一种仿生螺旋结构的MBBR污水处理装置的制作方法

本实用新型涉及一种污水处理装置，属于污水处理技术领域。

背景技术：

目前，由塑料材质生产的生物膜移动床污水处理装置，凭借其高效性得到越来越广泛的应用。该污水处理装置历经多年发展已经有很多种形式，但该装置都是采用通用的直型挤出工艺，所以结构上都是直型的套管结构。该装置在实际工作过程中需要在流体中完成装置表面和介质传质过程，这种直型套管结构在流体中的传质过程存在诸多障碍，如角落半封闭、表面流场和传质动力极不均衡等。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种仿生螺旋结构的MBBR污水处理装置，通过平滑的曲面和仿生螺旋流道设计，提高传质效率，使均布水流在装置内表面的剪切力并产生有序的同方向自旋运动，实现传质的双动力，并减小传质阻力。

本实用新型的技术方案是：一种仿生螺旋结构的MBBR污水处理装置，包括若干邻接的流道，所述流道的内外表面附着生物膜，所述内外表面为流线型平滑曲面，所述流道在延伸方向上呈螺旋状，所述若干邻接的流道的截面为对称的花瓣状。

相邻所述流道之间通过具有平滑曲面的过渡连接部连接。

所述流道的数量为4个或6个或8个，所述花瓣状为中心对称图形。

所述流道的数量为5个，所述花瓣状为轴对称图形。

相邻所述流道间距相等，所述间距包括5mm或7.5mm或10mm三个等级。

所述流道厚度为0.35±0.1mm。

所述螺旋状的螺距范围在40-200mm。

本实用新型的有益效果是：1、合理的流道空间设计：将流道空间间隔设计成为5mm、7.5mm、10mm等不同等级，使其能够适应不用应用的需要，结构上按照基本等间距设计，这样既能满足最大的有效比表面积也可以同时保持最佳的传质空间，达到了数量和质量的平衡。2、降低传质阻力：平滑表面的阻力更小，因此减少了表面传质的阻力，实现了流体在装置表面平均流速的提高。3、剪切力均布：这种结构在水流和气流等流体相互作用时，其平滑表面对流体产生导流作用，通过这种导流作用和装置的结构特性，最终实现流体在整体装置表面的均化流动，这就实现了流体在装置所有表面的剪切力的均布作用，也就实现了剪切力均化带来的增益效果。4、自旋作用的产生实现传质双动力：其根本动力来自于装置结构两侧对水流的摩擦阻力不同而产生的自旋动力，自旋运动会引发流体和装置的相对运动，这种相对运动会再次将动能转化成为均布的水力剪切力，成为传质的动力，实现了传质作用的双动力。5、保护性结构设计：合理的曲面及螺旋型结构的结合，实现对装置外表面的保护作用，不易产生摩擦，实现更高的比表面积利用率。

附图说明

图1为本实用新型的立体图一；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本实用新型的立体图二；

图5为图4的侧视图；

图6为图4的俯视图；

图7为本实用新型的立体图三；

图8为图7的侧视图；

图9为图7的俯视图；

图10为本实用新型的立体图四；

图11为图10的侧视图；

图12为图10的俯视图。

图中附图标记如下：1、流道。

具体实施方式

下面结合附图1-12对本实用新型做进一步说明：

一种仿生螺旋结构的MBBR污水处理装置，包括若干邻接的流道1，相邻所述流道1之间通过具有平滑曲面的过渡连接部连接，生物膜附着于流道1的内表面和外表面，所述的内表面和外表面为流线型平滑曲面，所述流道1在延伸方向上呈螺旋状，所述若干邻接的流道1的截面为对称的花瓣状。当流道1的数量为4个或6个或8个时，所述花瓣状为中心对称图形。当流道1的数量为5个时，所述花瓣状为轴对称图形。相邻所述流道1间距相等，所述间距分为5mm或7.5mm或10mm三个等级。所述流道1厚度为0.35±0.1mm。所述螺旋状的螺距范围在40-200mm。

本申请在设计过程中借鉴了珊瑚等海洋生物的结构形式，具有以下特点：

1、流线性结构更适合于处理流体，实现了更低的传质阻力

相对于传统直型挤出形式，这种平滑曲面结构本身更加符合流体力学的要求，顺畅的流道设计使流体(水体)和装置相互作用时更加顺畅和均匀。避免了传统MBBR装置结构上直型夹角带来的封闭和阻挡作用，使水流可以均匀顺畅的流过装置表面，在提高平均装置的表面流速(即增加了装置表面的平均剪切力作用)的同时，装置表面对流体的适度阻挡还避免了过大剪切力对于生物膜的破坏作用。

开放式的外表面本身就具备更加优良的传质性能，加之合理的流线型平滑曲面流道设计，与传统形式MBBR装置相比在和水体的相互传质方面具有飞跃式的提高。

螺旋型MBBR双动力装置的内表面同样具有优良的传质性能，同时由于采用适当的封闭设计，使其微生物在受到冲击、毒性等不利条件影响下可以有更好的保证生存率，形成更快的恢复能力；另外，适当的缺氧环境可以增强同步脱氮的能力。

2、合理的比表面积设计和流道预留

螺旋型MBBR双动力装置在设计上充分考虑了生物膜代谢、更新的需要，经过反复试验确定了合理的间距原则，既可以保证最大的有效比表面积，同时也可以满足生物膜代谢和脱落的最小流道需求，达到了生物膜数量和效率的和谐统一。

3、传质作用的双动力

1)、剪切力分布的自动均化

仿生螺旋型MBBR双动力装置在水中流化运动期间，通过其曲面结构对水流和气流的切割分流作用将其转化成为整个装置表面有序、均匀的剪切力作用并且在实现过程中由于适度阻挡作用可以有效避免局部剪切力过大的情况发生。与传统MBBR装置相比仿生螺旋型MBBR双动力装置本身的阻力系数要更小，加之这种流场均布作用，使其在同等条件下表面平均流速要高于传统MBBR装置，实现了更高的传质动力。

2)、自旋运动

仿生螺旋型MBBR双动力装置类似螺旋桨的结构设计可以让装置在流体相互作用时产生规律性自旋运动，这种自旋运动又再次引发并均布装置表面的水流剪切作用，同样可以促进装置表面的水体更新作用，为生物膜和水体之间的传质作用提供了第二项动力。

4、更稳定的微生物生存环境

研究表明一定的水力剪切作用，是装置挂膜和微生物筛选的重要外在条件，所以螺旋型MBBR双动力装置对表面剪切力的均化作用对其初期的迅速挂膜及运行期的微生物驯化和筛选都十分有利，相对于传统MBBR装置流化时表面生物膜完全无序的水力剪切力环境来说，螺旋型MBBR双动力装置可以给其表面附着的生物膜一个均匀、稳定的水力剪切力环境，在这种稳定而有序的环境下驯化和筛选出的生物膜将具有更好的处理活性。

5、使用成本的降低

首先在有效比表面积方面，装置形式的设计在技术上大大减少了无效比表面积的产生，使得比表面积的利用率更高，从而节约了由于无效比表面积造成的原料消耗；第二，在结构方面科学合理的流道宽度设计，在实现合理比表面积最大化的同时避免了传统MBBR装置为了单纯追求比表面积而无效消耗的原料。所以螺旋型MBBR双动力装置在原料利用效率方面远远超过了传统形式的MBBR装置，从而有效降低了原料成本。

在比表面积方面，流道间距3-5mm的传统MBBRT装置比表面积是500㎡/m³左右，其中有效比表面积是370㎡/m³左右；每m³重量100kg左右，按照同等流道间距螺旋型MBBR双动力装置的设计，比表面积为450㎡/m³有效比表面积400㎡/m³，每m³重量90kg(按照同等单位比表面积消耗同等材料的计算原则)左右，达到同等有效比表面积用量按体积计算是传统装置的92.5％，按重量计算只需要传统装置的83.25％，节约率高达16.75％，加之螺旋型装置传质性能方面的飞跃式提升，其综合使用成本保守估计可以降低20％以上。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。