[发明专利]用于水体修复的太阳能动力膜曝气生物膜反应器及方法

权利要求书

1.一种用于水体修复的太阳能动力膜曝气生物膜反应器，其特征在于，包括漂浮装置(5)、太阳能曝气系统和膜曝气生物膜反应器系统；

所述太阳能曝气系统固定于漂浮装置(5)上部并位于水面上方，包括太阳能板(1)、储电装置(2)和空气泵(4)；所述太阳能板(1)通过储电装置(2)与空气泵(4)连接，太阳能板(1)产生的电能由储电装置(2)储存并为空气泵(4)提供动力；

所述膜曝气生物膜反应器系统固定于漂浮装置(5)下部并位于水面下方，包括上气体分配室(131)、下气体分配室(132)和若干膜组件(11)；上气体分配室(131)和下气体分配室(132)均为内部中空的密封结构，两者之间的距离可调节；膜组件(11)的两端分别与上气体分配室(131)和下气体分配室(132)连通且连接处密封；所述空气泵(4)通过设有气体流量计(3)的供气软管(8)与下气体分配室(132)连通，用于向下气体分配室(132)中提供氧气；所述上气体分配室(131)设有能定期开启排除废气的排气口(9)；在所有膜组件(11)的外周设有保护网(12)，用于保护膜组件(11)免受水中生物或杂质破坏；膜曝气生物膜反应器系统的底部设有用于固定在水中随处位置的抛锚系统。

2.根据权利要求1所述的太阳能动力膜曝气生物膜反应器，其特征在于，所述漂浮装置(5)为浮板，储电装置(2)为蓄电池，保护网(12)为金属网或尼龙编织网。

3.根据权利要求1所述的太阳能动力膜曝气生物膜反应器，其特征在于，所述上气体分配室(131)和下气体分配室(132)均为圆柱形结构，材质为UPVC、ABS或PMMA；在上气体分配室(131)和下气体分配室(132)的外周均设有用于固定保护网(12)的固定装置。

4.根据权利要求1所述的太阳能动力膜曝气生物膜反应器，其特征在于，每个所述膜组件(11)均为由400～500根中空纤维膜丝组成的膜束。

5.根据权利要求1所述的太阳能动力膜曝气生物膜反应器，其特征在于，所述排气口(9)外接设有时间继电器(7)的电磁阀(6)，通过时间继电器(7)控制电磁阀(6)定期开闭，以定期开启排气口(9)排除废气。

6.根据权利要求1所述的太阳能动力膜曝气生物膜反应器，其特征在于，所述上气体分配室(131)设有压力监测口(19)，压力监测口(19)与在线压力监测系统(22)连接的气体压力传感器(21)，用于实时监测上气体分配室(131)中的压力情况。

7.根据权利要求1所述的太阳能动力膜曝气生物膜反应器，其特征在于，所述抛锚系统包括可调节绳索(14)和锚体(15)；在下气体分配室(132)的中心开设有竖向贯通但不影响气密性的中心孔道(10)；可调节绳索(14)的一端固定于上气体分配室(131)底部，另一端穿过中心孔道(10)并在端部连接有锚体(15)；位于下气体分配室(132)底部的可调节绳索(14)上设有固定件，通过固定件能改变可调节绳索(14)位于上气体分配室(131)和下气体分配室(132)之间的长度，进而改变上气体分配室(131)和下气体分配室(132)之间的距离。

8.根据权利要求1所述的太阳能动力膜曝气生物膜反应器，其特征在于，所述上气体分配室(131)的底部和下气体分配室(132)的顶部均开设有若干带内螺纹的膜组件连接孔(18)，膜组件(11)的两端通过灌封胶(25)和塑钢土(24)密封固定于带有外螺纹的宝塔头(17)中，通过宝塔头(17)与膜组件连接孔(18)之间的螺纹连接使膜组件(11)固定于上气体分配室(131)和下气体分配室(132)之间。

9.根据权利要求8所述的太阳能动力膜曝气生物膜反应器，其特征在于，所述宝塔头(17)的材质为PTFE、ABS或UPVC，宝塔头(17)与膜组件连接孔(18)之间通过填充生料带以确保气密性。

10.一种利用权利要求1～9任一所述太阳能动力膜曝气生物膜反应器的自然水体修复方法，其特征在于，具体如下：

根据待修复自然水体的特征，将若干太阳能动力膜曝气生物膜反应器分布置于自然水体中，调整上气体分配室(131)和下气体分配室(132)所处深度；通过抛锚系统将反应器整体固定，使其在水面摆动的幅度不超过15°；开启空气泵(4)，使曝气压力小于膜组件(11)的泡点压力；利用自然水体的原有微生物对膜组件(11)的表面进行挂膜；待挂膜完成后，由于空气泵(4)提供的氧气由膜组件(11)内部向膜表面生物膜扩散，污染物由水体向膜组件(11)表面生物膜内部扩散，氧气和污染物逆向扩散，使膜组件(11)上形成了独特的生物膜分层结构；靠近膜组件(11)的氧气浓度高，形成好氧区，利于硝化菌的生长；而随着远离膜组件(11)，溶解氧浓度降低，形成缺氧乃至厌氧区，有助于反硝化菌的生长；在氧气从膜组件(11)内侧向外逐步扩散的过程中，水体中的氨氮、COD、硝态氮和亚硝态氮被同步脱除，水体得到净化；

在运行过程中，通过定期开启上气体分配室(131)的排气口(9)，将膜曝气生物膜反应器系统内部的废气排出，以保证氧气的浓度，提高氧气传质效率；

通过上气体分配室(131)设置的在线压力监测系统(22)实时监测膜曝气生物膜反应器系统的压力变化；若压力低于预设值，则需要对反应器进行检修；若压力超过预设值，则需要对膜组件(11)进行清洗更换，以去除过厚的生物膜，确保反应器的工作效能。