CN107244730A - 基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件 - Google Patents

基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，包括主板、第一枝片、第二枝片、副枝片、第一通孔及第二通孔，其中，主板包括相向设置的第一弧面及第二弧面，第一弧面及第二弧面的外轮廓为椭圆形，第一弧面的两端与第二弧面的两端相互连接以构成具有中空腔体的双椭圆交叉结构；第一枝片、第二枝片及副枝片分别固定于所述主板的中空腔体内，所述第一枝片与第二枝片相互垂直，所述副枝片与第二枝片平行并与第一枝片相互垂直，所述第一通孔设置于主板上，所述第二通孔设置于第一枝片和/或第二枝片上。采用本发明，使得水流在填料构件内形成内部对撞紊流空间，处理水污染物功能强，污染物去除范围广。

Description

基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件。
背景技术
目前使用的生物填料构件大多是颗粒状硕石、焦煤、煤渣、网状塑料浪板及无生物亲合添加剂的塑料，这些填料构件，普遍都存在一些缺点：有的填料构件没有专设内部紊流结构，水流接触率低；有的填料构件材料无生物亲合特性，挂膜效果差、微生物种类少，影响生物处理效果；对填料本身的工作状态也没有设置在线监测单元。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，使得水流在填料构件内形成内部对撞紊流空间，处理水污染物功能强，污染物去除范围广。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，包括主板、第一枝片、第二枝片、副枝片、第一通孔及第二通孔，其中，所述主板包括相向设置的第一弧面及第二弧面，所述第一弧面及第二弧面的外轮廓为椭圆形，所述第一弧面的两端与第二弧面的两端相互连接以构成具有中空腔体的双椭圆交叉结构；所述第一枝片、第二枝片及副枝片分别固定于所述主板的中空腔体内，所述第一枝片与第二枝片相互垂直，所述副枝片与第二枝片平行并与第一枝片相互垂直，所述第一通孔设置于主板上，所述第二通孔设置于第一枝片和/或第二枝片上。
作为上述方案的改进，所述第一弧面与第二弧面以第二枝片为对称面对称设置；所述第一枝片与第一弧面连接并将第一弧面划分为对称设置的第一左侧弧面及第一右侧弧面，所述第一枝片与第二弧面连接并将第二弧面划分为对称设置的第二左侧弧面及第二右侧弧面。
作为上述方案的改进，所述第一枝片及第二枝片为矩形结构，所述第一枝片的四个角及第二枝片的四个角均为弧形倒角。
作为上述方案的改进，所述主板、第一枝片、第二枝片及副枝片相互连接形成球状结构。
作为上述方案的改进，所述主板、第一枝片、第二枝片及副枝片由利于亲合微生物群体的生物活性材料构成，所述亲合微生物群体的生物活性材料为添加生物亲合剂的硬质塑料。
作为上述方案的改进，所述基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，还包括支持扩展无线数传网络的传感器模块，所述传感器模块固定于第一通孔上。
作为上述方案的改进，所述传感器模块包括相互电连接的信号调节电路、微控制器、无线电收发器及内部供电电源。
作为上述方案的改进，所述传感器模块包括微生物传感器、溶解氧传感器、COD传感器、TN传感器、NH3传感器、TP传感器、PH传感器、SS传感器、色度传感器、浊度传感器、温度传感器及压力传感器中的任意一种或几种。
作为上述方案的改进，所述基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，还包括设置于密封式槽罐外部的外部供电电源，所述传感器模块与外部供电电源之间通过有线和/或无线方式连接。
作为上述方案的改进，所述传感器模块与物联网连接。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件用于生活污水处理中的生化过程，处理水污染物功能强，污染物去除范围广，剩余污泥量少，并且制造简单，在间隔采用内置传感器模块的情况下，总体成本低廉。具体地，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的主板、第一枝片、第二枝片及副枝片由利于亲合微生物群体的生物活性材料构成，适合各种生物膜生存，解决了现有填料挂膜效果差、微生物种类少的问题；
2、本发明采用双椭圆交叉结构的主板使得水流在双环交叉球型生物活性填料构件内形成内部对撞紊流空间，增大了水流接触率，解决了现有填料构件存在的水流接触率低的问题；
3、本发明在主板、第一枝片及第二枝片上设计通孔有利于流体的流动，使水体流动无死角；
4、本发明中第一枝片及第二枝片位于双环交叉球型生物活性填料构件的立体空间（中空腔体）内，因此可增加双环交叉球型生物活性填料构件的表面积，所产生的生物膜也构成立体网状生物膜，使生物膜互相连接，不易脱落，形成生物链体系。
5、本发明通过传感器模块实时监测微生物量和溶解氧量等体现生物活性的关键参数，为生物供氧系统提供准确的工作参数。
附图说明
图1是本发明基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件的主视图；
图2是本发明基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件的侧视图；
图3是本发明基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件的俯视图；
图4是本发明中主板的结构示意图；
图5是水流经过基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件表面时的紊流示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
本发明基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件可用于工业及生活污水、工业废气、臭气、有机发挥性气体、工业及生活有机固废的生化处理过程，当生活污水进入污水处理场，经粗筛网及除砂池除去固体污物，再流入调节池作水质调和，水质调和适合生物生存后进入生化池，通过在线监测物联网传感器获得实时调节供氧量的参数。在生化池中安装本发明的双环交叉球型生物活性填料构件，污水处理后经检测，处理效果可达相应污水处理标准的要求。
参见图1~图 5，图1~图5显示了本发明基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件的具体结构，其包括主板1、第一枝片2、第二枝片3、副枝片5、多个第一通孔4及多个第二通孔6，其中， 所述主板1包括相向设置的第一弧面及第二弧面，所述第一弧面及第二弧面的外轮廓为椭圆形，所述第一弧面的两端与第二弧面的两端相互连接以构成具有中空腔体的双椭圆交叉结构；所述第一枝片2、第二枝片3及副枝片5分别固定于所述主板1的中空腔体内，所述第一枝片2与第二枝片3相互垂直，所述副枝片5与第二枝片3平行并与第一枝片2相互垂直，所述第一通孔4设置于主板1上，所述第二通孔6设置于第一枝片2和/或第二枝片3上。
因此，本发明基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件采用双椭圆交叉结构的主板1使得水流在双环交叉球型生物活性填料构件内形成内部对撞紊流空间，解决了现有填料构件存在的水流接触率低的问题；同时，本发明在主板1、第一枝片2及第二枝片3上设计通孔（4，6）有利于流体的流动，使水体流动无死角；在紊流状态下，流体内的污染物及氧容易与双环交叉球型生物活性填料构件的表面接触，并在双环交叉球型生物活性填料构件表面生成生物膜；由于第一枝片2及第二枝片3位于双环交叉球型生物活性填料构件的立体空间（中空腔体）内，因此可增加双环交叉球型生物活性填料构件的表面积，所产生的生物膜也构成立体网状生物膜，使生物膜互相连接，不易脱落，自己形成生物链体系。
进一步，所述第一弧面与第二弧面以第二枝片3为对称面对称设置；所述第一枝片2与第一弧面连接并将第一弧面划分为对称设置的第一左侧弧面及第一右侧弧面，所述第一枝片2与第二弧面连接并将第二弧面划分为对称设置的第二左侧弧面及第二右侧弧面。通过第一枝片2及第二枝片3的特殊设计可增加双环交叉球型生物活性填料构件的表面积，同时，所产生的生物膜也构成立体网状生物膜，使生物膜互相连接，不易脱落。
如图1及图2所示，所述第一枝片2及第二枝片3为矩形结构，所述第一枝片2的四个角及第二枝片3的四个角均为弧形倒角，从而使得所述主板1、第一枝片2、第二枝片3及副枝片5相互连接形成球状结构，外轮廓更为圆滑。
进一步，所述主板1、第一枝片2、第二枝片3及副枝片5由利于亲合微生物群体的生物活性材料构成，所述亲合微生物群体的生物活性材料为添加生物亲合剂的硬质塑料，可有效增加了微生物种群的聚集密度，使得污染物处理能力更强。所述生物亲合剂优选为合成高分子P-ONIPAAm-co-MAA，但不以此为限制，用户可根据实际情况选择适合的生物活性填料。
需要说明的是，合成高分子P-ONIPAAm-co-MAA的合成路线为：以巯基丙酸为链转移剂，通过自由基聚合的方法，水相合成末端带有活性梭基的寡聚N-异丙基丙烯酞胺（ONIPAAm）；ONIPAAm末端的梭基通过双功能试剂-碳二亚胺（EDCI）活化后与生物分子如抗体、寡聚核苷酸或小分子有机物模拟酶偶联，得到功能性的高分子，将寡聚N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸（MAA）通过自由基共聚反应，合成生物亲合高分子P-ONIPAAm-co-MAA即生物亲合高分子P(ONIPAAm-co-MAA)。合成生物亲合高分子P（ONIPAAm-co-MAA）材料，表面带正电荷会有利于细胞的黏附（由于所需要利用的水处理微生物表面带负电荷，表面带正电荷会有利于细胞的黏附）；同时P（ONIPAAm-co-MAA）材料的分子结构与细胞类似，有利于微生物膜在其表面亲合生长。
本发明基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件还包括支持扩展无线数传网络（如ZigBee）的传感器模块，所述传感器模块可用胶粘合于本发明的任意位置，优选设置于主板1的第一通孔4上，更为节省空间，但不以此为限制。需要说明的是，每个立方填料（基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件）中，其中有一个填料安装有传感器模块即可。优选地，所述传感器模块可以为微生物传感器（microbial sensor，如电极电容传感器）、溶解氧传感器（dissolved oxygen）、COD传感器、TN传感器、NH3传感器、TP传感器、PH传感器、SS传感器、色度（Chroma）传感器、浊度（Turbidity）传感器、温度传感器及压力传感器中的任意一种或几种，但不以此为限制，用户可根据实际需求选择适合的传感器模块，以采集所需的水质数据。
具体地，所述传感器模块包括相互电连接的信号调节电路、微控制器、无线电收发器及内部供电电源。工作时，传感器将采集到的电信号数据发送至信号调节电路进行除干扰、除燥、放大处理，然后，再由微控制器将处理后的电信号数据折算或变换为实际的监测数据，并将该监测数据通过无线电收发器传输至外部的网关，从而实现传感器模块与物联网的连接。其中，无线电收发器是采用一定的协议（如IEEE 802.11s 技术，也称 mesh 网状网）和无线通信技术（如ZigBee 这种低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通信技术）将微控制器处理的监测数据传送至外部网关。
需要说明的是，传感器模块既可通过内部供电电源进行供电，也可通过外部供电电源进行供电（从外部获得电力）。为了使传感器模块能够通过外部供电电源进行供电，本发明还包括设置于密封式槽罐外部的外部供电电源，所述传感器模块与外部供电电源之间通过有线和/或无线方式连接，当传感器模块与外部供电电源之间采用无线方式连接时，所述外部供电电源为无线供电器，其中，无线供电器采用的方式为：接受外部有一定距离的供电装置的电磁波，从而转换成电力。
由上可知，基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件用于生活污水处理中的生化过程，处理水污染物功能强，污染物去除范围广，剩余污泥量少，并且制造简单，在间隔采用内置传感器模块的情况下，总体成本低廉。具体地，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的主板1、第一枝片2、第二枝片3及副枝片5由利于亲合微生物群体的生物活性材料构成，适合各种生物膜生存，解决了现有填料挂膜效果差、微生物种类少的问题；
2、本发明采用双椭圆交叉结构的主板1使得水流在双环交叉球型生物活性填料构件内形成内部对撞紊流空间，增大了水流接触率，解决了现有填料构件存在的水流接触率低的问题；
3、本发明在主板1、第一枝片2及第二枝片3上设计通孔有利于流体的流动，使水体流动无死角；
4、本发明中第一枝片2及第二枝片3位于双环交叉球型生物活性填料构件的立体空间（中空腔体）内，因此可增加双环交叉球型生物活性填料构件的表面积，所产生的生物膜也构成立体网状生物膜，使生物膜互相连接，不易脱落，形成生物链体系。
5、本发明通过传感器模块实时监测微生物量和溶解氧量等体现生物活性的关键参数，为生物供氧系统提供准确的工作参数。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，包括主板、第一枝片、第二枝片、副枝片、第一通孔及第二通孔，其特征在于，
所述主板包括相向设置的第一弧面及第二弧面，所述第一弧面及第二弧面的外轮廓为椭圆形，所述第一弧面的两端与第二弧面的两端相互连接以构成具有中空腔体的双椭圆交叉结构；
所述第一枝片、第二枝片及副枝片分别固定于所述主板的中空腔体内，所述第一枝片与第二枝片相互垂直，所述副枝片与第二枝片平行并与第一枝片相互垂直，所述第一通孔设置于主板上，所述第二通孔设置于第一枝片和/或第二枝片上。
2.如权利要求1所述的基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，其特征在于，
所述第一弧面与第二弧面以第二枝片为对称面对称设置；
所述第一枝片与第一弧面连接并将第一弧面划分为对称设置的第一左侧弧面及第一右侧弧面，所述第一枝片与第二弧面连接并将第二弧面划分为对称设置的第二左侧弧面及第二右侧弧面。
3.如权利要求1所述的基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，其特征在于，所述第一枝片及第二枝片为矩形结构，所述第一枝片的四个角及第二枝片的四个角均为弧形倒角。
4.如权利要求3所述的基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，其特征在于，所述主板、第一枝片、第二枝片及副枝片相互连接形成球状结构。
5.如权利要求1所述的基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，其特征在于，所述主板、第一枝片、第二枝片及副枝片由利于亲合微生物群体的生物活性材料构成，所述亲合微生物群体的生物活性材料为添加生物亲合剂的硬质塑料。
6.如权利要求1所述的基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，其特征在于，还包括支持扩展无线数传网络的传感器模块，所述传感器模块固定于第一通孔上。
7.如权利要求6所述的基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，其特征在于，所述传感器模块包括相互电连接的信号调节电路、微控制器、无线电收发器及内部供电电源。
8.如权利要求7所述的基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，其特征在于，所述传感器模块包括微生物传感器、溶解氧传感器、COD传感器、TN传感器、NH3传感器、TP传感器、PH传感器、SS传感器、色度传感器、浊度传感器、温度传感器及压力传感器中的任意一种或几种。
9.如权利要求7所述的基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，其特征在于，还包括设置于密封式槽罐外部的外部供电电源，所述传感器模块与外部供电电源之间通过有线和/或无线方式连接。
10.如权利要求7所述的基于物联网的双环交叉球型生物活性填料构件，其特征在于，所述传感器模块与物联网连接。
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Effective date of registration: 20180424

Address after: 654000, 1-11 floor, wlin building, 285 Xinguang Road, high tech Zone, Kunming, Yunnan.

Applicant after: Yunnan waterway yuan environmental protection Polytron Technologies Inc.

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Applicant before: GUANGDONG SHUIDAOYUAN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO.,LTD.

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Correction item: Applicant

Correct: Yunnan waterway energy conservation and environmental protection Polytron Technologies Inc.

False: Yunnan waterway yuan environmental protection Polytron Technologies Inc.

Number: 19-02

Volume: 34

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Application publication date: 20171013