室 7.气压室 8.反应室 9.生物立体填料 10.布气管 11.压力变化稳定室 12.中空纤维膜组件 13.污水流入单向阀 14.污水流出单向阀 15. 空气流入单向阀 16.空气流出单向阀 17.组件壳体 18.反应室待处理污水进水管 19.净水出水管

具体实施方式

在图中，圆筒缸体(1)是由无缝钢管或铸钢制造而成。对称定子(2)是由铁芯、绕组所组成，分为左、右两部分，一部分装置在圆柱塞的左侧，另一部分装置在圆柱塞的右侧，对称定子左、右三个部分均和缸体固定在一起，对称定子两个部分的绕组线圈绕向相同，并进行串联连接，绕组线圈均采用高绝缘防水铜线，对称定子绕组和直流电源相连接。圆柱塞(3)是由柱体、铁芯和绕组所组成，圆柱塞设置在圆筒缸体滑道中，分别在圆柱塞两端面处设置有绕向相反的绕组，两个绕组为并联连接，绕组线圈均采用高绝缘防水铜线，圆柱塞绕组通过变频器(4)和交流电源相连接，对称定子和圆柱塞通过磁场相互联系。吸能储能器(5)是由高强度高弹性橡胶材料制作而成，分别设置固定在圆柱塞两端面和对称定子左、右两部分朝向圆柱塞的两端面；其作用是当圆柱塞(3)在进行往复运动时，一方面，通过吸收动能减少圆柱塞(3)在高速运动过程中对左、右对称定子的冲击力，另一方面，通过动能的释放使圆柱塞(3)在作反向运动时，为圆柱塞(3)施加一个启动助推力，以使圆柱塞(3)快速启动。水压室(6)为圆筒缸体一侧端通过封闭而形成，水压室设置有污水流入单向阀(13)、污水流出单向阀(14)。通过管路，污水流入单向阀(13)和反应室(8)相联通，污水流出单向阀(14)和压力变化稳定室(11)相联通。气压室(7)将圆筒缸体另一侧端通过封闭形成，气压室(7)设置有空气流入单向阀(15)、空气流出单向阀(16)。通过管路，空气流入单向阀(15)和大气相联通，空气流出单向阀(16) 和布气管(10)相连通。反应室(8)是由钢板制作而成，为圆筒形容器，其作用是让污水在此进行高效生物曝气，降解污水中的有机物。生物立体弹性填料(9)是由许多纤维线团用尼龙绳串结而成，通过支架悬挂在反应室(8)里，生物立体弹性填料(9)的作用就是为众多生物团提供载体。布气管(10)由钢管焊接而成，设置在生物立体弹性填料(9)下面，和空气流出单向阀(16)相连通。压力变化稳定室(11)是由钢板制作而成，为半圆圆筒密闭容器，进水管和污水流出单向阀(14)相连通，出水管和中空纤维膜组件(12)进水管相连通，压力变化稳定室(11)的作用就是使从水压室(6)流出的流速、压力均不稳定的水流压力趋于稳定。中空纤维膜组件(12)是标准件，设置在组件壳体(17)里，其出水管和回用净水用户设备相联通。组件壳体(17)由钢板制造而成，为圆筒密闭容器。出水管和回用净水用户设备相联通。

在上述图示中，虽然列举了本实用新型较佳实施例进行了说明，但众所周知，不应由该实施例反而限制了本实用新型的权利保护范围，亦即，任何熟悉该实用新型创新点的工程技术科学研究人员，若应用本实用新型主要之特征，进行若干细节的变动，皆仍应属于本实用新型的专利保护范围。