申请日2015.01.19
公开(公告)日2015.04.29
IPC分类号C02F3/34; C02F3/30; C12M1/00; C12M1/04; C12M1/36
摘要
本发明涉及一种微生物菌群母液培殖发生器及其污水生物净化方法，包括微生物发生箱、生物填料仓、生物填料、进水装置、排渣装置、水气同步切割配送装置和自动控制装置，水气同步切割配送装置包括增氧装置、配水箱、供水管、供气管、水气混合仓和布气盘管，布气盘管上开设有多个出气孔，水气混合仓的顶壁开设有喷射口，水气混合仓的顶壁及喷射口构成水气切割盘。自上至下向水气混合仓供水，增大了压力差，气体和水在水气混合仓中充分混合，水气切割盘对水气混合物进行均匀切割，水气更加均匀混合，再自下向上为生物填料供气供水，增加了水气混合物与生物填料动态接触效果，大幅度提高了微生物活性，能够培育出更强活力、生物量更多的微生物菌群。
权利要求书
1.微生物菌群母液培殖发生器，包括微生物发生箱、生物填料仓、生物填料、进水装置、排渣装置和自动控制装置，微生物发生箱的内腔底部设有沉渣收集仓，微生物发生箱的上部设有菌群母液排出口，生物填料仓安装在微生物发生箱的内腔中并处于沉渣收集仓上方，生物填料充填在生物填料仓中，进水装置和排渣装置分别安装在微生物发生箱的外侧壁上，其特征是：还包括水气同步切割配送装置;水气同步切割配送装置包括增氧装置、配水箱、供水管、供气管、水气混合仓和布气盘管，布气盘管上开设有多个出气孔;水气混合仓设置在所述微生物发生箱的内腔中并处于生物填料仓与沉渣收集仓之间，水气混合仓通过底部设有与沉渣收集仓相通的沉渣口，布气盘管安装在水气混合仓中;增氧装置和配水箱均安装在微生物发生箱的上部;供水管和供气管均沿竖直方向安装在所述微生物发生箱中;供水管的上端与配水箱相通连接，供水管的下端与水气混合仓相通连接;供气管的上端与增氧装置连接，供气管的下端与布气盘管相通连接;水气混合仓的顶壁开设有多个喷射口，水气混合仓的顶壁及多个喷射口构成水气切割盘;进水装置与配水箱相通连接;排渣装置与沉渣收集仓相通连接;自动控制装置与微生物发生箱分体安装，自动控制装置与进水装置、排渣装置、增氧装置电连接。
2.如权利要求1所述的微生物菌群母液培殖发生器，其特征是：还包括止回阀、内循环管和开设有多个水流喷射孔的管道架，各个水流喷射孔在管道架上均沿顺时针或逆时针方向排列;所述排渣装置包括排渣管和排渣泵，排渣管的一端与沉渣收集仓连接;排渣泵与排渣管连接;止回阀安装在排渣管的另一端;管道架处于所述生物填料仓中;内循环管的一端与排渣管连接，内循环管的另一端与管道架相通连接;生物填料仓、沉渣收集仓、排渣管、排渣泵、止回阀、内循环管和管道架构成水流内循环系统。
3.如权利要求2所述的微生物菌群母液培殖发生器，其特征是：所述水流喷射孔的横截面自内向外逐渐减小。
4.如权利要求1或2所述的微生物菌群母液培殖发生器，其特征是：所述配水箱为环形配水仓，环形配水仓沿周向安装在所述微生物发生箱的上部。
5.如权利要求1或2所述的微生物菌群母液培殖发生器，其特征是：所述增氧装置包括第一增氧泵和第二增氧泵，第一增氧泵、第二增氧泵分别与所述供气管的上端连接。
6.如权利要求1或2所述的微生物菌群母液培殖发生器，其特征是：所述喷射口的横截面自下向上逐渐减小。
7.如权利要求1或2所述的微生物菌群母液培殖发生器，其特征是：所述生物填料仓包括圆筒形外仓和圆筒形内仓，圆筒形内仓处于圆筒形外仓中，并且圆筒形内仓中生物填料的高度低于圆筒形外仓中生物填料的高度。
8.如权利要求1或2所述的微生物菌群母液培殖发生器，其特征是：所述生物填料包括内筒、外筒、至少一块隔板和多条挂膜条;内筒处于外筒中，内筒与外筒之间形成夹层腔体;内筒与外筒通过隔板连接，隔板穿过内筒的内腔与夹层腔体，并且隔板与内筒的中心轴线相平行;多条挂膜条设置在外筒的外壁上。
9.如权利要求8所述的微生物菌群母液培殖发生器，其特征是：所述隔板的数量为两块，所述内筒与外筒同轴设置，两块隔板呈十字形设置并且均通过内筒中心轴线。
10.一种微生物污水处理方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的微生物菌群母液培殖发生器进行污水处理，具体污水处理方法如下：进水装置从污水水域中吸水，并与增氧装置产生的气体一起自上至下送入水气混合仓中，水和气体在水气混合仓中充分混合，并经水气切割盘的喷射口向上喷出，产生回旋水流，为处于上方的生物填料供水供气，通过水量和气量的控制，以及给水时间段、供氧时间段的调节，污水中的微生物经过生物填料的作用，选择性地进行催化或进一步激活，在生物填料上生长、繁殖形成生物膜，然后，产生优势微生物菌群母液，并顺着微生物发生箱内水流的方向输出到污水水域中，实现微生物的再繁殖和降解作用，对污水原位就地进行净化处理，对污水的悬浮物、有机物、氨氮、磷和有害物质进行硝化、反硝化反应和降解，使污水得到有效净化。
说明书
微生物菌群母液培殖发生器及其微生物污水处理方法
技术领域
本发明涉及一种污水净化设备，尤其涉及一种微生物菌群母液培殖发生器及其微生物污水处理方法。
背景技术
水环境是人居环境和生态环境的重要基础，而当今世界，水资源已成为一种紧缺的宝贵资源。目前，我国大多数城镇、农村地域面积较广，由于规划滞后、无序排污、治理缺失等原因，水环境质量普遍较差，已严重影响到城镇、农村居民的居住环境，继而影响到人们的身体健康。
加强城镇、农村污水治理不仅关系到社会主义新农村建设和城乡一体化发展进程，也关系到由于发展工业而腾出环境容量等基础性问题，因而具有重大而深远的意义。
目前的城镇、农村，其污水主要由大量生活污水、工业污水和禽畜养殖废水构成，在现阶段未能分隔对单一污水水体实施独立有效处理的情况下，势必形成多种污染混合水域，对水资源和水环境造成更严重的破坏，因而对水资源的治理、修复难度也越来越大。
而目前城镇、农村的经济基础比较薄弱，在污水治理上，亟需开发建设成本少、运行成本低、处理效果好，并且适合分散型处理的治理技术。
现有的污水治理技术一般包括物理法、化学法和生物法，物理法和化学法都存在处理成本较高、处理效果及持续性较差，易于引发二次污染等问题，难以实现大规模的推广使用。因此，生物法以其建设成本、运行成本相对较低，无二次污染的优点而得到较为广泛地推广应用。生物法又分为湿地处理技术和微生物处理技术，比较而言，微生物处理技术在建设成本的投入上具有一定优势，但就目前城镇、农村的经济状况，仍然属于负担偏高。而且，对污水处理的效果还不够稳定。
从节省能耗的角度考虑，目前对于微生物的培殖可以集中在一个箱体中进行，以避免对大面积水域增氧所造成的高能耗弊端。但必须有效解决微生物的活性较差，难以培殖出更强活力、生物量更多的微生物菌群，从而导致污水处理效果不稳定等关键性问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种微生物菌群母液培殖发生器及其微生物污水处理方法，这种微生物菌群母液培殖发生器能够使得水气混合更加均匀，增加水气混合物与生物填料动态接触效果，从而进一步提高了微生物活性，培育出更强活力、生物量更多的微生物菌群，大幅度提高污水处理效果。采用的技术方案如下：
一种微生物菌群母液培殖发生器，包括微生物发生箱、生物填料仓、生物填料、进水装置、排渣装置和自动控制装置，微生物发生箱的内腔底部设有沉渣收集仓，微生物发生箱的上部设有菌群母液排出口，生物填料仓安装在微生物发生箱的内腔中并处于沉渣收集仓上方，生物填料充填在生物填料仓中，进水装置和排渣装置分别安装在微生物发生箱的外侧壁上，其特征是：还包括水气同步切割配送装置;水气同步切割配送装置包括增氧装置、配水箱、供水管、供气管、水气混合仓和布气盘管，布气盘管上开设有多个出气孔;水气混合仓设置在所述微生物发生箱的内腔中并处于生物填料仓与沉渣收集仓之间，水气混合仓通过底部设有与沉渣收集仓相通的沉渣口，布气盘管安装在水气混合仓中;增氧装置和配水箱均安装在微生物发生箱的上部;供水管和供气管均沿竖直方向安装在所述微生物发生箱中;供水管的上端与配水箱相通连接，供水管的下端与水气混合仓相通连接;供气管的上端与增氧装置连接，供气管的下端与布气盘管相通连接;水气混合仓的顶壁开设有多个喷射口，水气混合仓的顶壁及多个喷射口构成水气切割盘;进水装置与配水箱相通连接;排渣装置与沉渣收集仓相通连接;自动控制装置与微生物发生箱分体安装，自动控制装置与进水装置、排渣装置、增氧装置电连接。
本微生物菌群母液培殖发生器的工作原理：通过自动控制装置的控制，进水装置从污水水域中吸水，并送入配水箱中，配水箱中的水自上至下进入水气混合仓，同样的，增氧装置产生的气体也自上至下通过布气盘管进入水气混合仓中，水流和气体在水气混合仓中充分混合，并经水气切割盘的喷射口向上喷出，为处于上方的生物填料供水供气，通过自动控制装置对水量和气量的调控，以及给水时间段、供氧时间段的调节，污水中的微生物经过生物填料的作用，有选择性地进行催化或进一步激活，在生物填料上生长、繁殖形成生物膜，人为创造一个集中培养最佳活力的绝对优势微生物菌群母液的载体，并顺着微生物发生箱内水流的方向从菌群母液排出口输出到污水水域中，实现微生物的再繁殖和降解作用，对污水原位就地进行净化处理，快速高效对污水的悬浮物、有机物、氨氮、磷和有害物质进行硝化、反硝化反应和降解，使污水得到有效净化。
本发明突破传统污水净化的思维模式，人为创造一个集中培养最佳活力的绝对优势微生物菌群母液的载体，投入成本和运行成本大幅度降低，治理效果明显突出，整机运行的稳定性较好、操作维护简单方便，在实践中深受当地政府和群众好评，尤其适用于生活污水为主或多种混合污染水体的治理;另外，本发明通过在微生物发生箱内腔的下部设置水气混合仓，在水气混合仓中设置布气盘管，并对配水箱、增氧装置、供水管、供气管的结构位置进行合理布局，将配水箱、增氧装置设置在微生物发生箱的上部，供水管、供气管均自上至下设置，其中供水管与水气混合仓相通连接，供气管与布气盘管相通连接，气体和水在水气混合仓中充分混合，水气混合更加均匀;而水气混合仓顶壁开设有多个喷射口而构成水气切割盘，对从水气混合仓喷出的水气混合物进行均匀切割，水气的均匀混合，而水气切割盘向上喷出的水气混合物形成回旋水流，大幅度提高了微生物活性，能够培殖出更强活力、生物量更多的微生物菌群;而自上至下向水气混合仓供水，增大了压力差，水进入水气混合仓后快速向四周分散，与气体充分混合，进一步确保水气的均匀混合，同时增大水气混合物从喷射口喷出的速度，自下向上为上方的生物填料供气供水，增加了水气混合物与生物填料动态接触效果，从而进一步提高了微生物活性，培殖出更强活力、生物量更多的微生物菌群，大幅度提高污水处理效果。
在一种具体方案中，所述微生物发生箱为圆形或椭圆形，微生物发生箱的上部外周向上设有环形浮箱，环形浮箱使得微生物菌群母液培殖发生器能够在污水水域水面上保持漂浮状态并达到平衡。
作为本发明的优选方案，还包括止回阀、内循环管和开设有多个水流喷射孔的管道架，各个水流喷射孔在管道架上均沿顺时针或逆时针方向排列;所述排渣装置包括排渣管和排渣泵，排渣管的一端与沉渣收集仓连接;排渣泵与排渣管连接;止回阀安装在排渣管的另一端;管道架处于所述生物填料仓中;内循环管的一端与排渣管连接，内循环管的另一端与管道架相通连接;生物填料仓、沉渣收集仓、排渣管、排渣泵、止回阀、内循环管和管道架构成水流内循环系统。在开启止回阀的情况下，排渣泵开始工作，将沉渣收集仓中的残渣排出，起到清通沉渣的作用;在关闭止回阀的情况下，由于排渣管被止回阀封闭，排渣泵从沉渣收集仓中抽出的水流通过内循环管进入管道架，并由管道架上的水流喷射孔喷出，形成第二回旋水流，进一步增加生物填料仓中微生物的活性，提高了微生物菌群母液的培殖效率;另外，由管道架上的水流喷射孔喷出的水流再次冲刷生物填料仓中生物填料上的沉渣，使其落入沉渣收集仓，对生物填料进行反冲洗，有效防止生物膜与生物填料长时间粘连所造成的堵塞和覆盖，更有利于微生物在生物填料上形成新的挂膜和繁殖，进一步提高了微生物菌群母液的培殖效率。
作为本发明进一步的优选方案，所述水流喷射孔的横截面自内向外逐渐减小。水流喷射孔的横截面设置为自内向外逐渐减小，加快水流喷出的速度，更容易形成回旋水流，对生物填料的反冲洗效果也更好。
在一种具体方案中，优选所述管道架包括第一管道和第二管道，第一管道与第二管道在中间相通连接;第一管道的一端和第二管道的两端均封闭，第一管道的另一端作为与所述内循环管的连接口。管道架设置为第一管道和第二管道，第一管道与第二管道在中间交叉相通连接，由管道架上的水流喷射孔喷出的水流能够更均匀地冲刷生物填料仓中生物填料上的沉渣，反冲洗效果更佳。进一步优选第一管道与第二管道十字型连接。第一管道与第二管道呈十字型对称设置，由管道架上的水流喷射孔喷出的水流形成顺时针或逆时针回旋。进一步优选水流喷射孔在管道架上呈顺时针或逆时针均匀布置。
在另一种具体方案中，优选所述管道架为环形管道架。将管道架设置为环形管道架，更有利于形成回旋水流。
作为本发明进一步的优选方案，所述配水箱为环形配水仓，环形配水仓沿周向安装在所述微生物发生箱的上部。配水箱设置为环形配水仓，微生物菌群母液培殖发生器的整体受力更加均匀，使得微生物菌群母液培殖发生器能够漂浮在污水水域中，并进一步保持平衡稳定，另外，充分利用微生物菌群母液培殖发生器的上部空间，结构简洁。
作为本发明进一步的优选方案，所述增氧装置包括第一增氧泵和第二增氧泵，第一增氧泵、第二增氧泵分别与所述供气管的上端连接。将增氧装置设置为包括第一增氧泵和第二增氧泵，通过控制，使第一增氧泵和第二增氧泵轮流工作，延长第一增氧泵和第二增氧泵的使用寿命;当控制第一增氧泵和第二增氧泵同时工作时，进入水气混合仓中气体的气压大幅度增加，有效克服了出气孔常被堵塞的缺陷，同时又增大水气混合物从水气切割盘的喷射口喷出的速度，冲刷上方生物填料上的沉渣，对生物填料进行又一次冲洗，更有利于微生物在生物填料上挂膜繁殖，提高微生物菌群母液的培殖效率。
作为本发明进一步的优选方案，所述喷射口的横截面自下向上逐渐减小。喷射口的横截面设置为自下向上逐渐减小，增大水气混合物从喷射口喷出的速度，增加了水气混合物与生物填料动态接触效果，从而进一步幅度提高了微生物活性，培育出更强活力、生物量更多的微生物菌群。
在一种具体方案中，所述环形配水仓的侧壁设有溢流口。环形配水仓设置溢流口，避免环形配水仓被水充满而导致水压过高，从而将水气混合仓中的水压控制在水位落差的水压附近。
在一种具体方案中，所述供水管的上端通过十字管道与环形配水仓相通连接。供水管的上端通过十字管道与环形配水仓相通连接，微生物菌群母液培殖发生器的整体受力更加均匀，保持微生物菌群母液培殖发生器的平稳性。
在一种具体方案中，所述出气孔开设在布气盘管的底部。将出气孔开设在布气盘管的底部，气体输出后自下至上与水气混合仓中水混合，并且气体与水气混合仓底部的水流能够更充分地混合，水气混合更加均匀。
在一种具体方案中，所述布气盘管包括环形管、横向管和多条纵向管;横向管的两端与环形管相通连接;纵向管的两端及中部分别与环形管、横向管相通连接。布气盘管设置为环形管，以及纵横交错的横向管、纵向管，使得出气孔呈网状布置，多点均匀送气，使水气混合更加均匀。
在一种具体方案中，所述供气管处于供水管中。将供气管设置在供水管的空腔中，将供气管隐藏，从而使得整体结构更加简洁。
作为本发明进一步的优选方案，所述生物填料仓包括圆筒形外仓和圆筒形内仓，圆筒形内仓处于圆筒形外仓中，并且圆筒形内仓中生物填料的高度低于圆筒形外仓中生物填料的高度。生物填料仓采用圆筒形外仓和圆筒形内仓的两层结构，可以根据污水水域的特点，采用不同生物填料及控制生物填料的投放比例，以达到更好的污水处理效果;圆筒形内仓中生物填料的高度低于圆筒形外仓中生物填料的高度，在圆筒形内仓中预留空间，确保圆筒形内仓中生物填料在水气混合物的作用下能够上下浮动和以顺时针或逆时针方向回旋。
作为本发明进一步的优选方案，所述生物填料包括内筒、外筒、至少一块隔板和多条挂膜条;内筒处于外筒中，内筒与外筒之间形成夹层腔体;内筒与外筒通过隔板连接，隔板穿过内筒的内腔与夹层腔体，并且隔板与内筒的中心轴线相平行;多条挂膜条设置在外筒的外壁上。上述内筒、外筒、隔板、挂膜条均由亲水性材料制成。内筒的内腔与隔板构成第一层挂膜结构，夹层腔体与隔板构成第二层挂膜结构，外筒的外壁与各条挂膜条构成第三层挂膜结构，这种生物填料的比表面积较大并形成三层挂膜结构，特别是沿内筒、外筒长度方向的微生物挂膜量大幅度增加，从而在生物填料上的生物量大幅度增加(即是生物填料上的微生物链大幅度增加)，从而增加微生物菌群母液的培殖效率;另外，由内筒、外筒、隔板及挂膜条形成的三层挂膜结构，其结构更加简洁，挂膜和脱膜更加容易，更有利于微生物的生成及输出，提高了微生物菌群母液的培殖效率。
作为本发明更进一步的优选方案，所述隔板的数量为两块，所述内筒与外筒同轴设置，两块隔板呈十字形设置并且均通过内筒中心轴线。内筒与外筒同轴设置，结构更加科学合理，形成等宽度的夹层腔体，更有利于微生物在夹层腔体与隔板上挂膜;隔板通过内筒的中心轴线并呈十字形设置，进行对称分隔，微生物的挂膜、脱膜更加均匀;增加隔板的数量，可以增加微生物的挂膜量，但是隔板数量过多，导致生物填料的结构太过复杂，难以脱膜，因此，优选两块隔板，既提高微生物的挂膜量，又尽量使得脱膜更加容易。
在一种具体方案中，所述挂膜条为长条状挂膜条，各条长条状挂膜条沿外筒的周向设置在外筒的外壁上，并且长条状挂膜条与外筒的中心轴线相平行。长条状挂膜条沿外筒的周向设置并且与外筒的中心轴线相平行，整体挂膜沿外筒的长度方向，脱膜更加容易。进一步优选，所述长条状挂膜条等间距设置在外筒的周向上。长条状挂膜条等间距设置在外筒的周向上，微生物的挂膜、脱膜更加均匀。
在另一种具体方案中，所述挂膜条为环状挂膜条，各条环状挂膜条沿外筒的轴向设置在外筒的外壁上。挂膜条设置为环状挂膜条，并且沿外筒的轴向设置在外筒的外壁上，更有利于微生物的繁殖。
一种微生物污水处理方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的微生物菌群母液培殖发生器进行污水处理，具体污水处理方法如下：进水装置从污水水域中吸水，并与增氧装置产生的气体一起自上至下送入水气混合仓中，水和气体在水气混合仓中充分混合，并经水气切割盘的喷射口向上喷出，产生回旋水流，为处于上方的生物填料供水供气，通过水量和气量的控制，以及给水时间段、供氧时间段的调节，污水中的微生物经过生物填料的作用，选择性地进行催化或进一步激活，在生物填料上生长、繁殖形成生物膜，然后，产生优势微生物菌群母液，并顺着微生物发生箱内水流的方向输出到污水水域中，实现微生物的再繁殖和降解作用，对污水原位就地进行净化处理，对污水的悬浮物、有机物、氨氮、磷和有害物质进行硝化、反硝化反应和降解，使污水得到有效净化。
在一种具体方案中，通过编程实现自动控制装置对进水量、进气量、增氧时间段、抑养时间段、水流方向的控制，实现硝化、反硝化的控制。
作为本发明的优选方案，通过增设止回阀、内循环管和管道架，与排渣装置构成内循环系统，从沉渣收集仓中吸水，通过管道架喷出到生物填料仓中，形成第二回旋水流。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明突破传统污水净化的思维模式，人为创造一个集中培养最佳活力的绝对优势微生物菌群母液的载体，投入成本和运行成本都大幅度降低，治理效果明显突出，整机运行的稳定性较好、操作维护简单方便，在实践中深受当地政府和群众好评，尤其适用于生活污水为主或多种混合污染水体的治理;另外，本发明通过在微生物发生箱内腔的下部设置水气混合仓，在水气混合仓中设置布气盘管，并对配水箱、增氧装置、供水管、供气管的结构位置进行合理布局，将配水箱、增氧装置设置在微生物发生箱的上部，供水管、供气管均自上至下设置，其中供水管与水气混合仓相通连接，供气管与布气盘管相通连接，气体和水在水气混合仓中充分混合，水气混合更加均匀;而水气混合仓顶壁开设有多个喷射口而构成水气切割盘，对从水气混合仓喷出的水气混合物进行均匀切割，水气的均匀混合，而水气切割盘向上喷出的水气混合物形成回旋水流，大幅度提高了微生物活性，能够培殖出更强活力、生物量更多的微生物菌群;而自上至下向水气混合仓供水，增大了压力差，水进入水气混合仓后快速向四周分散，与气体充分混合，进一步确保水气的均匀混合，同时增大水气混合物从喷射口喷出的速度，自下向上为上方的生物填料供气供水，增加了水气混合物与生物填料动态接触效果，从而进一步提高了微生物活性，培殖出更强活力、生物量更多的微生物菌群，大幅度提高污水处理效果。