CN109516549B - 一种膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统，包括MABR系统和生物浮床；MABR系统，包括依次连通的空气压缩机、压缩空气调压阀和膜组件，以及安装膜组件的安装支架；安装支架包括：均与岸堤固定连接的竖向支架和可伸缩的水平控制臂，与竖向支架上部铰接的上部支架，与竖向支架下部铰接的下部支架；上部支架和下部支架均与水平控制臂连接并受其驱动在垂直于水流方向伸缩；膜组件，其顶部与上部支架固接，其底部与下部支架固接，生物浮床位于上部支架上方并与其连接。本发明中膜组件与水的接触面积较大，可在河道水量增大时，向岸堤收缩，减少阻水效应，便于调节膜组件的位置，也便于更换生物膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种生态支架净化系统，特别涉及一种膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统。
背景技术
城市河道在维持自身水系连通的同时，还发挥城市景观的作用。近年来，随着社会的发展及工业化的加剧，水体污染问题日益突出。由于城市河道自身连通不畅，导致出现滞缓流区和死水区，水体滞留时间和置换增加，水体黑臭更加严重。生态支架作为一种原位水体修复技术，具有改善水质、提升城市景观效果的作用，在国内外污染水体治理中发挥的作用愈来愈突出。在水体治污过程中，传统的单一生态支架因受制多种因素，净化效果不明显，组合型生态支架应运而生，例如：一种微曝气强化生态支架污水处理系统(201420603014.8)；植物—自然生物膜复合生态支架(201621260267.5)；一种基于植物与生物膜相结合的生态支架(201720796648.3)；一种微孔曝气—生物—生态支架一体化系统及其应用该系统处理黑臭水体的方法(201710665583.3)，以上这几种专利存在如下问题：仅能单一解决水中含氧量低的问题或者单一解决微生物附着表面积小的问题，在功能上不能协同解决二者问题；同时，现有复式系统在结构上不够灵活，存在生物膜系统在河道补水期，流速增大时，由于不能灵活移动而产生阻水效应。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种同时提高水中含氧量与微生物附着表面积的膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统，包括MABR系统和生物浮床；所述MABR系统，包括依次连通的空气压缩机、压缩空气调压阀和膜组件，以及安装所述膜组件的安装支架；所述安装支架包括：均与岸堤固定连接的竖向支架和可伸缩的水平控制臂，与所述竖向支架上部铰接的上部支架，与所述竖向支架下部铰接的下部支架；所述上部支架和所述下部支架均与所述水平控制臂连接并受其驱动在垂直于水流方向伸缩；所述膜组件，其顶部与所述上部支架固接，其底部与所述下部支架固接，所述生物浮床位于所述上部支架上方并与其连接。
进一步地，所述膜组件一端开口通入气体，另一端封闭。
进一步地，所述膜组件包括若干个膜丝单元，每个所述膜丝单元包括600～800根平行排列的膜丝。
进一步地，所述膜丝为疏水复合中空纤维膜丝，其内径为0.4～0.6mm，其外径为0.75～0.9mm，其长度为1～0.5m。
进一步地，所述上部支架和所述下部支架伸展时，所述膜丝单元与水平方向夹角为45°～60°。
进一步地，所述上部支架包括可水平伸缩的上折叠杆组件、上部浮子、上连杆和上基座；所述上折叠杆组件，其一端和所述竖向支架铰接，其另一端分别与所述上部浮子和所述水平控制臂连接；所述上连杆垂直布置，其上端连接所述上折叠杆组件，其下端连接所述上基座；所述上基座与所述膜组件顶部连接；所述下部支架包括可水平伸缩的下折叠杆组件、下部浮子、下连杆和下基座；所述下折叠杆组件，其一端和所述竖向支架连接，其另一端分别与所述下部浮子和所述水平控制臂连接；所述下连杆垂直布置，其下端连接所述下折叠杆组件，其上端连接所述下基座；所述下基座与所述膜组件底部连接。
进一步地，所述上折叠杆组件和所述下折叠杆组件均由相互铰接成多个菱形的直杆构成。
进一步地，所述水平控制臂为气缸。
进一步地，所述生物浮床包括栽培植物的浮力载体，所述浮力载体为聚苯乙烯板。
本发明具有的优点和积极效果是：与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1、本发明中的MABR系统具有供氧和生物膜载体双重作用，可实现同步硝化和反硝化作用，氧利用效率高；
2、本发明生态支架中设置由疏水复合中空纤维制成的膜丝制成的膜组件，可增大微生物附着面积，促进有机物分解及营养物质的吸收。
3、本发明中的膜组件搭建成V字形，阻水作用小，透气性好，可形成气泡羽流，与水的接触面积较大；气味少，占地少、产泥少、经济环保。
4、本发明中的MABR系统，在河道处于雨季或补水期间，河道流速较大时，可手动或自动操作可伸缩的水平控制臂，使得连接膜组件上部支架和下部支架在垂直于水流方向伸缩，可在河道水量增大时，向岸堤收缩，减少阻水效应，也便于更换生物膜。
5、本发明中的MABR系统可安装浮子提供浮力，控制MABR系统根据水位的降低与升高而进行上下移动。
6、本发明中的载体浮板为聚苯乙烯板，不仅具有良好的耐热性、耐寒性、以及较高的刚性和韧性，既可以提供浮力又可对植物起到支撑作。
本系统克服传统技术与现有技术的缺陷，本系统通过利用植物生长过程中根系对水中的富营养化物质的吸收、吸附作用，减轻水体黑臭，并附合膜曝气生物膜反应器(MABR)，既增大了微生物附着表面积，解决传统的单一生态支架因受制于植物根系，可供微生物附着的表面积有限的缺点；又在保证其高氧转移效率的前提下，提升水体曝气的均匀性，避免了自然水体中含氧量不足而使得生态支架系统中微生物活性较低且种类相对单一的现象。在功能上同步解决了水中含氧量低与微生物附着表面积小的问题，使净化效果很大程度提高。同时，在结构上，所附合膜曝气生物膜反应器(MABR)能够利用折叠杆调节生物膜处于水体中的位置，便于适应不同水量与水速条件下的水体类型。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中的一种膜丝单元结构示意图；
图3是本发明中的一种上部支架结构示意图；
图4是本发明中的一种下部支架结构示意图；
图5是本发明中的一种生态浮床的俯视示意图。
图中：
1、生物浮床，1.1、植物，1.2、浮力载体；
2、膜丝单元，2.1、通气端，2.2、膜丝，2.3、封闭端；
3、上部支架，3.1、上折叠杆组件，3.2、上基座，3.3、上连杆，3.4、上部浮子；
4、下部支架，4.1、下折叠杆组件，4.2、下基座，4.3、下连杆，4.4、下部浮子；
5、竖向支架；
6、气管；
7、压缩空气调压阀；
8、空气流量计；
9、空气压缩机；
10、岸堤。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1至图5，一种膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统，包括MABR系统和生物浮床1；所述MABR系统，包括依次连通的空气压缩机9、压缩空气调压阀7和膜组件，以及安装所述膜组件的安装支架；所述安装支架包括：均与岸堤10固定连接的竖向支架5和可伸缩的水平控制臂，与所述竖向支架5上部铰接的上部支架3，与所述竖向支架5下部铰接的下部支架4；所述上部支架3和所述下部支架4均与所述水平控制臂连接并受其驱动在垂直于水流方向伸缩；所述膜组件，其顶部与所述上部支架3固接，其底部与所述下部支架4固接，所述生物浮床1位于所述上部支架3上方并与其连接。生物浮床1与上部支架3之间可为可拆卸连接，可在拆卸生物浮床1后，收缩上部支架3；生物浮床1与上部支架3也可采用弹性软连接，上部支架3收缩时带动所述生物浮床1向岸堤靠近。压缩空气调压阀7和膜组件之间可通过各种市售软气管连接。
雨季或者河道补水时，流速增大，操作水平控制臂，将上部支架3和下部支架4向岸边收缩，减少阻水；非雨季流速较小时，操作水平控制臂，将上部支架3和下部支架4向对岸方向伸展，增大接触面积，提高净化效率。
所述生物浮床包括栽培植物1.1的浮力载体1.2，所述浮力载体1.2优选聚苯乙烯板。浮力载体1.2为聚苯乙烯板，不仅具有良好的耐热性、耐寒性、以及较高的刚性和韧性，既可以提供浮力又可对植物1.1起到支撑作用。生物浮床也可选用其他形式的生物浮床，比如采用聚氨酯(PUR)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、酚醛树脂(PF)等材料制成的泡沫塑料。
压缩空气调压阀7可控制进入膜组件的压缩空气的压力，压缩空气调压阀7可选用带压力表等压力指示的元件，在压缩空气调压阀7之前或之后可设有空气流量计8。
所述水平控制臂可采用无动力驱动的伸缩杆，水平控制臂通过人工拉伸或收缩，比如带螺纹的伸缩杆，通过人工旋转螺纹盘来调整伸缩臂的伸缩。也可以采用带动力的伸缩杆，如气缸或电功缸式伸缩杆。所述水平控制臂优选为气缸，可由空气压缩机9供气，减轻人力。
进一步地，所述膜组件可一端开口通入气体，另一端封闭。便于气体匀速排出。所述膜组件可包括若干个膜丝单元2，每个所述膜丝单元2可包括600～800根平行排列的膜丝2.2。所述膜丝单元2一端可为设有开口通入气体的通气端2.1，另一端为封闭端2.3。通气端2.1和封闭端2.3可采用中空的管件制成。在通气端2.1管件和封闭端2.3管件之间连通平行排列的膜丝2.2。膜丝2.2可增大微生物附着面积，促进有机物分解及营养物质的吸收。
进一步地，所述膜丝2.2可为疏水复合中空纤维膜丝，其内径可为0.4～0.6mm，其外径可为0.75～0.9mm，其长度为可1～0.5m。膜丝2.2材质优选为疏水复合中空纤维，每个膜丝单元2优选800根平行排列的膜丝。膜丝2.2内径优选为0.40mm，外径优选为0.75mm，长度优选为1m。
进一步地，所述上部支架3和所述下部支架4伸展时，所述膜丝单元2与水平方向夹角可为45°～60°。所述上部支架3和所述下部支架4完全伸展后，每两个膜丝单元2构成V型，形成的角度优选接近60度。MABR系统的膜组件搭建成V字形，阻水作用小，透气性好，可形成气泡羽流，与水的接触面积较大；气味少，占地少、产泥少、经济环保。
进一步地，所述上部支架3可包括可水平伸缩的上折叠杆组件3.1、上部浮子3.4、上连杆3.3和上基座3.2；所述上折叠杆组件3.1，其一端和所述竖向支架5铰接，其另一端分别与所述上部浮子3.4和所述水平控制臂连接；所述上连杆3.3垂直布置，其上端连接所述上折叠杆组件3.1，其下端连接所述上基座3.2；所述上基座3.2与所述膜组件顶部连接；所述下部支架4可包括可水平伸缩的下折叠杆组件4.1、下部浮子4.4、下连杆4.3和下基座4.2；所述下折叠杆组件4.1，其一端和所述竖向支架5连接，其另一端分别与所述下部浮子4.4和所述水平控制臂连接；所述下连杆4.3垂直布置，其下端连接所述下折叠杆组件4.1，其上端连接所述下基座4.2；所述下基座4.2与所述膜组件底部连接。上部浮子3.4和下部浮子4.4，提供浮力，控制上部支架3和下部支架4根据水位的降低与升高而进行上下移动。
在河道处于雨季或补水期间，河道流速较大时，可操作水平控制臂收缩，使得连接膜组件的折叠杆靠岸折叠，较少阻水，避免在河道水量增大时，拆卸生物膜并取出河道外部比较困难的问题，节省人力物力。
进一步地，所述上折叠杆组件3.1和所述下折叠杆组件4.1均可由相互铰接成多个菱形的直杆构成。也可以采用其他能够折叠收缩的结构，比如多个平行直杆之间采用软连接等。
下面结合附图及具体实施例进一步详细说明是本发明的结构和工作原理：
请参见图1，MABR系统包括气管6、压缩空气调压阀7、气体流量计8、空气压缩机9以及由多个膜丝单元2构成的膜组件。通过空气压缩机9为膜组件供气，供气管道上安装有气体流量计8和压缩空气调压阀7来控制曝气压力。气流通过气管6分成若干通气支管输送到膜丝单元2下端的通气端中，膜丝单元2通气端与下部支架4的下基座4.2连接。膜丝单元2上端为封闭端，其与上部支架3的上基座3.2连接。压缩空气通过膜丝产生微小气泡进入水体。
图2是本发明中的一种膜丝单元结构示意图，通气端和封闭端可均与中空的管件制成，膜丝单元2通气端形状可为长方体，膜丝单元2封闭端形状也可为长方体，在通气端管件和封闭端管件之间连通平行排列的膜丝。
图3是本发明中的一种上部支架结构示意图，由上基座3.2通过上连杆3.3与上折叠杆组件3.1连接。上上折叠杆组件3.1一端连接上部浮子3.4，另一端连接竖向支架5。上折叠杆组件3.1可由相互铰接成多个菱形的直杆构成。
图4是本发明中的一种下部支架结构示意图，由下基座4.2通过下连杆4.3与下折叠杆组件4.1连接。下折叠杆组件4.1一端连接下部浮子4.4，另一端连接竖向支架5。所述下折叠杆组件4.1可由相互铰接成多个菱形的直杆构成。
图5是本发明中的一种生态浮床的俯视示意图，本发明实施例中，根据实施例当地的实际条件，水生植物选取预培养10天左右，平均高为25cm的美人蕉；载体采用白色聚苯乙烯板，设计尺寸为90cm×70cm×5cm并以间距15cm×14cm，分为5行×6列，打30个直径3cm的种植孔，每个种植孔内栽种一株，并用海绵固定苗株。
本实施例中，空气压缩机通气量可保持在2.5～3L/min，通过输气管24h不间断曝气。上述实施例通过两个月的正式运行，通过运行过程中对受处理水体中的多项污染物指标进行检测，去除率如表格所示。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (7)
1.一种膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统，其特征在于，包括MABR系统和生物浮床；所述MABR系统，包括依次连通的空气压缩机、压缩空气调压阀和膜组件，以及安装所述膜组件的安装支架；所述安装支架包括：均与岸堤固定连接的竖向支架和可伸缩的水平控制臂，与所述竖向支架上部铰接的上部支架，与所述竖向支架下部铰接的下部支架；所述上部支架和所述下部支架均与所述水平控制臂连接并受其驱动在垂直于水流方向伸缩；所述膜组件，其顶部与所述上部支架固接，其底部与所述下部支架固接，所述生物浮床位于所述上部支架上方并与其连接；
所述膜组件一端开口通入气体，另一端封闭；
所述上部支架包括可水平伸缩的上折叠杆组件、上部浮子、上连杆和上基座；所述上折叠杆组件，其一端和所述竖向支架铰接，其另一端分别与所述上部浮子和所述水平控制臂连接；所述上连杆垂直布置，其上端连接所述上折叠杆组件，其下端连接所述上基座；所述上基座与所述膜组件顶部连接；所述下部支架包括可水平伸缩的下折叠杆组件、下部浮子、下连杆和下基座；所述下折叠杆组件，其一端和所述竖向支架连接，其另一端分别与所述下部浮子和所述水平控制臂连接；所述下连杆垂直布置，其下端连接所述下折叠杆组件，其上端连接所述下基座；所述下基座与所述膜组件底部连接。
2.根据权利要求1所述的膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统，其特征在于，所述膜组件包括若干个膜丝单元，每个所述膜丝单元包括600～800根平行排列的膜丝。
3.根据权利要求2所述的膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统，其特征在于，所述膜丝为疏水复合中空纤维膜丝，其内径为0.4～0.6 mm，其外径为0.75～0.9mm，其长度为1～0.5 m。
4.根据权利要求2所述的膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统，其特征在于，所述上部支架和所述下部支架伸展时，所述膜丝单元与水平方向夹角为45°～60°。
5.根据权利要求4所述的膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统，其特征在于，所述上折叠杆组件和所述下折叠杆组件均由相互铰接成多个菱形的直杆构成。
6.根据权利要求1所述的膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统，其特征在于，所述水平控制臂为气缸。
7.根据权利要求1所述的膜曝气生物膜反应器生态支架组合净化系统，其特征在于，所述生物浮床包括栽培植物的浮力载体，所述浮力载体为聚苯乙烯板。
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