补能式菌藻反应器及其操作方法与流程

本发明涉及菌藻反应器领域，尤其涉及一种补能式菌藻反应器及其操作方法。

背景技术：

目前，随着城市规模的不断扩大和人口的增加，水环境污染成了一大难题。城市污水是目前江河湖泊水域污染的重要原因，是制约许多城市可持续发展的主要原因之一，从而，城市污水处理率已成为一个地区文明与否的一个重要标志。目前，针对污水的处理主要是针对水体环境的富营养化的处理，尤其是污水的脱氮除磷已经成为一个迫切的问题。

当前针对污水处理多采用菌藻处理污水，其中菌类以异养微生物为主，藻类为光能自养微生物为主。两者结合可以去除水中的有机物及氮、磷等营养元素。因此，为了实现菌藻共生的环境，满足藻类获取所需的光能将成为污水处理的关键。现有技术cn207159052u通过将上导流板与下导流板之间横向设有滤网，并在所述微藻反应仓位于滤网的上方设有led灯，将光源设置在反应器液面以上；以及现有技术cn211664792u通过将好氧-微藻混合池14的池体材料优选为透明材料，具体地为普通玻璃、钢化玻璃、有机玻璃或透明塑料，以便光源16透过透明材料为微藻生长提供阳光，将光源设置在反应器的外部；以及现有技术cn109133540a将光源设置在反应器的内部；上述例举的现有技术在污水处理水量较大时，光源处于反应器液面上方及透明反应器外部时是无法有效的保障光和微生物接触的均匀性，并且光源设置在反应器外部使得反应器的保温问题难于解决，同时，光源布置在反应器内部时，因为微生物的生长附着会影响光的利用效率，维护和检修非常不方便。因此，亟需一种新的菌藻反应器用于解决上述存在的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种补能式菌藻反应器及其操作方法，旨在解决现有菌藻反应器无法有效的保障光和菌藻类均匀性接触的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种补能式菌藻反应器，包括生物反应机构和至少一个光能补能机构，所述生物反应机构与所述光能补能机构通过至少两根连接管道连接管道或至少一条连接渠道连接；

所述生物反应机构包括用于放置添加有预设浓度的光能储能介质的污水混合液的反应槽，所述反应槽侧面开设有具有一定间距的至少两个通孔；

所述光能补能机构中设置有发光结构，所述发光结构用于为污水混合液提供光能；

当所述生物反应机构与所述光能补能机构通过至少两根连接管道连接时，所述连接管道贯通所述具有一定间距的至少两个通孔且所述连接管道连接有第一动力结构，所述第一动力结构用于为所述生物反应机构与所述光能补能机构之间的污水混合液循环提供动力；

当所述生物反应机构与所述光能补能机构通过至少一条连接渠道连接时，所述连接渠道与具有一定间距的至少两个通孔连接且对应的连接渠道内部或所述生物反应机构内部设有第二动力结构，所述第二动力结构用于为所述生物反应机构与所述光能补能机构之间的污水混合液循环提供动力。

可选地，所述连接管道的管道进水口或管道出水口伸入到所述反应槽内且位于不同水平高度。

可选地，所述光能补能机构中设置有流体通道，所述发光结构设置在光能补能机构的流体通道通道内或外部。

可选地，各光能补能机构之间通过连接管道串联、并联或混联连接；

各光能补能机构的两端均设置有开关阀门；

各光能补能机构的连接管道的进水端或出水端连接有第一动力结构，所述第一动力结构为泵。

可选地，各光能补能机构的水平高度低于或等于所述生物反应机构放置污水混合液后的污水液面高度；

所述生物反应机构的反应槽底部含有剖面呈上大下小的斗式结构，用于浓缩进入光能补能机构的污水混合液。

可选地，各连接渠道与对应连接的各通孔的连接位置设置有闸门，所述光能补能机构位于对应的连接渠道内部。

可选地，当连接渠道内部设有所述第二动力结构时，所述第二动力结构为第一曝气装置或第一推流器，所述第一曝气装置设置在所述连接渠道的中部或下部，所述第一推流器与靠近生物反应机构的通孔贯通连接；

当所述生物反应机构内部设有所述第二动力结构时，所述第二动力结构为第二推流器，所述第二推流器与靠近连接渠道的通孔贯通连接。

可选地，所述生物反应机构底部设置有第二曝气装置和/或搅拌机，生物反应机构外部设置保温层。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种补能式菌藻反应器的操作方法，所述操作方法包括以下步骤：

在生物反应机构其中注入污水混合液，并在所述污水混合液中加入预设浓度的光能补能介质；

启动所述生物反应机构中的第二曝气装置和/或搅拌机；

打开与所述生物反应机构通过连接管道或渠道连接的光能光能补能机构的开关阀门或者闸门；

启动所述光能补能机构中的发光结构和动力结构，以实现为污水混合液中的光能补能介质提供光能。

可选地，所述光能补能介质采用绿藻、蓝藻、硅藻以及用于储能的荧光材料中的一种或多种，所述光能补能介质浓度大于等于0.1g/l。

本发明提供一种补能式菌藻反应器，包括生物反应机构和至少一个光能补能机构，生物反应机构与光能补能机构通过至少两根连接管道连接管道或至少一条连接渠道连接；生物反应机构包括用于放置添加有预设浓度的光能储能介质的污水混合液的反应槽，反应槽侧面开设有具有一定间距的至少两个通孔；光能补能机构中设置有发光结构，发光结构用于为污水混合液提供光能；在生物反应机构内部、连接渠道内部或连接管道内设有动力结构，且动力结构用于为生物反应机构与光能补能机构之间的污水混合液循环提供动力，在生物反应器中的反应槽中注入污水混合液后，基于动力结构提供所述生物反应机构与光能补能机构之间的污水混合液的循环流动的动力，以及光能补能机构中的发光结构提供光能并将接收的光能通过光能补能介质进行储存或释放，提高污水混合液的循环效率，进而使得污水混合液中的微生物与污染物均匀接触，促进菌藻活动,以加速水中有机物的分解，使污水净化，提高了补能式菌藻反应器处理污水混合液的处理效率。

附图说明

图1是本发明补能式菌藻反应器的所述光能补能结构210设置在流体通道220内部实施例的结构示意图；

图2是本发明补能式菌藻反应器的两根连接管道300分别伸入到反应槽110内部实施例的结构示意图；

图3是本发明补能式菌藻反应器的一根连接管道300分别伸入到反应槽110内部实施例的结构示意图；

图4为本发明补能式菌藻反应器的反应槽的两侧开设通孔120实施例的结构示意图；

图5为本发明补能式菌藻反应器的所述光能补能结构210设置在流体通道220外部实施例的结构示意图；

图6为本发明补能式菌藻反应器的各光能补能机构200之间通过连接管道300并联连接实施例的结构示意图；

图7为本发明补能式菌藻反应器的各光能补能机构200之间通过连接管道300串联连接实施例的结构示意图；

图8为本发明补能式菌藻反应器底部含有的斗式结构反应槽第一实施例的结构示意图；

图9为本发明补能式菌藻反应器底部含有的斗式结构反应槽第二实施例的结构示意图；

图10为本发明补能式菌藻反应器的各光能补能机构200之间通过连接渠道400连接的第一实施例的结构示意图；

图11为本发明补能式菌藻反应器的各光能补能机构200之间通过连接渠道400连接的第二实施例的结构示意图；

图12为本发明补能式菌藻反应器的各光能补能机构200之间通过连接渠道400连接的第三实施例的结构示意图；

图13为本发明补能式菌藻反应器的各光能补能机构200之间通过连接渠道400连接的第四实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1至图13，本发明提供一种补能式菌藻反应器，包括生物反应机构100和至少一个光能补能机构200；

所述生物反应机构100包括用于放置添加有预设浓度的光能补能介质的污水混合液的反应槽110，所述反应槽110的侧面开设有具有一定间距的至少两个通孔120；

所述光能补能机构200中设置有发光结构210，所述发光结构210用于为污水混合液中提供光能；

当所述生物反应机构100与所述光能补能机构200通过至少两根连接管道300连接时，所述连接管道300贯通所述具有一定间距的至少两个通孔120且所述连接管道300连接有第一动力结构，所述第一动力结构用于为所述生物反应机构100与所述光能补能机构200之间的污水混合液循环提供动力；

当所述生物反应机构100与所述光能补能机构200通过至少一条连接渠道400连接时，所述连接渠道400与具有一定间距的至少两个通孔120连接且对应的连接渠道400内部或所述生物反应机构100内部设有第二动力结构，所述第二动力结构用于为所述生物反应机构100与所述光能补能机构200之间的污水混合液循环提供动力。

具体地，光能补能机构200的容积宜小于生物反应机构100容积的50％，且大于生物反应机构100容积的1‰；当所述菌藻反应器处于寒冷地区时，还需在生物反应机构100的外部结构设置有保温层，例如岩棉、橡塑板等，所述保温层的设置用于保障生物反应机构100中的反应温度在预设的环境温度范围，并且所述生物反应机构100的材质均采用传统的钢砼结构或钢结构，进而可以不用将生物反应机构100设置于室内。

本发明的补能式菌藻反应器采用独立的生物反应机构100与光能补能机构200，在生物反应器中的反应槽110中注入污水混合液后，通过在污水混合液中加入预设浓度的光能补能介质，所述光能补能介质的加入用于提升污水混合液中菌类处理有机物的处理效率，且所述光能补能介质采用绿藻、蓝藻、硅藻以及用于储能的荧光材料中的一种或多种，所述光能补能介质浓度大于等于0.1g/l；其中光能补能介质中的藻类通过吸收光能并转化出氧气，进而为污水混合液中的好氧菌提供氧气供应，进而提高氧气在污水混合液中的浓度，以实现提高处理污水的效率；同时，光能补能介质中的荧光材料用于接收光能并将光能储存，且荧光材料在生物反应机构100与光能补能机构200循环流动的过程中释放储存的光能，进而为污水混合液中的藻类物质提供光能的补给；因此，基于动力结构提供所述生物反应机构100与光能补能机构200之间的污水混合液的循环流动的动力，以及光能补能机构200中的发光结构210提供光能并将接收的光能通过光能补能介质进行储存或释放，提高污水混合液的循环效率，进而使得污水混合液中的微生物与污染物均匀接触，促进菌藻活动,以加速水中有机物的分解，使污水净化，提高了补能式菌藻反应器处理污水混合液的处理效率。

进一步地，所述连接管道300的管道进水口和/或管道出水口伸入到所述反应槽内且位于不同水平高度。具体地，如图1至图3所示的实施例，在所述生物反应机构100侧面的通孔120为两个时，图1中将连接管道300的管道进水口和管道出水口设置在反应槽110内部的混合液的不同深度，图2中将连接管道300的管道进水口和管道出水口均延伸到反应槽110内部的混合液的不同深度，图3中将连接管道300的连接管道300进水口或管道出水口中其中一根延伸到反应槽的混合液的不同深度；此外，还可以将所述通孔120的开设位置设于反应槽110的不同侧面，图4中将所述反应槽110的通孔120设置在不同的反应槽110侧面，图1至图3中将所述反应槽110的通孔120设置在反应槽110的同一侧面，上述实施例中连接管道300的结构设置是为了使得循环液的进口与出口位置应保持较远的间距，进而可以避免流体在反应器内出现短流，进而保证反应槽110内所有液体的循环效果；优选地，将所述连接管道的进水口或出水口的设置在反应槽110的内的两个对角，从而使得循环液的进口与出口位置应保持最远的间距，进而保证反应槽110内所有液体的循环效果最佳。

进一步地，所述光能补能机构200中设置有流体通道220，在流体通道220内部放置有发光结构210，进而所述发光结构210通过人造光源为污水混合液提供光能，该发光结构210的设置使得所述光能补能机构200的材质将不作限制，既可采用透明材质制备，也可以采用非透明材质进行制备，同时生物反应机构100不需要采用有机玻璃、塑料等透明材质。本实施例基于光能补能机构200内的污水混合液与生物反应机构100中的污水混合液的循环流动，借助于人造光源进而实现实时地对污水混合液中的氧气含量进行调控，提高了调控菌藻活动并控制污水净化的效率。

进一步地，在图1所示实施例的基础上，如图5所示实施例，在流体通道220外部放置有发光结构210，进而发光结构210可以采用人造光源与日光源中的一种或两种，所述流体通道220接收人造光源和/或日光源的光源并传输至通道内的污水混合液中，因此需要将所述光能补能机构200设置为透明结构，即光能补能机构200将采用有机玻璃、塑料等透明材质进行制备，同时，生物反应机构100不需要采用有机玻璃、塑料等透明材质。本实施例中基于光能补能机构200内的污水混合液与生物反应机构100中的污水混合液的循环流动，借助于日光源和/或人造光源实现实时地对污水混合液中的氧气含量进行调控，提高了调控菌藻活动并控制污水净化的效率。

进一步地，在图1至图4所示实施例的基础上，各光能补能机构200之间通过连接管道300并联连接；如图6所示实施例，两个光能补能机构200通过连接管道300并联连接。

进一步地，在图1至图4所示实施例的基础上各光能补能机构200之间通过连接管道300串联连接；如图7所示实施例，两个光能补能机构200通过连接管道300串联连接。

此外，在光能补能机构200的数量为两个以上时，各光能补能机构200之间可以是串联、并联或混联模式连接。

进一步地，如图8所示实施例，提供一种补能式菌藻反应器的斗式结构反应槽第一实施例的结构示意图，在图1所示实施例的基础上，所述生物反应机构100的反应槽底部150含有剖面呈上大下小的斗式结构，例如倒梯形、台体或锥斗结构等，该结构设置可以浓缩进入光能补能机构200的污水混合液，使得经浓缩后的藻、水混合液循环通过光能补能机构200，这样更节约循环动力消耗，同时可降低光能补能器的容积。

进一步地，如图9所示实施例，提供一种补能式菌藻反应器的斗式结构反应槽第二实施例的结构示意图，在图1所示实施例的基础上，将所述光能补能机构200还可以设置在连接通道300水平高度较低的一端。图8与图9中所示实施例中的光能补能机构200的数量为1，在实际应用中，光能补能机构200的数量大于1的情况下，还是可以实现的。

此外，上述图1至图9所示的实施例仅例举出所述连接管道300贯通所述两个通孔120，并且随着所述光能补能机构200数量的增多，可以在上述附图实施例的基础上设置成多组的串联、并联或混联连接模式，多组连接的设置可备后续光能补能机构200的切换和维护；而针对所述连接管道300贯通两个以上的通孔120，其中任意两个通孔120将所述生物反应机构100与所述光能补能机构200组成一个菌藻反应循环回路，多个循环回路的设置也可以根据实现需要进行相应的筛选，进而实现各光能补能机构200的切换和维护，且在各反应回路中可以同时存有单个发光结构210设置在光能补能机构200的流体通道220内部与单个发光结构210设置在光能补能机构200的流体通道220外部的情况，具体的可以根据实际的需求进行相应的调整。

此外，通过在所述生物反应机构100的部分区域设置储能物质的浓缩结构，譬如沉淀分离结构、过滤分离结构或离心分离结构等，同样也可以实现进入光能补能机构200中的污水混合液的藻类浓度大于生物反应机构100中藻类平均浓度，实现浓缩后的藻、水混合液循环通过光能补能机构200，同样也可以实现上述图8或图9所示实施例的效果。

进一步地，各光能补能机构200的两端均设置有开关阀门310。具体地，所述开关阀门310的设置，可以实现更好的调控光能补能机构200的启动与否，方便对应的光能补能机构200的切换与维护。

进一步地，各光能补能机构200的水平高度低于或等于所述生物反应机构100放置污水混合液后的污水液面高度。具体地，在光能补能机构200的高度位置和生物反应机构100液位相近时，按照连通器原理，补能器外壳所受水压力较小，壁厚更薄，可以节约设备制造成本。

进一步地，各光能补能机构200的连接管道300的进水端或出水端连接有第一动力结构，其中，所述第一动力结构设置在所述生物反应机构的外部，例如，所述第一动力结构为泵320，泵320的设置用于为所述生物反应机构100与光能补能机构200之间的污水混合液循环提供动力，此外，其他实现与泵320相同效果的结构也可以进行替换。

进一步地，如图10所示实施例，提供一种补能式菌藻反应器的各光能补能机构200之间通过连接渠道400连接的第一实施例的结构示意图，与图1所示的实施例不同之处在于所述生物反应机构100与光能补能机构200通过至少一条连接渠道400连接，各连接渠道400与对应连接的各通孔120的连接位置设置有闸门，所述光能补能机构200位于对应的连接渠道400内部，并且，当第二动力结构设置在连接通道400内，其中具备所述第二动力结构提供循环动力的结构可以是曝气装置或推流器，当通过第一曝气装置410提供循环动力时，所述第一曝气装置410设置在所述连接渠道400的中部或下部，所述第一曝气装置410使得连接渠道400内部的氧气气体浓度增大，在一定程度上增强了连接渠道400内部的污水混合液的流动速率，并使得所述光能补能机构200的液面高度高于所述生物反应机构100中液面高度。

进一步地，在图10所示实施例的基础上，图11提供一种补能式菌藻反应器的各光能补能机构200之间通过连接渠道400连接的第二实施例的结构示意图，如图11所示，通过第一推流器420提供循环动力，所述第一推流器420与靠近生物反应机构100的通孔120贯通连接，其中推流器420的作用在于让流体定向进入循环管渠，所述推流器420内部设置有对应的电机加叶轮，本实施例中将第一推流器420设置在靠近连接渠道400的进水端位置。此外，将第一推流器420还可以设置在靠近连接渠道400的出水端位置。

进一步地，在图10所示实施例的基础上，图12提供一种补能式菌藻反应器的各光能补能机构200之间通过连接渠道400连接的第三实施例的结构示意图，如图12所示，所述第二动力结构设置在生物反应结构100内，所述第二动力结构为第二推流器160，其中所述第二推流器160与靠近连接渠道400的通孔120贯通连接，且第二推流器160与第一推流器420的结构基本相同，仅针对不同循环水流方向时内部叶轮的旋转方向不同。

此外，还可以同时将推流器和曝气装置一起配合使用，如图13所示，图13提供一种补能式菌藻反应器的各光能补能机构200之间通过连接渠道400连接的第四实施例的结构示意图，在图12所示实施例的基础上，在光能补能机构200中增加第一曝气装置410，从而在第二推流器160和第一曝气装置420的双重循环动力作用下，使得生物反应机构100与光能补能机构200的循环流动，进而促进菌藻类活动,以加速水中有机物的分解,提高污水净化效率，并且第一曝气装置410对于光能补能机构200还有表面清洗的功能，减少菌藻的附着，保证透光效果。

进一步地，如图10至图13所示任一实施例中，各连接渠道400与对应通孔120连接的位置设置有闸门，所述闸门用于控制生物反应机构100与光能补能机构200之间连接的开启与关闭，一般地，各连接渠道400设置有两个闸门，包括一个进水闸门和一个出水闸门，闸门的开启实现生物反应机构100与光能补能机构200的循环的启动。

此外，在实际过程中，是可以设置两个以上具有一定间距的任意两个通孔通过对应的连接渠道400形成各菌藻反应循环回路，多个菌藻反应循环回路的设置也可以根据实现需要进行相应的筛选，进而实现各光能补能机构200的切换和维护，其中的连接渠道400的材质设置可以是与生物反应机构100材料相同的材质，也可以选择其他透明材质制成。

进一步地，为了提高污水混合液的流动速率，在上述各实施例中的所述生物反应机构100底部设置有第二曝气装置140和/或搅拌机130。具体地，基于厌氧菌需要搅拌，好氧菌的需要曝气充氧或充氧加搅拌，进而在生物反应机构100内设置搅拌机130和/或充氧第二曝气装置140，提高了生物反应机构中污水混合液的流动速率，提高好氧与厌氧菌对污水净化的效率。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种补能式菌藻反应器的操作方法，所述操作方法包括以下步骤：

步骤1，在生物反应机构100其中注入污水混合液，并在所述污水混合液中加入预设浓度的光能补能介质，所述光能补能介质采用绿藻、蓝藻、硅藻或用于储能的荧光材料，所述介质浓度大于等于0.1g/l；并且根据实际需要在生物反应机构中设置第二曝气装置140和/或搅拌机130；

步骤2，打开与所述生物反应机构100通过连接管道300或渠道连接400连接光能补能机构200的开关阀门310或者闸门；在打开开关阀门310或者闸门之前，还可以根据实际需要启动所述生物反应机构100中第二曝气装置140和/或搅拌机130；

步骤3，启动所述光能补能机构200中的发光结构210和动力结构，以实现为污水混合液中的光能补能介质提供光能。

本发明的设计原理在于，通过设置相互独立的生物反应机构100和光能补能机构200，通过光能补能机构200提高污水混合液中藻类生成氧气的浓度，随着氧气浓度的提升，提升好氧菌类的活性，以加速水中有机物的分解，提高好氧菌净化污水的效率，并通过对污水混合液内部搅拌或曝气加强污水混合液的循环流动，在提高厌氧净化污水的效率的同时实现对污水混合液中藻类所需光能的交替补充，提升混合液内部的光与藻类的均匀性，以实现菌藻共同处理污水混合液达到污水净化的目的。

以上实施例中，本领域技术人员对于软件控制可以采用现有技术，本发明仅保护补能式菌藻反应器的结构、相互的连接关系以及及其操作方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。