一种一体化生物膜反应器的制作方法

本发明属于污水处理技术领域，具体是涉及一种一体化生物膜反应器的污水处理系统。

背景技术：

现有的生物膜反应器大多均为卧式结构，且厌氧区和好氧区为分体式结构，导致占地面积大，空间利用率低，制约了使用范围；而且现有的生物膜分为固定床和移动床两种，两者都需要一定的搅拌，尤其是后者，无论是机械搅拌还是水力搅拌，反应器内部各处水力条件无法保持一致，填料在反应器内移动状态不均衡，池内不同程度地存在死区的问题，从而导致填料和来水接触不够充分，出水水质不稳定，cod、氮、磷等不达标，后期处理成本较高。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有生物膜反应器占地面积大、反应器内填料和来水接触不够充分，出水水质不稳定的技术问题，提出一种一体化生物膜反应器，该一体化生物膜反应器提供了一种简单而又高效的搅拌方式，污水和生物膜接触更加均匀充分，保证在反应器内部各处的水力条件更加一致，解决了存在死区的问题，另外该反应器采用一体化柱式立体结构，占地面积小，运行维护成本低。

本发明采用如下技术方案：

一种一体化生物膜反应器，包括反应器本体，反应器本体内由隔板分隔形成上、下两个腔室，上腔室为厌氧反应室，下腔室为好氧反应室，隔板上开设有单向导水孔，厌氧反应室和好氧反应室通过单向导水孔连通，隔板的中心位置开设有供转轴穿过的通孔，反应器本体顶部设置有数控电机，数控电机的输出轴上连接转轴，转轴依次穿过厌氧反应室、隔板和好氧反应室，并从好氧反应室底部穿过，转轴与厌氧反应室、隔板和好氧反应室之间均为转动密封连接；位于厌氧反应室的转轴上下两端各连接有一个圆盘，分别为圆盘一和圆盘二，圆盘一和圆盘二之间连接有若干个厌氧生物填料组件，厌氧生物填料组件均竖向设置，且均与转轴平行，圆盘一和圆盘二随转轴转动时，厌氧生物填料组件能够在圆盘一和圆盘二上沿着圆盘的径向移动；位于好氧反应室的转轴上下两端各连接有一个圆盘，分别为圆盘三和圆盘四，圆盘三和圆盘四之间连接有若干个好氧生物填料组件，好氧生物填料组件均竖向设置，且均与转轴平行，圆盘三和圆盘四随转轴转动时，好氧生物填料组件能够在圆盘三和圆盘四上沿着圆盘的径向移动。

优选的，四个圆盘的径向开设有多个长条孔，长条孔的长度方向与圆盘径向平行，长条孔宽度方向的两侧壁为球面，长条孔中设置有可移动球体，可移动球体能沿长条孔侧壁滑动，长条孔长度方向的两端直径不同，分别为大端和小端，其中大端的内径较可移动球体的外径大，且位于大端处铰接有金属条，金属条一端铰接在位于大端的圆盘上，另一端卡设在卡槽中，卡槽开设在大端的长条孔内壁上，金属条横置在长条孔上；小端的内径与可移动球体的外径相等，小端内壁固连弹簧的一端，弹簧的另一端与可移动球体接触，弹簧的伸缩方向与圆盘的径向平行。

优选的，可移动球体上设置有挂绳，厌氧生物填料组件包括中心绳，厌氧生物填料固定在中心绳上，中心绳的两端均连接有挂钩，通过挂绳与挂钩，将厌氧生物填料组件和可移动球体连接在一起。

所述厌氧生物填料和好氧生物填料均采用具有弹性的细丝状填料，由高分子聚合物制成，并加入抗氧剂、亲水剂、稳定剂和吸附剂等添加材料，单根细丝对折后由中间嵌入中心绳上，呈放射状。中心绳由九股线编织而成，上下两端分别带有细铁环，与细丝状填料共同构成生物膜单元，便于更换。

优选的，好氧生物填料组件包括中心绳，好氧生物填料固定在中心绳上，中心绳的两端均连接有挂钩，通过挂绳与挂钩，将好氧生物填料组件和可移动球体连接在一起。

优选的，反应器本体顶部连接有进水管，厌氧反应室内位于圆盘一上方的转轴上连接有布水管，进水管与布水管连通。转轴转动，布水管不转动，通过若干个长条孔进入厌氧反应室，能够在空间上更均匀地布水。

优选的，由于好氧反应室需容纳一部分气体，容积略大于厌氧反应室；所述厌氧反应室和好氧反应室容积比为1：1.1。

优选的，好氧反应室内设置有曝气管，曝气管与反应器外部的风机连接，好氧反应室底部设有排泥孔，顶部侧壁上设有排气孔，底部侧壁连接有出水管。

数控电机安装在反应器顶部中央，数控电机可以做周期性变速转动。数控电机控制转轴转速在5—15转/分钟之间做周期性变速转动，考虑到生物膜承受污水冲刷强度不宜过大，因此转速不宜过大。

本发明的有益效果在于：

本发明巧妙地利用了离心力和弹簧结构，使填料除切向运动外还将进行径向往复运动，较传统结构大大增加了搅拌效果，增加了来水与生物膜的接触时间和面积，减少了反应池内死区，提高了生物填料的利用率，使出水水质更加稳定；

本发明反应器采用一体化结构设计，立式结构大大减小了占地面积，应用范围广。

附图说明

图1是本发明主体设备的纵剖面图；

图2是厌氧反应室和好氧反应室内的填料固定结构示意图；

图3是填料固定结构的俯视图；

图4是转轴做减速转动时弹簧恢复自然状态的结构视图；

图5是转轴做加速转动时弹簧处于被压缩状态的结构视图；

图6是可移动球体在长条孔中的示意图；

图7是长条孔俯视图；

图8是长条孔内滑槽的剖面图；

图9是实施例中主要污染物随天数的平均去除率；

图标：1-进水管，2-数控电机，3-转轴，4-布水管，5-厌氧反应室，6-好氧反应室，7-单向导水孔，8-排气孔，9-风机，10-曝气管，11-出水管，12-排泥口，13-圆盘一，14-圆盘二，15-圆盘三，16-圆盘四，17-厌氧生物填料组件，18-好氧生物填料组件，19-可移动球体，20-弹簧，21-长条孔，22-金属条。

具体实施方案

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。而且，应当理解，在此描述的各种各样的实施例的特征不互斥，并且能在各种各样的组合和变换过程中存在。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种一体化生物膜反应器，包括反应器本体，反应器本体内由隔板分隔形成上、下两个腔室，上腔室为厌氧反应室5，下腔室为好氧反应室6，隔板上开设有单向导水孔7，厌氧反应室5和好氧反应室6通过单向导水孔7连通，隔板的中心位置开设有供转轴3穿过的通孔，反应器本体顶部设置有数控电机2，数控电机的输出轴上连接转轴，转轴依次穿过厌氧反应室、隔板和好氧反应室，并从好氧反应室底部穿过，转轴与厌氧反应室、隔板和好氧反应室之间均为转动密封连接；位于厌氧反应室的转轴上下两端各连接有一个圆盘，分别为圆盘一13和圆盘二14，圆盘一和圆盘二之间连接有若干个厌氧生物填料组件17，厌氧生物填料组件均竖向设置，且均与转轴平行，圆盘一和圆盘二随转轴转动时，厌氧生物填料组件能够在圆盘一和圆盘二上沿着圆盘的径向移动；位于好氧反应室的转轴上下两端各连接有一个圆盘，分别为圆盘三15和圆盘四16，圆盘三和圆盘四之间连接有若干个好氧生物填料组件18，好氧生物填料组件均竖向设置，且均与转轴平行，圆盘三和圆盘四随转轴转动时，好氧生物填料组件能够在圆盘三和圆盘四上沿着圆盘的径向移动。

如图2-8，四个圆盘的径向开设有多个长条孔21，长条孔的长度方向与圆盘径向平行，长条孔宽度方向的两侧壁为球面，可移动球体卡设在长条孔中，并能沿长条孔侧壁滑动，长条孔长度方向的两端直径不同，分别为大端和小端，其中大端的内径较可移动球体的外径大，且位于大端处铰接有金属条22，金属条一端铰接在位于大端的圆盘上，另一端卡设在卡槽中，卡槽开设在大端的长条孔内壁上，金属条横置在长条孔上，打开金属条，从大端将可移动球体置入长条孔中，推动可移动球体向小端移动，使可移动球体与弹簧接触，放下金属条，金属条能阻止可移动球体继续向大端移动，使可移动球体在压缩弹簧和在弹簧恢复力作用下碰触金属条的方向移动。其中小端的内径与可移动球体的外径相等或稍大，小端内壁固连弹簧的一端，弹簧的另一端与可移动球体接触，弹簧的伸缩方向与圆盘的径向平行。

为了保证弹簧与可移动球体始终接触，可移动球体上设置有挂绳，弹簧与可移动球体连接的一端具有挂钩，通过挂绳与挂钩的连接，使弹簧与可移动球体连接在一起。

数控电机2安装在反应器罐体上部中央；所述数控电机2可以做周期性变速转动。

进水管1从厌氧反应室5上部连接厌氧反应室5内顶部的布水管4；来水自进水管1到布水管4，进入到厌氧反应室，此时，污水经过圆盘13上部的长条孔21和圆盘一与反应器筒壁之间的缝隙进入厌氧反应室与厌氧生物填料接触。

厌氧生物填料组件和好氧生物填料组件中的厌氧生物填料和好氧生物填料均采用具有弹性的细丝状填料，由高分子聚合物制成，并加入抗氧剂、亲水剂、稳定剂和吸附剂等添加材料，单根细丝对折后由中间嵌入中心绳上，呈放射状，两两圆盘之间的中心绳处于紧绷状态。中心绳由九股线编织而成，上下两端分别带有挂钩，与细丝状填料共同构成生物填料组件，便于更换。

如图6-8，可移动球体19为中空的合金结构，由铝合金制成，其密度与水密度相近，可移动球体顶部固连有挂绳，中心绳的两端具有挂钩，通过挂绳与挂钩，将中心绳和可移动球体连接在一起，中心绳和弹簧间夹角为90度。

弹簧20的弹性系数与数控电机2周期性变速运动时带动圆盘的离心加速度有关，弹簧20整体弹性系数越大，则要求电机转速越快，考虑到生物膜的稳定性及污水处理效果，转速不宜过高，因此选择弹性系数较小的弹簧；所述弹簧的弹性系数随圆盘半径向外方向按半径成比例减小。

当数控电机2带动转轴3做加速转动时，连接有生物填料的可移动球体19所受的离心力大于弹簧20的支持力，生物膜填料除了切向旋转的速度外还将获得沿径向离心的速度；当数控电机2带动转轴3做减速转动时，连接有生物填料的可移动球体19所受的离心力小于弹簧20的支持力，生物膜填料除了切向旋转的速度外还将获得沿径向向心的速度，由于圆盘上不同半径上的长条孔21中可移动球体所获得的离心力不同，为保证所有填料移动的一致性，弹簧20的弹性系数沿半径增大方向而减小，当圆盘处于静止状态时弹簧20处于原长。

本实施例中，所述转轴3转速在0—15转/分钟之间做周期性变速转动。

本实施例中，所述长条孔21结构按同心圆错位地分布在圆盘上。

本实施例中，所述厌氧反应室5和好氧反应室6容积比为1：1.1，厌氧反应室5和好氧反应室6间用一个单向导水孔连通。

本实施例中，所述风机9连接的曝气管10采用“井”字形排布的微孔曝气头；所述微孔曝气头采用陶瓷材料。

本实施例中，所述好氧反应室6内底部设有排泥孔12，侧面顶部设有排气孔8，侧面底部设有出水管11。

本装置通过离心力和弹簧结构的巧妙结合，使得生物填料较传统的反应器能够更加充分地与污水接触，生物膜除了在切向上旋转与污水接触，更多了径向上的移动，且整个反应器是一种空间上更加对称的结构，使得反应器内部各处的水力条件更加一致，解决了传统反应器存在死区的问题，提供了一种更加简单和高效的搅拌方式，大大提高了生物填料的利用率，从而提高了出水水质的稳定性。

如图9，在调试挂膜成功后，正式工作阶段，分别在本发明的进水口和出水口取样，每个口各取五次样，每隔两天取一次水样，本发明装置持续运行10天后结束取样。选取cod、氨氮、总氮这三种常见的指标作为代表，实施例表明，一种一体化生物膜反应器对中小流量污水中cod平均去除率分别为82.0％、85.2％、86.7％、86.1％、88.8％，氨氮平均去除率为94.6％、95.3％、96.7％、97.2％、98.3％，总氮平均去除率分别为78.2％、75.4％、80％、81.8％、76.5％。并且在连续的重复实验中，其去除效率波动不大，效果稳定。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。