CN105800774A - 一种生物膜法填料球 - Google Patents

Abstract

一种生物膜法填料球，具有非面对称叶轮式结构，包括球面叶片、轴心叶片、切向叶片和径向叶片；球面叶片上设有若干通水孔，包括上、下半球球面叶片，轴心叶片包括上、下半球轴心叶片；上、下半球球面叶片围绕上、下半球轴心叶片等间隔设置；上、下半球轴心叶片呈角度错开；相邻上、下半球球面叶片之间交错搭接，径向叶片沿搭接处设置并连接上、下半球球心叶片；上、下半球轴心叶片为三叉型叶轮式结构，每条叉对应一弧形连接片，对应的球面叶片、径向叶片通过弧形连接片与轴心叶片连接；切向叶片设置在相邻两径向叶片之间，且与相邻径向叶片之间形成的夹角不同。本发明比表面积大，且能产生更多紊流实现更好的污水处理效果，便于清洗、成本低。

Description

一种生物膜法填料球

技术领域

本发明涉及一种填料球，具体涉及一种非对称叶轮式生物膜法填料球，属于生物膜填料技术领域。

背景技术

常见的污水处理方法有活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法、化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法、膜分离法等；其中：活性污泥法、生物膜法属于生物化学转化技术；化学沉淀法、氧化还原法属于化学转化技术；离子交换法、膜分离法属于物理化学分离技术。生物膜法，是一种使废水接触生长在固定支撑物表面上的生物膜，利用生物降解或转化废水中有机污染物的一种废水处理方法。其作为一种古老而又新型的污水处理方法，近年来受到广泛的关注，发展十分迅速，现已被广泛的应用于工业废水和城市污水处理中；与活性污泥法相比，生物膜法具有一些特有优势。例如：对水量、水质、水温变动适用性强；处理效果好并具有良好硝化功能；污泥量小且易于固液分离；动力费用省等。

生物膜法处理污水工艺通常要采用悬浮填料球作为生物膜载体。实际运用时，填料球被按照一定的比例投入到反应器中(根据处理水质和处理要求不同而有变化)。通水之后，填料球在水中呈悬浮状态。经过一段时间的培养，填料球上会附着数量众多的微生物。污水经过填料球时，填料球上附着的微生物就会利用污水中的有机物发生生化反应，为自身提供能量来源的同时有效地降低污水中的有机物含量，能极大程度的提高出水的水质。

对比文件1：CN103351055A提供一种生物膜填料球，包括外壳和内核，内核至少有一个，置于外壳的内腔中，内核在外壳的内腔中自由运动，外壳呈椭圆形，外壳的壁面上设有与其内腔相通的微孔。外壳由骨架和多孔纤维编织层组成，骨架内外两侧分别覆设外侧多孔纤维编织层和内侧多孔纤维编织层。内核由内至外包括实心球、蜂窝状骨架和多孔纤维编织层。

对比文件2：CN202610005U公开了一种蜂窝形悬浮球填料，包括呈球形的本体，本体上沿同一轴线方向具有若干贯穿的粘附孔，其中一粘附孔位于本体中心，其余粘附孔以上述粘附孔为基准沿其周向分层均匀排列。

对比文件3：CN201713381U公开了一种用于污水处理的生物膜法悬浮填料球，为一次成型的整体球体，球体包括一极轴方向的过水管道，在过水管道外表面按经线方向均匀设置若干翼片组，在翼片组外侧按纬线方向设置一圈圆环；每一翼片组由两块翼片组成，两块翼片之间用至少一条纬线方向的横撑连接，每块翼片为栅栏状。

由于生物膜法污水处理是采用固定式容器进行污水集中处理，在容器内，水流收设计的影响必将按照一定的线路流动，同时曝气处理也使得水流有一定规律，因此水流在处理容器内部容易形成固定路径，这成了制约污水处理效果的关键问题。上述填料在实际使用过程中，因为在使用一段时间以后，生物膜在水流流速较低区域生长相对更好，流速较快且有规律的区域生物膜生长相对较为困难，因此造成低流速区域流速越来越低，处理设备内部逐渐形成固定水流通道，生物膜不能起到应有的作用，浪费大量的设计空间，很难达到最理想效果。

因此，研发一种能使填料球在水流或者曝气气流的作用下能随机运动，从而不会产生固定水流通道，从而增加污水与生物膜的接触的生物膜法填料球，对提高污水处理效果具有很重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有非面对称叶轮式结构的、比表面积大、便于清洗、且污水处理效果更好、成本低的生物膜法填料球。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

提供一种生物膜法填料球，具有非面对称叶轮式结构，即填料球的任意过球心的截面，将填料球分成的两部分均不以该截面形成面对称，所述填料球主要由若干叶片组成，包括球面叶片、轴心叶片、切向叶片和径向叶片；

所述球面叶片包括上、下半球球面叶片，所述轴心叶片包括上、下半球轴心叶片；上、下半球球面叶片分别围绕上、下半球轴心叶片等间隔设置；上、下半球轴心叶片之间呈角度错开设置；

所述上、下半球球面叶片上分别设有若干通水孔，相邻的上、下半球球面叶片之间交错搭接；径向叶片沿相邻上、下半球球面叶片搭接处设置并连接上、下半球球心叶片；

所述上、下半球轴心叶片均为三叉型叶轮式结构，上、下半球轴心叶片的三条叉分别对应一弧形连接片，对应的球面叶片、径向叶片通过对应的弧形连接片与轴心叶片连接；

所述切向叶片设置在相邻的两径向叶片之间，所述切向叶片与相邻的径向叶片之间形成的夹角不同。

本发明在实际生产中采用一体成型，形成一体化球体。球面叶片上设置通水孔，使水流能够从球体中通过。

优选地，

所述上半球轴心叶片与下半球轴心叶片错开30°-45°设置。

在其中一种实施方式中，

所述上半球轴心叶片与下半球轴心叶片的高度相等，且所述上、下半球轴心叶片的高度均为填料球半径R的0.7-1倍。

在另一种实施方式中，

所述上半球轴心叶片与下半球轴心叶片的高度不相等，且所述上、下半球轴心叶片的高度之和为填料球半径R的1.5-2倍。

优选地，

所述切向叶片与相邻两径向叶片中的其中一片垂直设置；所述填料球中各切向叶片的设置方向一致。

优选地，

所述切向叶片的高度为填料球半径R的1.2-1.8倍。

优选地，

所述径向叶片上设有长条形通水孔，可以增大通水量。

优选地，

所述填料球上半球球面叶片与下半球球面叶片的数量均为六片，相邻的上半球球面叶片与下半球球面叶片之间交错搭接；

所述填料球的上半球轴心叶片与下半球轴心叶片错开30°；

所述径向叶片的数量为十二片，切向叶片的数量为十二片，切向叶片与相邻两径向叶片中的其中一片垂直设置，各切向叶片的设置方向一致。

优选地，

所述切向叶片的高度为填料球半径R的1.5倍。

本发明的工作原理如下：

本发明采用非面对称的叶轮设计，其填料球的任意过球心的截面，将填料球分成的两个部分都不会形成面对称，因此填料球在受到水流及曝气气泡的冲击均会产生力偶。因为填料球处在水中的姿态随机，所以产生的旋转方向也是随机，因此在处理容器的内部能产生丰富的紊流，而紊流让填料球上附着的生物膜充分而又均匀接触氧气，因此处理效果更加理想。

使用时，将若干本实施例中的填料球投入污水处理设备的曝气生物滤池中，由于填料球表面生长着高活性的生物膜，因此在曝气生物滤池内能够曝气，当污水经过时，就能给利用填料球上生物膜的氧化降解作用达到快速净化污水的效果，这就是生物氧化降解过程。

当曝气生物滤池开始运作时，污水可以自上而下或自下而上地流动，当污水流动经过滤池的滤层时，滤层下方的鼓风机也随之开始产生曝气，使得在这个过程中，空气与污水可以逆向或者同向地接触，并使滤层内填料球表面的生物膜与水中的有机污染物进行升华反应，有机污染物降解，这个作用是以生物氧化降解反应为前提所进行的，而氧化降解作用还能有效地进行硝化以及反硝化反映，这使得过滤的二次沉降过程可以省略。

本发明的有益效果如下：

1、对比文件1、对比文件2中的填料球采用实心球设计，结构对称且接触面积较小；对比文件3中的填料球采用翼片结构，虽然增大了接触面积，但是任然存在结构对称，容易形成固定水流通道的问题，从而会制约污水处理的效果。

2、本发明采用非面对称叶轮式设计，由若干叶片组成，过球心的任意截面将球分为两个部分，这两部分均不以该截面形成对称：切向叶片与两片相邻的径向叶片之间夹角不同，形成非对称布置之一；上半球球面叶片与下半球球面叶片交错搭接布置，形成非对称布置之二；上半球轴心叶片与下半球轴心叶片之间错开一定角度布置，形成非对称布置之三。

由于具有上述非面对称的叶轮式结构，能让填料球在受到水流或曝气气流的作用下，在任意截面不会形成对称，从而产生有效旋转。且污水处理设备内部的每个填料球的受力均不完全相同，产生的运动方式也极为随机，因此污水处理设备内部将较难产生固定通道，水流在设备内部将形成更多有效的紊流，能有效增加污水与生物膜的接触，因此能有效提高了污水处理效果。

3、本发明不采用对比文件3中的通道式设计，没有采用固定的过水管道，而采用可分离的上下叶片，更加便于对填料球的清洗。

4、本发明不采用对比文件3中的圆环连接上下半球，而通过上、下半球球面叶片搭接实现连接，可以减少因圆环厚度带来的阻力，阻碍填料球的旋转；且在成型时可以采用一次成型，也不会存在填料球结构强度不足的问题，因此，省去圆环连接能进一步节约了综合成本。

5、本发明采用叶片设计，极大增加了整个填料球的比表面积，尤其是整体增加了切向叶片，使球体比表面积增加，能极大地提高处理效率。

综上，本发明为解决污水处理采用生物膜技术时，提供一种有效的填充结构形式，具有更大的比表面积，同时让水流在曝气池内产生更多紊流，从而在相同体积的处理设备内达到更好的污水处理效果。本发明是一种具有非面对称叶轮式结构的、比表面积大、便于清洗、且污水处理效果更好、成本低的生物膜法填料球。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例填料球的主视图；

图2是本发明实施例填料球的AA剖面图；

图3是本发明实施例填料球的BB剖面图；

图4是本发明实施例填料球的工作状态原理示意图；

图5是现有技术中填料球的工作状态原理示意图；

附图标注说明：

1、上半球球面叶片；11(21)、通水孔；2、下半球球面叶片；

3、上半球轴心叶片；4、下半球轴心叶片；

5、切向叶片；6、7径向叶片；8、弧形连接片；

∠a、∠b分别为切向叶片与两相邻径向叶片之间形成的夹角。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1-3所示，本实施例提供一种生物膜法填料球，其具有非面对称叶轮式结构，其任意过球心的截面，将填料球分成的两部分均不以该截面形成面对称。

填料球主要由若干叶片组成，包括球面叶片、轴心叶片、切向叶片和径向叶片,所述球面叶片包括上、下半球球面叶片，所述轴心叶片包括上、下半球轴心叶片；

具体地，在本实施例中，填料球包括：

上半球轴心叶片3和对应的下半球轴心叶片4，上半球轴心叶片3与下半球轴心叶片4错开30°设置(如图2所示)；上半球轴心叶片3、下半球轴心叶片4均为三叉型叶轮式结构，上、下半球轴心叶片的三条叉分别对应一段弧形连接片8；

填料球还包括六片上半球球面叶片1、六片下半球球面叶片2，上、下半球球面叶片分别围绕上、下半球轴心叶片等间隔设置；上、下半球球面叶片上分别设有若干通水孔11、21，球面叶片上的通水孔11(21)，使水流能够从球体中通过，通水孔的大小在设计时，需能保证通水的顺畅的前提下也尽量使球面的表面积大；相邻的上、下半球球面叶片之间交错搭接；

所述填料球还包括十二片径向叶片，径向叶片沿相邻上半球球面叶片、下半球球面叶片搭接处设置并连接上、下半球球心叶片；

如图2所示，对应的球面叶片、径向叶片通过对应的弧形连接片8与轴心叶片连接；本实施例中，上半球轴心叶片三条叉对应三条弧形连接片，每两片上半球球面叶片与四片径向叶片连接到弧形连接片上，实现球面叶片、径向叶片与轴心叶片的连接。

切向叶片设置在相邻的两径向叶片之间，所述切向叶片与相邻的径向叶片之间形成的夹角不同，以切向叶片5为例，切向叶片5与相邻两径向叶片6、7之间形成的夹角分别为∠a、∠b，∠a不等于∠b，其中切向叶片5与径向叶片7垂直设置，即∠b＝90°；本实施例中各切向叶片的设置方向一致。

本实施例中填料球的半径R＝5cm，如图3所示，上半球轴心叶片的高度与下半球轴心叶片的高度相等，都为填料球半径R的0.9，为4.5cm；切向叶片5的高度为半径R的1.5倍，为7.5cm。

如图4所示，

由于本实施例采用非面对称的叶轮式设计，其填料球的任意过球心的截面，将填料球分成的两个部分都不会形成面对称，因此填料球在受到水流及曝气气泡的冲击均会产生力偶。因为填料球处在水中的姿态随机，所以产生的旋转方向也是随机，因此在处理容器的内部能产生丰富的紊流，而紊流是生物膜法处理污水的理想状态，因此处理效果更加理想。

如图5所示，

现有技术中的常规填料球，由于结构较为对称，其径向和水平方向界面在水流作用下的旋转力偶皆为0，容易在污水处理设备内部形成固定的水流通道，从而影响污水处理效果。

本实施例采用非面对称叶轮式设计，由若干叶片组成，过球心的任意截面将球分为两个部分，这两部分均不以该截面形成对称：切向叶片5与两片相邻的径向叶片6、7之间夹角不同，形成非对称布置之一；上半球球面叶片1与下半球球面叶片2交错搭接布置，形成非对称布置之二；上半球轴心叶片3与下半球轴心叶片4之间错开一定角度布置，形成非对称布置之三。

由于具有上述非面对称的叶轮式结构，能让填料球在受到水流或曝气气流的作用下，在任意截面不会形成对称，从而产生有效旋转。且污水处理设备内部的每个填料球的受力均不完全相同，产生的运动方式也极为随机，因此污水处理设备内部将较难产生固定通道，水流在设备内部将形成更多有效的紊流，能增加污水与生物膜的接触，因此能有效提高污水处理效果。

此外，本实施例中摒弃了通道式设计，没有采用固定的过水管道，而采用可分离的上下叶片，更加便于对填料球的清洗；本实施例中上、下半球球面叶片之间交错搭接并一体成型，既不会影响填料球结构强度不足的问题，又能节省连接上、下半球球面叶片的连接部件，进一步节约综合成本。由于本实施例采用叶片设计，增加了整个填料球的比表面积，尤其是整体增加了切向叶片，使球体比表面积增加，能极大地提高处理效率。

综上，本实施例是一种具有非面对称叶轮式结构的、比表面积大、便于清洗、且污水处理效果更好、成本低的生物膜法填料球。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，

本实施例的径向叶片上设有长条形通水孔，可以增大通水量。径向叶片上条形通水孔的结构设计，会一定程度上减小填料球整体的比表面积，因此条形通水孔的大小在保证通水顺畅的情况下尽可能小。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，

本实施例中上半球轴心叶片的高度与下半球轴心叶片的高度不相等，宽度一致，填料球半径为5cm；

上半球轴心叶片的高度为填料球半径R的0.6倍，为3.0cm；

下半球轴心叶片的高度为填料球半径R的1.2倍，为6.0cm；

切向叶片的高度为半径R的1.8倍，为9.0cm。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，

上半球轴心叶片与下半球轴心叶片错开45°；

上半球轴心叶片的高度与为下半球轴心叶片的高度相等，都为填料球半径R的0.7倍，为3.5cm。

切向叶片5的高度为半径R的1.2倍，为6cm。

上述实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。不脱离本发明的整个技术范围，可进行各种修改和改变。

Claims (9)

1.一种生物膜法填料球，其特征在于，

所述生物膜法填料球具有非面对称叶轮式结构，即填料球的任意过球心的截面，将填料球分成的两部分均不以该截面形成面对称，所述填料球主要由若干叶片组成，包括球面叶片、轴心叶片、切向叶片和径向叶片；

所述球面叶片包括上、下半球球面叶片，所述轴心叶片包括上、下半球轴心叶片；上、下半球球面叶片分别围绕上、下半球轴心叶片等间隔设置；上、下半球轴心叶片之间呈角度错开设置；

所述上、下半球球面叶片上分别设有若干通水孔，相邻的上、下半球球面叶片之间交错搭接；径向叶片沿相邻上、下半球球面叶片搭接处设置并连接上、下半球球心叶片；

所述上、下半球轴心叶片均为三叉型叶轮式结构，上、下半球轴心叶片的三条叉分别对应一弧形连接片，对应的球面叶片、径向叶片通过对应的弧形连接片与轴心叶片连接；

所述切向叶片设置在相邻的两径向叶片之间，所述切向叶片与相邻的径向叶片之间形成的夹角不同。

2.根据权利要求1所述的一种生物膜法填料球，其特征在于，

所述上半球轴心叶片与下半球轴心叶片错开30°-45°。

3.根据权利要求2所述的一种生物膜法填料球，其特征在于，

所述上半球轴心叶片与下半球轴心叶片的高度相等，且所述上、下半球轴心叶片的高度均为填料球半径R的0.7-1倍。

4.根据权利要求2所述的一种生物膜法填料球，其特征在于，

所述上半球轴心叶片与下半球轴心叶片的高度不相等，且所述上、下半球轴心叶片的高度之和为填料球半径R的1.5-2倍。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种生物膜法填料球，其特征在于，

所述切向叶片与相邻两径向叶片中的其中一片垂直设置；所述填料球中各切向叶片的设置方向一致。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种生物膜法填料球，其特征在于，

所述切向叶片的高度为填料球半径R的1.2-1.8倍。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种生物膜法填料球，其特征在于，

所述径向叶片上设有长条形通水孔。

8.根据权利要求3或4所述的一种生物膜法填料球，其特征在于，

所述填料球的上半球球面叶片与下半球球面叶片的数量均为六片，相邻的上半球球面叶片与下半球球面叶片之间交错搭接；

所述填料球的上半球轴心叶片与下半球轴心叶片错开30°；

所述径向叶片的数量为十二片，切向叶片的数量为十二片，切向叶片与相邻两径向叶片中的其中一片垂直设置，各切向叶片的设置方向一致。

9.根据权利要求8所述的一种生物膜法填料球，其特征在于，

所述切向叶片的高度为填料球半径R的1.5倍。