CN106976972B - 一种生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物反应器，该生物反应器主要由驱动装置、布水器、原膜、固定装置和储水单元组成，驱动装置与布水器连通，布水器位于原膜的上方将水喷洒在原膜的单个表面上，原膜由固定装置进行固定，原膜的下方为储水单元，储水单元与驱动装置连通，原膜由基材和涂覆在基材两面的涂层组成，基材为亲水性材料，涂层主要由生物胶和多孔介质组成，原膜与水接触的表面为营养面，不与水接触的表面为气体面，在水处理过程中营养面上形成厌氧菌生物膜，气体面上形成好氧菌生物膜。本发明的生物反应器克服了现有污水处理设备存在的能耗高、体积大、污泥多、处理效率低和结构复杂等问题，能够有效去除污水中的污染物，快速高效将其降解。

Description

一种生物反应器

技术领域

本发明属于废水处理领域，涉及一种生物反应器。

背景技术

水是人类文明的摇篮，也是人类赖以生存的重要的自然资源，在社会经济不断发展的今天，随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对于水资源的污染已经越来越严重，不仅威胁着人类自身的安全和健康，而且影响到人类社会和经济的稳步发展，因此对于水资源污染的处理办法已经引起了越来越多的关注，对于废水污染进行防治也已经成为自然资源可持续利用、可持续保存、国民经济可持续发展的一个重要因素。

最初的污水处理采用的是极其简单的物理、化学处理设施，水中的杂物经过格栅等构筑物被截流，再经絮凝沉淀等工艺，污水得到初步处理，但水中的有机物得不到有效处理，处理效果极差。现在生化处理由于有着良好的处理效果和较强的实用性普遍应用于废水处理。现有技术中的生物处理污水的方法主要有活性污泥法、生物滤池法、生物氧化接触法以及生物流化床等，但都存在一定的局限性，活性污泥法处理效果受到污泥沉降性能的严重影响，容易产生污泥膨胀问题；生物滤池法易发生滤池堵塞以及环境卫生问题，不易推广应用；生物接触氧化法受选用填料的限制；生物流化床对于设备的磨损价位严重且载体在湍动过程中会被磨损变小。

生物反应器膜分离技术是将膜分离与生物技术相结合的废水处理技术，它能够将反应生化池中的活性污泥和大分子有机物截留住，减少污泥膨胀问题，简化污水处理工艺，满足提高污泥浓度，去处各种污染物质的需要，成为未来污水生物处理的重要发展方向。

传统的污水处理器由固液分离单元(包括气浮、斜板沉淀)，厌氧及兼氧生物处理单元，好氧生物处理单元组成，体积庞大处理工艺复杂、产生大量污泥且能耗过高，与此同时，一些传统生化处理工艺操作复杂人工成本较高，而目前市场上的一些工艺虽降低了人工成本，但是对于自动化的要求比较高。

中国专利申请号为201210344170.2的发明专利公开了一种污水处理生物反应器，其包括强流化区、弱流化区、兼氧区和空气释放区四个部分；其中，强流化区位于反应器下部，包括强流化区筒体、气体分布器、导流筒和生物载体；弱流化区位于反应器中部，包括弱流化区带孔塔板、生物载体和弱流化区筒体；兼氧区和空气释放区呈同心圆环状设置，兼氧区环绕空气释放区布置，均位于反应器顶部，空气释放区包括一个带孔锥筒和一个内筒，内筒从兼氧区带孔塔板中心与内筒外径相等的圆孔穿过。该发明专利克服传统生物处理技术气水比大，能耗高，工业化困难的缺点，但其仍然存在产生污泥量大的缺点。

目前急需一种操作简单能耗低、体积小、污泥少的污水处理设备，本发明旨在解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中污水处理装置能耗高、体积大、污泥多和处理效率低的缺点，提供一种生物反应器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种生物反应器，该生物反应器主要由驱动装置、布水器、原膜、固定装置和储水单元组成，驱动装置与布水器连通，布水器位于原膜的上方将水喷洒在原膜的单个表面上，原膜由固定装置进行固定，原膜的下方为储水单元，储水单元与驱动装置连通；

原膜由基材和涂覆在基材两面的涂层组成，基材为亲水性材料，基材是原膜的支撑骨架材料，为其它功能组分提供附着点，基材应兼具一定的亲水性和耐生物降解性，亲水性有利于生物胶的固着和被处理水在原膜表面的浸润，耐生物降解性则保证原膜在较长时间内保持足够的机械强度，涂层主要由生物胶和多孔介质组成，多孔介质可以吸附污水中的有机物使其富集以供周围的微生物吸收分解；原膜与水接触的表面为营养面，不与水接触的表面为气体面，在水处理过程中营养面上形成厌氧菌生物膜，气体面上形成好氧菌生物膜。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种生物反应器，所述驱动装置为离心泵，流量为1-100吨/小时，扬程为20m；所述原膜的单面涂层的厚度＜1mm，所述涂层中还含有菌种，原膜与被处理污水接触后，菌种在膜表面生长繁殖形成微生物层，成为生物膜，所述菌种分为好氧菌和厌氧菌，有机污水中可能天然存在菌种，但在原膜中人为添加菌种，可使微生物在较短时间内大量生长繁殖，快速形成工作微生物层；

生物胶既可以将多孔介质和菌种等粘附在基材表面，也可以为菌种初期的大量繁殖提供养分，还因其亲水性而吸附大量的被处理水从而利于微生物与水的接触；所述多孔介质的直径为300-600目。

如上所述的一种生物反应器，所述固定装置为由方管支架相互连接形成的立方体框架结构。

如上所述的一种生物反应器，所述原膜为单片状结构，原膜倾斜固定在固定装置内，倾斜的目的是为了延长污水在原膜表面流动路径，使得污水与原膜接触更加均匀，污染物能够被有效分解，原膜的一端与固定装置的顶端连接，另一端与固定装置的底端连接，或者原膜在固定装置内自上而下排列，水流经上方的原膜流向下方的原膜，或者原膜在固定装置内自上而下排列，水流从每个原膜的一端流向另一端。

如上所述的一种生物反应器，所述固定装置的顶端设有导流条，原膜为单片状结构，原膜倾斜固定在固定装置内，原膜的一端与导流条连接，另一端与固定装置的底端连接。

如上所述的一种生物反应器，所述固定装置的顶端设有导流条，不同导流条位于同一水平面上或高低交错排列，固定装置的中间设有隔离管，原膜为单片状结构，原膜悬挂在固定装置内，一端与导流条连接，导流条将布水器喷洒的污水引流到原膜的单个表面上，另一端为自由端，相邻的原膜由隔离管进行分隔，避免处理过程中相邻原膜之间相互贴合。

如上所述的一种生物反应器，所述原膜为中空圆柱状结构，原膜悬挂在固定装置内，一端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端，布水器的出水口位于原膜的顶端内，将水喷洒在原膜的内壁上。

如上所述的一种生物反应器，所述原膜为一端封闭的中空圆柱状结构，原膜悬挂在固定装置内，封闭端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端，布水器喷洒污水时，污水从原膜的封闭端向原膜的外壁流动。

如上所述的一种生物反应器，所述原膜为中空圆台状结构，原膜悬挂在固定装置内，一端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端，相邻两个原膜为上下颠倒结构，布水器的出水口位于原膜的顶端内，将水喷洒在原膜的内壁上。

如上所述的一种生物反应器，中空圆锥状和中空圆台状结构，原膜悬挂在固定装置内，一端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端，相邻两个原膜的结构不同，原膜与固定装置顶端连接的一端为圆锥的锥顶或圆台较大的底面，布水器的出水口位于中空圆锥状原膜上方或中空圆台状原膜的顶端内，将水喷洒在中空圆锥状原膜的外壁或中空圆台状原膜的内壁上。

如上所述的一种生物反应器，所述布水器、原膜和固定装置安装在外壳内，外壳的顶部开口由观察盖板进行封闭，外壳的底部开有出水口，污水从出水口流出进入储水单元。

发明机理：

本发明的生物反应器污水经布水器喷洒在原膜的单个表面上，由于原膜的亲水性能卓越，污水能够沿着原膜缓慢自上向下自流，同时污水及污水里的营养物质可以由原膜的一个面透过到另外一个面，原膜的两个面被分为营养面和气体面，与污水接触的一个面，称之为营养面，与氧气接触的一个面称之为气体面，污水在与膜表面接触时污水里自带的细菌(硝化菌、亚硝化菌)会附着在膜表面的涂层上，膜的营养面由于水流隔断作用形成缺氧区域，因而营养面生长的细菌为厌氧菌(亚硝化菌)或兼氧菌，营养面上形成厌氧菌生物膜，膜的气体面由于接触到充足的氧气因而生长的细菌为好氧菌(硝化菌)，气体面上形成好氧菌生物膜，在厌养菌及好氧菌的代谢作用下，污水中的营养成分被分解从而起到净化水体的作用。

有益效果：

1)本发明的生物反应器结构简单，操作方便；

2)本发明的生物反应器污水处理效率高；

3)本发明的生物反应器体积小，节省空间；

4)本发明的生物反应器能耗低，有利于实现节能减排。

附图说明

图1为生物反应器的结构示意图；

图2为单片状原膜的倾斜排列示意图；

图3为单片状原膜的倾斜排列示意图；

图4为单片状原膜的倾斜排列示意图，箭头为水流方向；

图5为单片状原膜的倾斜排列示意图，箭头为水流方向；

图6为单片状原膜的悬挂排列示意图；

图7为单片状原膜的错位悬挂排列示意图；

图8为中空圆柱状原膜的悬挂排列示意图；

图9为一端封闭的中空圆柱状原膜的悬挂排列示意图；

图10为中空圆台状原膜的悬挂排列示意图；

图11为中空圆锥状和中空圆台状原膜的悬挂排列示意图；

图12为反应机理示意图；

其中，1-外壳，2-储水单元，3-进水管，4-布水器，5-方管支架，6-隔离管，7-排水口，8-离心泵，9-导流条，10-原膜。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种生物反应器，如图1所示，该生物反应器主要由离心泵8、布水器4、原膜10、固定装置和储水单元2组成，离心泵8与布水器4通过进水管3连通，离心泵8的流量为1-100吨/小时，扬程为20m，布水器4位于原膜10的上方将水喷洒在原膜10的单个表面上，原膜10由固定装置进行固定，固定装置为由方管支架5相互连接形成的立方体框架结构，原膜10的下方为储水单元2，储水单元2与离心泵8连通，储水单元的底部开有排水口7；布水器4、原膜10和固定装置安装在外壳1内，外壳1的顶部开口由观察盖板进行封闭，外壳1的底部开有出水口，污水从出水口流出进入储水单元2。

原膜10由基材和涂覆在基材两面的涂层组成，原膜10的单面涂层的厚度＜1mm，涂层由生物胶、多孔介质和菌种组成，多孔介质的直径为300-600目；原膜10与水接触的表面为营养面，不与水接触的表面为气体面，在水处理过程中营养面上形成厌氧菌生物膜，气体面上形成好氧菌生物膜。

如图2所示，固定装置的顶端设有导流条9，原膜10为单片状结构，原膜10倾斜固定在固定装置内，原膜10的一端与导流条连接，另一端与固定装置的底端连接。

如图3所示，原膜10为单片状结构，原膜10倾斜固定在固定装置内，一端与固定装置的顶端连接，另一端与固定装置的底端连接。

如图4所示，原膜10为单片状结构，原膜10倾斜固定在固定装置内，不同的原膜10由上而下排列，水流经上方的原膜10流向下方的原膜10。

如图5所示，原膜10为单片状结构，原膜10倾斜固定在固定装置内，不同的原膜10由上而下排列，水流从每个原膜10的一端流向另一端。

如图6所示，固定装置的顶端设有导流条9，固定装置的中间还设有隔离管6，不同导流条处于同一水平面，原膜10为单片状结构，原膜10悬挂在固定装置内，一端与导流条9连接，导流条9将布水器4喷洒的污水引流到原膜10的单个表面上，另一端为自由端，相邻的原膜10由隔离管6进行分隔。

如图7所示，固定装置的顶端设有导流条9，固定装置的中间还设有隔离管6，不同导流条高低交错排列，原膜10为单片状结构，原膜10悬挂在固定装置内，一端与导流条9连接，导流条9将布水器4喷洒的污水引流到原膜10的单个表面上，另一端为自由端，相邻的原膜10由隔离管6进行分隔，错位悬挂能增大单位体积的空间内悬挂膜的数量。

如图8所示，原膜10为中空圆柱状结构，原膜10悬挂在固定装置内，一端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端，布水器4的出水口位于原膜10的顶端内，将水喷洒在原膜10的内壁上。

如图9所示，原膜10为一端封闭的中空圆柱状结构，原膜10悬挂在固定装置内，封闭端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端。

如图10所示，原膜10为中空圆台状结构，原膜10悬挂在固定装置内，一端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端，相邻两个原膜10为上下颠倒结构，布水器4的出水口位于原膜10的顶端内，将水喷洒在原膜10的内壁上。

如图11所示，原膜10为中空圆锥状和中空圆台状结构，原膜10悬挂在固定装置内，一端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端，相邻两个原膜10的结构不同，原膜10与固定装置顶端连接的一端为圆锥的锥顶或圆台较大的底面，布水器4的出水口位于中空圆锥状原膜上方或中空圆台状原膜的顶端内，将水喷洒在中空圆锥状原膜的外壁或中空圆台状原膜的内壁上。

本发明的发明机理如图12所示，生物反应器污水经布水器喷洒在原膜10的单个表面上，由于原膜10的亲水性能卓越，污水能够沿着原膜10缓慢自上向下自流，同时污水及污水里的营养物质可以由原膜10的一个面透过到另外一个面，原膜10的两个面被分为营养面和气体面，与污水接触的一个面，称之为营养面，与氧气接触的一个面称之为气体面，污水在与膜表面接触时污水里自带的细菌(硝化菌、亚硝化菌)会附着在膜表面的涂层上，膜的营养面由于水流隔断作用形成缺氧区域，因而营养面生长的细菌为厌氧菌(亚硝化菌)或兼氧菌，营养面上形成厌氧菌生物膜，膜的气体面由于接触到充足的氧气因而生长的细菌为好氧菌(硝化菌)，气体面上形成好氧菌生物膜，在厌养菌及好氧菌的代谢作用下，污水中的营养成分被分解从而起到净化水体的作用。

Claims (10)

1.一种生物反应器，其特征是：该生物反应器由驱动装置、布水器、原膜、固定装置和储水单元组成，驱动装置与布水器连通，布水器位于原膜的上方将污水喷洒在原膜的单个表面上，原膜由固定装置进行固定，原膜的下方为储水单元，储水单元与驱动装置连通；

原膜由基材和涂覆在基材两面的涂层组成，基材为亲水性材料，涂层主要由生物胶和多孔介质组成；污水沿着原膜自上向下自流，污水里的营养物质由原膜的一个面透过到另外一个面，原膜的两个面被分为营养面和气体面，与污水接触的一个面，称之为营养面，与氧气接触的一个面称之为气体面，污水在与原膜表面接触时污水里自带的细菌附着在原膜表面的涂层上，原膜的营养面由于水流隔断作用形成缺氧区域，因而营养面生长的细菌为厌氧菌或兼氧菌，营养面上形成厌氧菌生物膜，原膜的气体面由于接触到充足的氧气因而生长的细菌为好氧菌，气体面上形成好氧菌生物膜，在厌养菌及好氧菌的代谢作用下，污水中的营养成分被分解从而起到净化水体的作用。

2.根据权利要求1所述的一种生物反应器，其特征在于，所述驱动装置为离心泵，流量为1-100吨/小时，扬程为20m；所述原膜的单面涂层的厚度＜1mm，所述涂层中还含有菌种；所述多孔介质的直径为300-600目。

3.根据权利要求1或2所述的一种生物反应器，其特征在于，所述固定装置为由方管支架相互连接形成的立方体框架结构。

4.根据权利要求3所述的一种生物反应器，其特征在于，所述原膜为单片状结构，原膜倾斜固定在固定装置内，原膜的一端与固定装置的顶端连接，另一端与固定装置的底端连接，或者原膜在固定装置内自上而下排列，水流经上方的原膜流向下方的原膜，或者原膜在固定装置内自上而下排列，水流从每个原膜的一端流向另一端。

5.根据权利要求3所述的一种生物反应器，其特征在于，所述固定装置的顶端设有导流条，原膜为单片状结构，原膜倾斜固定在固定装置内，原膜的一端与导流条连接，另一端与固定装置的底端连接。

6.根据权利要求3所述的一种生物反应器，其特征在于，所述固定装置的顶端设有导流条，不同导流条位于同一水平面上或高低交错排列，固定装置的中间设有隔离管，原膜为单片状结构，原膜悬挂在固定装置内，一端与导流条连接，导流条将布水器喷洒的污水引流到原膜的单个表面上，另一端为自由端，相邻的原膜由隔离管进行分隔。

7.根据权利要求3所述的一种生物反应器，其特征在于，所述原膜为中空圆柱状结构，原膜悬挂在固定装置内，一端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端，布水器的出水口位于原膜的顶端内，将污水喷洒在原膜的内壁上；或者所述原膜为一端封闭的中空圆柱状结构，原膜悬挂在固定装置内，封闭端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端。

8.根据权利要求3所述的一种生物反应器，其特征在于，所述原膜为中空圆台状结构，原膜悬挂在固定装置内，一端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端，相邻两个原膜为上下颠倒结构，布水器的出水口位于原膜的顶端内，将污水喷洒在原膜的内壁上。

9.根据权利要求3所述的一种生物反应器，其特征在于，所述原膜为中空圆锥状和中空圆台状结构，原膜悬挂在固定装置内，一端与固定装置的顶端连接，另一端为自由端，相邻两个原膜的结构不同，原膜与固定装置顶端连接的一端为圆锥的锥顶或圆台较大的底面，布水器的出水口位于中空圆锥状原膜上方或中空圆台状原膜的顶端内，将污水喷洒在中空圆锥状原膜的外壁或中空圆台状原膜的内壁上。

10.根据权利要求1所述的一种生物反应器，其特征在于，所述布水器、原膜和固定装置安装在外壳内，外壳的顶部开口由观察盖板进行封闭，外壳的底部开有出水口，污水从出水口流出进入储水单元。

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