一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置及方法，装置包括载体片、盛装溶液的容器、蠕动泵、升降机构，载体片安装在支撑架上用于放置生物膜；容器和蠕动泵安装在升降机构上，其中容器位于载体片正下方；蠕动泵通过管道与容器连通以使容器内的液体产生流动，升降机构和蠕动泵接控制系统，通过控制系统控制升降机构和蠕动泵按模拟需要运行。本发明专利技术可以模拟不同的反应器转速、浸没率、主体溶液性质等，可同时模拟多组不同工况，具有较高的监测效率和装置利用率。本发明专利技术可以在生物膜固定不动的情况下，使其处于模拟的旋转式生物膜反应器内生物膜所处的交替变化的浸曝环境，从而获得准原位的生物膜状态。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置及方法
本专利技术涉及水力模拟，具体涉及一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置及方法，属于反应器水力模拟

技术介绍
生物膜法是与活性污泥法并存的两大常用的污水生物处理方法，具有抗冲击负荷能力强，占地面积少，生物量大，适宜世代周期长的微生物生长的特点，其在处理负荷波动大、高有机物、高氮磷等难处理废水时尤其具有优势。其中旋转式生物膜反应器是一种常用的生物膜工艺，此工艺可在旋转过程中实现充氧而无需额外的曝气装置，并通过旋转加强了污染物、生物膜和空气三者的混合，从而达到较好的处理效果。随着对生物膜机理的研究深入，需要采用相应的技术手段对生物膜进行原位监测，以得到更接近真实的监测结果。然而，对于旋转式生物膜反应器中生物膜的研究却面临难以进行原位监测问题。由于生物膜随着反应器的运行而一直处于旋转的运动状态，对其进行原位监测十分困难，尤其是采用一些精密仪器(如微电极)时，则更难以实现。已有的研究中，有学者将生物膜取出后置于空气或溶液中进行监测，但这种做法破坏了生物膜正常生长时所处的交替变化的浸曝环境，不能够真实地反映出生物膜在反应器内运行时的变化特性。也有学者采用向放置生物膜的容器中周期性注液和排液的方式为生物膜提供交替的浸曝环境，但是在每次测量时主体溶液静止，未能模拟出真实运行条件下生物膜与主体溶液的相对运动，所得研究结果与真实情况仍然有较大差异。诸多深入的研究都要求生物膜固定不动，同时又需要确保其特性与其在反应器内旋转运动时基本不变。因此，如何采用一定的方法，使旋转式生物膜反应器内生物膜取出并固定后，仍然可以处于与其在反应器内旋转运动时相似的环境，以便后续对其进行准原位的研究，是一个对于研究此类反应器内生物膜机理很有实际意义的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提供一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置及方法，本专利技术可以在生物膜固定不动的情况下，使其处于模拟的旋转式生物膜反应器内生物膜所处的交替变化的浸曝环境，从而获得准原位的生物膜状态。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置，包括载体片、盛装溶液的容器、蠕动泵、升降机构，其中载体片安装在支撑架上并悬空以用于放置待测生物膜；盛装溶液的容器和蠕动泵安装在升降机构上以在升降机构的控制下升降，其中盛装溶液的容器位于载体片正下方，且容器截面大于载体片截面，确保在升降过程中，载体片不会与容器壁接触；蠕动泵通过管道与容器连通以使容器内的液体产生流动以模拟生物膜在反应器内的旋转，升降机构和蠕动泵接控制系统，通过控制系统控制升降机构和蠕动泵按模拟需要运行。所述升降机构包括升降平台和位于升降平台下的固定平台，盛装溶液的容器和蠕动泵安装在升降平台上，固定平台通过支柱支撑使之悬空；在固定平台上设有升降动力，升降动力的输出端支撑在升降平台下表面中部位置；在升降平台四周设有升降导杆，升降导杆下端从固定平台上的导孔穿出。所述载体片和容器为一一对应的多组。所述支撑架包括两支撑竖杆、支撑横杆和固定杆，支撑横杆两端固定在两支撑竖杆上端，固定杆数量与载体片数量对应并分别竖直安装在支撑横杆上，所述载体片安装在对应的固定杆下端。所述固定杆为螺杆，在支撑横杆上设有竖向通孔，固定杆上端穿过通孔，在固定杆上位于支撑横杆上下面旋接有两螺母，两螺母将固定杆夹紧使固定杆和支撑横杆固定连接；在载体片上设有竖向通孔，固定杆下端穿过载体片的该通孔，在固定杆上位于载体片上下面旋接有两螺母，两螺母将载体片夹紧使固定杆和载体片固定连接。在固定平台上使升降导杆穿过的导孔内设有直线轴承，直线轴承通过固定螺丝安装在固定平台上。在载体片上开若干个小孔，以在载体片进出溶液时，使溶液可以从孔内穿过从而减小对载体片的阻力，同时可穿过扎带以固定挂膜的填料。本专利技术提供另一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置，包括载体片、盛装溶液的容器、磁力搅拌装置和升降机构，其中载体片安装在支撑架上并悬空以用于放置待测生物膜；盛装溶液的容器安装在升降机构上以在升降机构的控制下升降，其中盛装溶液的容器位于载体片正下方，且容器截面大于载体片截面，确保在升降过程中，载体片不会与容器壁接触；磁力搅拌装置设置在容器底部，用于使容器内溶液产生在俯视下呈正时针或者逆时针方向的旋转，由此模拟生物膜在反应器内的旋转；升降机构和磁力搅拌装置接控制系统，通过控制系统控制升降机构和磁力搅拌装置按模拟需要运行。可以看出，与第一种装置相比，区别在水力模拟方式不同，一个为蠕动泵，一个为磁力搅拌装置。一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的方法，本方法采用前述带蠕动泵的模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置进行模拟，模拟前，先在容器内加入需要量的主体溶液，在载体片上固定生物膜；然后根据需要选择如下某种或几种模拟过程进行生物膜在反应器内各种情形的模拟；1)通过升降机构使容器升降，从而使容器内的主体溶液升降，实现对载体片上生物膜的浸没与非浸没，从而模拟生物膜在旋转式生物膜反应器中交替处于浸没与暴露的状态；2)通过控制系统，对升降机构的运行方式进行控制，在不改变浸没与非浸没时间之和的情况下改变两者比例，从而模拟生物膜在旋转式生物膜反应器内浸没与暴露的时间比，即浸没率；3)通过控制系统，对升降机构的运行方式进行控制，在不改变浸没与非浸没时间比值的情况下改变两者总时间的长短，从而模拟生物膜在旋转式生物膜反应器内浸曝一次的快慢，即转速或周期；4)通过调节蠕动泵的流量，控制蠕动泵出水口的流速，实现在浸没段溶液与生物膜之间的相对运动，从而模拟生物膜在旋转式生物膜反应器内浸没段的水力状态；5)更换主体溶液及容器，以模拟生物膜所处的各种水质环境。模拟运行时，按如下方法进行参数计算和确认：①确定模拟转速与蠕动泵转速根据旋转式生物膜反应器的转速W(r/min)和所取生物膜距离反应器旋转中心轴的距离r(m)来确定模拟转速；计算生物膜在反应器中与溶液的相对速度，也就是线速度V；V＝2πr·W为模拟此相对运动，需要调节蠕动泵转子转动速度w，控制其流量Q，从而调整其出口处的线速度V’，使其等于V；假设蠕动泵输水管截面面积为A，根据蠕动泵流量特性可知Q＝f(w)，且Q与w为线性关系，通过实测转速与流量得到此函数关系；根据下式：得到蠕动泵转子转速与其输水管出口处速度的关系，从而确定模拟相对运动速度为V时需要调节的蠕动泵转速w；②计算生物膜浸曝时间根据旋转式生物膜反应器的转速W(r/min)和浸没率η，得到其周期为T＝1/Wmin；旋转式生物膜反应器截面半径为R(m)，转动中心轴距离液面的高度为H(m)，参见图4，则浸没率η的表示式为：根据式1求出H；实际需要模拟的生物膜未必在反应器边缘，假设所需模拟的生物膜距离反应器旋转中心轴的距离为r(m)，r≤R，对该处生物膜而言，其浸没角为2α，由几何关系可得：所以将式1求出的H带入式2，可以得到浸没角2α；由于所以，浸没时间为暴露时间为相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术将旋转式生物膜反应器内生物膜所处的状态拆分后，分别模拟，确保生物膜固定不动的情况下，通过升降和旋转主体溶液实现对生物膜浸没、暴露状态的模拟，以及对浸没段生物膜与主体溶液相对运动的模拟，提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置，其特征在于：包括载体片、盛装溶液的容器、蠕动泵、升降机构，其中载体片安装在支撑架上并悬空以用于放置待测生物膜；盛装溶液的容器和蠕动泵安装在升降机构上以在升降机构的控制下升降，其中盛装溶液的容器位于载体片正下方，且容器截面大于载体片截面，确保在升降过程中，载体片不会与容器壁接触；蠕动泵通过管道与容器连通以使容器内的液体产生流动以模拟生物膜在反应器内的旋转，升降机构和蠕动泵接控制系统，通过控制系统控制升降机构和蠕动泵按模拟需要运行。

【技术特征摘要】
1.一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置，其特征在于：包括载体片、盛装溶液的容器、蠕动泵、升降机构，其中载体片安装在支撑架上并悬空以用于放置待测生物膜；盛装溶液的容器和蠕动泵安装在升降机构上以在升降机构的控制下升降，其中盛装溶液的容器位于载体片正下方，且容器截面大于载体片截面，确保在升降过程中，载体片不会与容器壁接触；蠕动泵通过管道与容器连通以使容器内的液体产生流动以模拟生物膜在反应器内的旋转，升降机构和蠕动泵接控制系统，通过控制系统控制升降机构和蠕动泵按模拟需要运行；所述升降机构包括升降平台和位于升降平台下的固定平台，盛装溶液的容器和蠕动泵安装在升降平台上，固定平台通过支柱支撑使之悬空；在固定平台上设有升降动力，升降动力的输出端支撑在升降平台下表面中部位置；在升降平台四周设有升降导杆，升降导杆下端从固定平台上的导孔穿出。2.根据权利要求1所述的模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置，其特征在于：所述载体片和容器为一一对应的多组。3.根据权利要求2所述的模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置，其特征在于：所述支撑架包括两支撑竖杆、支撑横杆和固定杆，支撑横杆两端固定在两支撑竖杆上端，固定杆数量与载体片数量对应并分别竖直安装在支撑横杆上，所述载体片安装在对应的固定杆下端。4.根据权利要求3所述的模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置，其特征在于：所述固定杆为螺杆，在支撑横杆上设有竖向通孔，固定杆上端穿过通孔，在固定杆上位于支撑横杆上下面旋接有两螺母，两螺母将固定杆夹紧使固定杆和支撑横杆固定连接；在载体片上设有竖向通孔，固定杆下端穿过载体片的该通孔，在固定杆上位于载体片上下面旋接有两螺母，两螺母将载体片夹紧使固定杆和载体片固定连接。5.根据权利要求4所述的模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置，其特征在于：在固定平台上使升降导杆穿过的导孔内设有直线轴承，直线轴承通过固定螺丝安装在固定平台上。6.根据权利要求1所述的模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置，其特征在于：在载体片上开若干个小孔，以在载体片进出溶液时，使溶液可以从孔内穿过从而减小对载体片的阻力，同时可穿过扎带以固定挂膜的填料。7.一种模拟旋转式生物膜反应器运行状态的方法，其特征在于：本方法采用权利要求1-6任一所述的模拟旋转式生物膜反应器运行状态的装置进行模拟，模拟前，先在容器内加入需要量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈猷鹏，王建辉，晏鹏，申渝，郭劲松，杨吉祥，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;85