专利名称：多种几何形祼垂束柱状鼓气式膜生物反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多种几何型裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器。可用于液体过滤、饮用水除菌、污水处理、细菌、细胞培养及生物制药。
背景技术：
普通的膜生物反应器组件基本是以帘布式为主的，自从本公司的原专利("裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件"专利号ZL 2006 2 0039621. l)公布以来，国内首创的新型膜生物反应器已成功地应用于国内外各行业的污水处理及中水回用之中了，效果良好。原专利只解决了一个膜生物反应器的中空纤维膜束组装的问题，即树脂浇注成上端吸水与下端鼓气的型式。而本实用新型的技术关键在于把单元膜束组装成一个"多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器"，这种膜生物反应器可以因地制宜地按需制造多种几何形式，以便于在各种异型的容器及水池中作最小体积的安排。同时把原来机组共用的鼓气管改为单个膜生物反应器的鼓气管兼支架，这样一举两得，即满足了鼓气要求，又使每个单体膜生物反应器的膜有一个刚性的支撑件，防止了大型的膜生物反应器安装时不慎损坏的问题。发明内容
本实用新型的目的是获得一种简单、高效、强度高、抗污染性好、耐疲劳等综合性能良好的多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器。
本实用新型提出的多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，由水气分布器1、吸水管连接头2、裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件3、鼓气管兼支架4、下空气分布器5、鼓气管连接头6、空气曝气管7、生物微载体8和整机集水管与进气管10组成，其中
水气分布器1包括上层水道层和下层气道层，上层水道层设有抽吸水管道1. 1、主正负压腔L2、多路正负压腔1.3，下层气道层设有侧面鼓气管接头1.4、侧正压腔1.5和上主正压腔1.6，抽吸水管道1. 1插入水气分布器1内，抽吸水管道1. 1内形成主正负压腔1. 2，主正负压腔1. 2连接多路正负压腔1. 3，侧正压腔1. 5 —侧连接侧面鼓气管接头1. 4,另一侧连接上主正压腔1.6;
裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件3 —端设有吸水管连接头2，另一端设有鼓气管连接头6;
下空气分布器5内设有主正压腔5. 1和多路下正压腔5. 2，主正压腔5. 1连接多路下正压腔5.2;主正压腔5. 1通过鼓气管兼支架4连接上主正压腔1. 6，多路下正压腔5. 2通过鼓气管连接头6连接空气曝气管7，多路正负压腔1. 3连接吸水管连接头2。
本实用新型中，水气分布器l的横剖面为四边形、棱形、三角形、五边形、六边形、八边形、十二边形、圆形或十边形等中任一种。
本实用新型中，下空气分布器5的横剖面为四边形、棱形、三角形、五边形、六边形、八边形、十二边形、圆形或十边形等中任一种。
本实用新型中，所述反应器的长度为200誦-5000隱。
本实用新型中，抽吸水管道1. 1 一端连接主集水管，侧面鼓气管接头1. 4连接主送气管。
本实用新型中、空气曝气管7的顶部开有直径为l一2mm的小孔7. 1，空气曝气管7靠近顶部上方圆周外开有一圈小孔7.2，小孔直径为l一2mm，开孔数量视管形大小而确定。空气从这些小孔中溢出，明显改善了空气气流的分布方向，对膜表面的吹扫起到了十分有效的作用，从而提高了抗污染能力。
本实用新型中、各生物反应器可以是串联或并联使用，抽吸水管道1. 1 一端连接分集水管10.2，分集水管10.2连接主集水管10. 1,侧面鼓气管接头1.4连接分送气管10.4，分送气管10. 4连接主送气管10. 3。
本实用新型中，生物反应器位于机架9内，生物微载体8分布于机架9内，生物微载体8为一串或无数串，视可填充空间大小而定。所述生物微载体8的主要作用是该生物微载体8与裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件3，同时近距离装配在一个机架组上，由于生物微载体带正电荷，起到竞争吸附污泥的作用，从而保护了膜生物反应器的抗污染能力并提高了膜生物反应器的使用寿命。根据不同的水质(或溶液、料液)，可以设置不同数量的生物微载体8，其数量可以从1串至无数串(视可填充空间大小而定)。
本实用新型中、水气分布器1与下空气分布器5的外型俯视图呈多种几何型，各种型状的尺寸如下
矩型二长X宽X高=20鹏X10mmX50mm起到任意尺寸。
三角型和棱形的边长和高度=20 到任意尺寸。
圆型直径和高度=20mm到任意尺寸。
多边形的边长和高度二 20國到任意尺寸。
本实用新型中、所述膜生物反应器机组呈悬挂状，悬挂樑高度为40mm—4000mm。
本实用新型中、所述膜生物反应器单组件长度为200mm-5000mm。
本实用新型中、所述膜生物反应器装配整机呈矩型、圆型、三角型、棱型、多边型。尺寸按工程需求的任意要求。
本实用新型工作过程如下本实用新型可任意组装成工程所需规模的机组、浸没于工程水池中或装入各种特殊形状的容器或器壳内。机组在污水池或浓溶液池内工作，以膜生物反应器的分离功能实现了水与其它物质的分离(如细菌、病毒、有机物(蛋白质等相关物质)。下端鼓出气泡，上端给予负压，抽出了清水或有用溶剂，分离了浓物质(如污泥、有机物、蛋白质等)。从而可实现污水处理或中水回用及生物制药过程中的相关功能。根据设计在过程中实施低压抽吸并对膜进行必要的清洗后，该膜生物反应器可以长期使用。本实用新型在计算机有效与合理的程序控制下使用，将体现更优良的性能。
本实用新型采用了综合性能良好的双致相(TIPS + NIPS)膜材料，这种膜材料具备了两种致相原理的特性，并互补了各自的缺陷，特别适合用于本实用新型之中，经典的膜材料为聚偏氟乙烯(PVDF)。这种膜材料制造的中空纤维膜具有高强度、高抗污染、高截留率、高水通量、高寿命等特性，所制成的多几何形裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件3与
其它相关配件装配成整机，以完成其各项功能与使命。
由于这种膜组件是裸垂束柱状形的，它的安装形式与曝气气流方向呈平行状态，即使
它随着气液流作大幅度摆动，因所用双致相(TIPS+NIPS)膜材料强韧性良好(膜的单丝强度^200克而不断裂)。因此在膜与树脂(聚胺脂)的浇注根部不易发生断裂。若使用抗污染性能良好的中空纤维膜材料(如聚偏氟乙烯等)，则综合性能大幅度提高，应用范围更广泛。
本实用新型可以做成任意尺寸的多几何形裸露膜组件，因其外表没有器壳固定，所以其长短不受限制。这对提高膜面积和超滤率有着极为重要的意义。
本实用新型的结构更具特色，利用表面不同的膜结构，把细胞或细菌固定在膜的外表面(特殊的单皮层膜结构)，从而起到了高效生物反应器的作用，大大提高了污水处理、中水回用及制药业的产量，縮短了废水与药物的处理时间，提高了功效与效益。
本实用新型中的基本单元膜组件还可制成压力式超滤器或微滤器，组装成为外置式的膜生物反应器，可以提高膜的产水率，还有利于膜的清洗与反清洗。大幅度提高了膜的抗污染性能及使用寿命。
本实用新型中最具关键技术的是"水器分布器与下空气分布器"，这两个分布器是上下配对使用的，上面水器分布器与下面空气分布器在结构上也有所不同。如上面水气分布器中水道和气道两种结构，这两种结构的通路与多种几何型水气分布器的设计一致(如设计为六边形，则水道与气道各为六路通道)。空气分布器则只有气道一种通路，其通路数量也与设计相一致。这两种分布器的最大特点是，取其中心孔向外圆均匀分布穿孔，因为
6圆心与外圆各点都是等距离的，所以不管是吸水还是鼓气都是均匀的，与其它接管方式相
比，降低了水气分布不均匀的问题。
图1为本实用新型膜生物反应器组件多种几何形水气分布器1与空气分布器5各种几何图型，其中，(a)四边形，(b)为棱形，(c)为三角形，(d)为五边形，(e)为六边形，(f)为八边形，(g)为十二边形，(h)为圆形，(i)为十边形。
图2为本实用新型整体结构图示。
图3为空气曝气管7的结构图示。
图4为本实用新型实例1采用整机梅花形排列阵式的图示。图5为本实用新型膜生物反应器整机集水管与进气管10的排列图示。图中标号l为水气分布器，l.l为抽吸水管道，1.2为主正负压腔，1.3为多路正负压腔，1.4为侧面鼓气管接头，1.5为侧正压腔，1.6为上主正压腔，2为吸水管连接头，3为裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件，4为鼓气管兼支架，5为下空气分布器，5. l为主正压腔，5.2为多路下正压腔，6为鼓气管连接头，7为空气曝气管，7. l为空气曝气管顶部小孔，7.2为空气曝气管侧面小孔，8为生物微载体，9为机架，10. l为主集水管，10.2为分集水管，10.3为主送气管，10.4为分送气管。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本实用新型。
实施例l:如图2所示，水气分布器1和下空气分布器5分别采用六边形结构，其长
度按照工程需求所定。本实用新型机组按照图4的平面图排列，因其是梅花型排列，所以两行之间必有一行少一组。照图4排列图形，少一组的膜行列两端会有空间，正好安排本实用新形中的生物微载体8，以形成竞争吸附机制的生物屏障，从而保护了膜生物反应器少受污染、并提高了抗污染性能。
本反应器由水气分布器l、抽吸水管道l.l、主正负压腔1.2、多路正负压腔1.3、侧面鼓气管接头1.4、侧正压腔1.5、上主正压腔1.6、吸水管连接头2、裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件3、鼓气管兼支架4、下空气分布器5、主正压腔5.1、多路下正压腔5.2、鼓气管连接头6、空气曝气管7和生物微载体8组成。水气分布器1可釆用任意刚性材料制造。如由塑料制成，其并分为上下两层，上层是抽吸水管道1.1、主正负压腔1.2、多路正负压腔1.3，主正负压腔1.2们于抽吸水管道1.1内，抽吸水管道l.l为圆柱形，以圆心向外圆均匀分布有多路正负压腔1.3,该多路正负压腔1.3分别与中心主正负压腔1.2连接，多路正负压腔1.3再与吸水管接头2连接。下层是下侧面鼓气管接头1.4、侧正压腔1.5和上主正压腔1.6，侧面鼓气管接头1.4、侧正压腔1.5、上主正压腔1.6与鼓气管兼支架4连接。吸水管连接头2与鼓气管连接头6之间连接裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件3，下空气分布器5内设有主正压腔5. 1和多路下正压腔5. 2,主正压腔5. 1连接多路下正压腔5. 2。根据设计要求，可以将不同几何尺寸的成套水气分布器连接裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件3、并将抽吸水管道连接主集水管、进气管连接主送气管，在膜设备集成控制系统的调控下，便可完成膜生物反应器的全部功能。
机组主集水管10. 1和分集水管10. 2相连接，并与膜生物反应器抽吸水管道1. 1相连接。机组主送气管10. 3和分送气管10. 4相连接，并与膜生物反应器侧面鼓气管接头1. 4相连接。从而形成一个水流与气流的回路。
上述实施方法为制造多种几何裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器的现有技术，工程技术人员根据本实用新型内容均能自主实施。
本实用新型的制备方法十分方便，上述组件使用本实用新 型中六边型水气分布器进行组装，所有管接头均可采用国际管接件，使生产成本大幅度下降。根据工程应用的不同需要，可以做出不同膜面积的多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，本实用新型中推出的是六边形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，依照图4安装，使这种机组符合大、中型或小型工程的要求，同时还可以适用于小型实验室装置。
本实用新型产品是多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，本实用新形中推出的产品形式是六边形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，使用膜组件是任意直径的中空纤维膜，两头由树脂浇注而成， 一头是吸水端、另一头是鼓气端。以这种基础组件为单元件，组合成多几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器组件，再根据工程设计配置成膜生物反应器小型、中型、大型、超大型机组，在膜设备集成控制系统的调控下，应用在于市政工程废水、工农业废水的处理装置及中水回用装置、前沿的应用于高粘度生物制剂、细胞与细菌培养的生物反应器、生物制药设备等。制药业的药剂及特殊液体的处理装置，从而使各种相关设备满足特定的需求。
权利要求1、一种多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，由水气分布器(1)、吸水管连接头(2)、裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件(3)、鼓气管兼支架(4)、下空气分布器(5)、鼓气管连接头(6)、空气曝气管(7)和生物载体(8)组成，其特征在于水气分布器(1)包括上层水道层和下层气道层，上层水道层设有抽吸水管道(1.1)、主正负压腔(1.2)、多路正负压腔(1.3)，下层气道层设有侧面鼓气管接头(1.4)、侧正压腔(1.5)和上主正压腔(1.6)，抽吸水管道(1.1)插入水气分布器(1)内，抽吸水管道(1.1)内形成主正负压腔(1.2)，主正负压腔(1.2)连接多路正负压腔(1.3)，侧正压腔(1.5)一侧连接侧面鼓气管接头(1.4)，另一侧连接上主正压腔(1.6)；裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件(3)上端与吸水管连接头(2)连接，下端与鼓气管连接头(6)连接；下空气分布器(5)内设有主正压腔(5.1)和多路下正压腔(5.2)，主正压腔(5.1)连接多路下正压腔(5.2)；主正压腔(5.1)通过鼓气管兼支架(4)连接上主正压腔(1.6)，多路下正压腔(5.2)通过鼓气管连接头(6)连接空气曝气管(7)，多路正负压腔(1.3)连接吸水管连接头(2)。
2、 根据权利要求1所述的多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，其特征在于水气分布器(l)的横剖面为四边形、棱形、三角形、五边形、六边形、八边形、十二边形、圆形或十边形中任一种。
3、 根据权利要求1所述的多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，其特征在于下空气分布器(5)的横剖面为四边形、棱形、三角形、五边形、六边形、八边形、十二边形、圆形或十边形中任一种。
4、 根据权利要求1所述的多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，其特征在于所述膜生物反应器的长度为200mm-5000mm。
5、 根据权利要求1所述的多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，其特征在于空气曝气管(7)的顶部开有直径为l一2mm的小孔(7.1)，空气曝气管(7)靠近顶部上方的圆周外开有一圈小孔(7.2)，小孔直径为l一2mm。
6、 根据权利要求1所述的多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，其特征在于各膜生物反应器是串联或并联使用，抽吸水管道(1.1)一端连接分集水管(10.2),分集水管(10.2)连接主集水管(10.1)，侧面鼓气管接头(1.4)连接分送气管(10.4),分送气管(10. 4)连接主送气管(10. 3)。
7、 根据权利要求1所述的多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器，其特征在于生物反应器位于机架(9)内，生物微载体(8)分布于机架(9)内，生物微载体(8)为一串或无数串。
专利摘要本实用新型涉及一种多种几何形裸垂束柱状鼓气式膜生物反应器。由水气分布器、裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件、鼓气管兼支架、下空气分布器、鼓气管连接头、空气曝气管和生物载体组成，水气分布器的上层水道层设有抽吸水管道、主正负压腔、多路正负压腔，下层气道层设有侧面鼓气管接头、侧正压腔和上主正压腔，裸垂束柱状鼓气式中空纤维膜组件上端与吸水管连接头连接，下端与鼓气管连接头连接；下空气分布器内设有主正压腔和多路下正压腔，主正压腔连接多路下正压腔；主正压腔通过鼓气管兼支架连接上主正压腔，多路下正压腔通过鼓气管连接头连接空气曝气管，多路正负压腔连接吸水管连接头。本实用新型体积小，成本低廉，使用方便。
文档编号C12M3/06GK201395544SQ20092007098
公开日2010年2月3日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者余子婴, 靖 李 申请人:上海德宏生物医学科技发展有限公司