微藻流化床反应处理污水装置与方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体地涉及一种微藻流化床反应处理污水装置与方法。

背景技术

微藻是地球上最低等的自养植物。光合效率高、生长迅速，细胞结构一般为单个细胞，以二分裂方式繁殖，所以细胞周期较短，它能利用简单的元素合成多种具有独特结构和生理功能的生物活性物质。微藻能利用海水、咸水甚至污水培养的特性，解决了淡水短缺、土地贫脊地区获取生物资源的难题。微藻对水体具有净化作用，在污水处理等保护环境方面起到积极的改善作用。藻类生物量可应用于多种重要的工业副产品和高价值附加值产品，如色素、畜禽饲料、有机肥料、化妆品、化工产品、食物、保健营养品等产品，甚至还可运用于燃料发电。微藻可与污水和工业废气的处理相结合，在处理污水和工业废气的同时合成高附值物质。

目前国内污水处理技术存在投资成本高，技术复杂，管理难度较大等问题。在处理污水时设备的内壁容易堆积泥垢和废弃微藻，不及时清理会影响污水处理效果，并且后期清理时费时费力。

发明内容

本发明的目的是提供一种微藻流化床反应处理污水装置与方法，以解决现有技术中存在的在处理污水时设备的内壁容易堆积泥垢和废弃微藻，不及时清理会影响污水处理效果，并且后期清理时费时费力的问题。

为了实现上述目的，所述微藻流化床反应处理污水装置包括壳体、导向结构、清理结构、转轴、阻挡结构、排气结构以及控制器；

所述壳体为中空结构，其底部设有进水口和进气口，其顶部设有出水口和出气口；

所述导向结构设置在所述壳体内，且与所述壳体同轴设置；

所述清洁结构内设有一侧具有开口的腔体，所述清洁结构的一侧通过所述转轴与所述导向结构转动连接，另一侧与所述壳体的内壁抵接；所述清洁结构能够根据所述腔体内气体的体积变化，沿着所述导向结构在所述壳体的液体内进行上浮或下沉；

所述阻挡结构设置在所述壳体内，其能够与上浮或下沉过程中的所述清洁结构抵接，使所述清洁结构发生转动；

所述排气结构包括排气管道和阀门，所述阀门用于打开或关闭所述排气管道；所述排气管道用于将废气排入壳体内，所述排气管道能够通过所述开口伸入所述清洁结构的腔体内；

所述控制器与所述阀门电连接；

所述清洁结构在上浮过程中能够通过所述阻挡结构改变角度，使壳体内的液体通过所述开口涌入所述腔体内，使所述清洁结构沿着所述导向结构在所述壳体内下沉；所述叶片在下沉过程中能够通过所述阻挡结构改变角度，使所述开口朝向所述壳体的底部，所述排气管道伸入所述开口对所述腔体进行充气使其上浮。

本发明通过改变清洁结构的腔体内气体体积大小，以改变其在所述壳体内部受到液体的浮力大小，使其通过导向结构在所述壳体内进行升降，对所述壳体的内壁进行清理工作，以节能环保的方式对设备内壁进行清理。与此同时，还能对污水进行搅拌，使微藻与污水的接触更加充分，提高设备处理污水的效率。

进一步地，所述导向结构包括导向柱和导向环，所述导向柱与所述壳体同轴设置，所述导向柱的侧壁上具有沿其长度方向设置的旋转槽；所述导向环套设在所述导向柱上，且所述导向环的内壁上设有与所述旋转槽相适配的滚珠，所述导向环通过所述滚珠和旋转槽与所述导向柱转动连接。

进一步地，所述清理结构包括叶片和清洁刷，所述叶片内具有腔体且底部设有开口，所述叶片通过所述转轴与所述导向环转动连接，所述导向环的外壁上设有通孔，所述转轴的一端穿设于所述通孔内与所述导向环转动连接，另一端与所述叶片固定连接；所述清洁刷设置在所述叶片上，且与所述壳体的内壁抵接。

进一步地，所述阻挡结构包括上阻挡部和下阻挡部，所述上阻挡部设置在所述壳体的内壁的顶部，所述上阻挡部的侧壁上设有第一弧面，所述叶片与所述第一弧面抵接时能使所述叶片转动；所述下阻挡部设置在所述壳体的底部内壁上，所述下阻挡部的顶部设有第二弧面，所述叶片与所述第二弧面抵接时能使所述叶片转动。

进一步地，所述开口处具有弧度，所述开口的横截面积大于所述排气管道的横截面积。

进一步地，所述排气管道的顶部设有磁铁，所述开口的内壁上设有铁磁性金属。

进一步地，所述叶片上设有LED灯。

进一步地，所述叶片上设有加热板。

一种微藻流化床反应处理污水方法，包括所述的微藻流化床反应处理污水装置；

所述微藻流化床反应处理污水方法包括：

在叶片处于壳体底部时，向所述叶片内注入空气，使得叶片产生的浮力能够带动所述叶片沿着所述导向柱向上做旋转运动，对壳体的内壁进行清理；所述叶片的受力情况由式(1)表示：

F

其中，F

在叶片处于壳体顶部时，翻转所述叶片，使得壳体内的水能够进入所述叶片内，增加叶片的重量，以带动所述叶片沿着所述导向柱向下做旋转运动，对壳体的内壁进行清理；所述叶片受到的受力情况由式(2)表示：

mg>F

其中，F

进一步地，当所述叶片处于所述壳体的底部时，基于所述下阻挡部的弧形结构和/或磁力的作用，将所述排气管道对准并插入所述开口中，向所述叶片内注入气体；

当所述叶片处于所述壳体的顶部时，所述叶片沿着所述上阻挡部的轨迹翻转，使得所述叶片内的气体与所述开口连通，使得所述壳体内的水沿着所述开口注入所述叶片内。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式结构的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为本发明的一种实施方式的内部结构示意图；

图4为本发明中叶片位于壳体底部的状态示意图；

图5为本发明中叶片位于壳体顶部的状态示意图。

附图标记说明

1壳体 21导向柱

22导向环 31叶片

32清洁刷 33LED灯

34加热板 4转轴

51上阻挡部 52下阻挡部

6排气管道

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。

为了实现上述目的，本发明提供一种微藻流化床反应处理污水装置，如图1-图3所示，所述微藻流化床反应处理污水装置包括壳体1、导向结构、清理结构、转轴4、阻挡结构、排气结构以及控制器。所述壳体1为中空结构，其底部设有进水口和进气口，其顶部设有出水口和出气口。所述导向结构设置在所述壳体1内，且与所述壳体1同轴设置。所述清洁结构内设有一侧具有开口的腔体，所述清洁结构的一侧通过所述转轴4与所述导向结构转动连接，另一侧与所述壳体1的内壁抵接。所述清洁结构能够根据所述腔体内气体的体积变化，沿着所述导向结构在所述壳体1的液体内进行上浮或下沉。所述阻挡结构设置在所述壳体1内，其能够与上浮或下沉过程中的所述清洁结构抵接，使所述清洁结构发生转动。所述排气结构包括排气管道6和阀门，所述阀门用于打开或关闭所述排气管道。所述排气管道6用于将废气排入壳体1内，所述排气管道6能够通过所述开口伸入所述清洁结构的腔体内。所述控制器与所述阀门通过导线电连接。所述清洁结构在上浮过程中能够通过所述阻挡结构改变角度，使壳体1内的液体通过所述开口涌入所述腔体内，使所述清洁结构沿着所述导向结构在所述壳体1内下沉。所述叶片31在下沉过程中能够通过所述阻挡结构改变角度，使所述开口朝向所述壳体1的底部，所述排气管道6伸入所述开口对所述腔体进行充气使其上浮。

检测计算所述叶片31上浮需要克服的重力，清洁刷与所述壳体1内壁的摩擦力，以及导向结构的摩擦力，得出叶片31上浮所需浮力大小，通过控制器控制阀门，使排气管道6向腔体内灌输足量的气体，足以让叶片31上浮至壳体1的顶部，使得清洁刷32跟随叶片31旋转着从下往上对壳体1的内壁进行清理。

本发明通过改变清洁结构的腔体内气体体积大小，以改变其在所述壳体内部受到液体的浮力大小，使其通过导向结构在所述壳体1内进行升降，对所述壳体1的内壁进行清理工作，以节能环保的方式对设备内壁进行清理。与此同时，还能对污水进行搅拌，使微藻与污水的接触更加充分，提高设备处理污水的效率。

在一种可选的实施方式中，所述导向结构包括导向柱21和导向环22，所述导向柱21与所述壳体1同轴设置，所述导向柱21的侧壁上具有沿其长度方向设置的旋转槽。所述导向环22套设在所述导向柱21上，且所述导向环22的内壁上设有与所述旋转槽相适配的滚珠，所述导向环22通过所述滚珠和旋转槽与所述导向柱21转动连接。

通过上述设置，所述导向环22能够以较小的摩擦力沿着所述旋转槽的方向在所述导向柱21上进行旋转，从而进行上下移动。

在一种可选的实施方式中，所述清理结构包括叶片31和清洁刷32，所述叶片31内具有腔体且底部设有开口，所述叶片31通过所述转轴4与所述导向环22转动连接，所述导向环22的外壁上设有通孔，所述转轴4的一端穿设于所述通孔内与所述导向环22转动连接，另一端与所述叶片31固定连接。所述清洁刷32设置在所述叶片31上，且与所述壳体1的内壁抵接。

所述叶片31材质选用密度大于水的材料，例如陶瓷，且在其开口内壁上设有铁磁性金属，例如铁。

所述清洁刷32选用柔性材料，采用软毛刷。

通过上述设置，将腔体设置在所述叶片31内，且将开口设置在其底部，当叶片31浸入水中时，其开口竖直向下，排气管道6排出的废气会通过开口进入腔体，腔体内的空气会阻挡液体进入，此时叶片31受到的浮力大于重力，叶片31上浮，并带动导向环22向上移动，导向环22带动叶片31旋转，从而使清洁刷32跟随叶片旋转的从下往上对壳体1的内壁进行清理。

在一种可选的实施方式中，所述阻挡结构包括上阻挡部51和下阻挡部52，所述上阻挡部51设置在所述壳体1的内壁的顶部，所述上阻挡部51的侧壁上设有第一弧面，所述叶片31与所述第一弧面抵接时能使所述叶片31转动。所述下阻挡部52设置在所述壳体1的底部内壁上，所述下阻挡部52的顶部设有第二弧面，所述叶片31与所述第二弧面抵接时能使所述叶片31转动。

在叶片31上浮至壳体1的顶部时会与上阻挡部51的弧面抵接，由于叶片31是通过转轴4与导向环22转动连接的，受阻挡后叶片31会沿着弧面发生偏转，使其开口翘起，此时，腔体内的空气将会排出，液体进入腔体，增加叶片31的整体密度，叶片31此时所受的浮力小于重力，叶片31开始带动导向环22下沉，导向环22带动叶片31旋转，从而使清洁刷32跟随叶片旋转的从上往下对壳体1的内壁进行清理。

叶片31下沉至壳体1的底部上会与下阻挡部52的弧面抵接，叶片31沿着下阻挡部52的弧面偏转，使其底部开口竖直向下，并套在排气管道6上，排气管道6排出的废气将腔体内的液体排出，叶片31再次上浮，反复循环，在处理废气和污水的同时，能够反复对设备内壁进行清洗。

在一种可选的实施方式中，所述开口处具有弧度，所述开口的横截面积大于所述排气管道6的横截面积。通过上述设置当叶片31位于所述壳体1的底部并通过所述下阻挡部52翻转后，所述开口处的弧度能够对开口与所述排气管道6的连接起到导向作用。

在一种可选的实施方式中，所述排气管道的顶部设有磁铁，所述开口的内壁上设有铁磁性金属。通过上述设置能够进一步提高设备的稳定性，使排气管道6伸入开口时更加的稳定。当排气管道6向所述叶片31内注入足量气体后，所述叶片31能够克服所述磁铁与所述铁磁性金属的吸引力进行上浮。

在一种可选的实施方式中，所述叶片31上设有LED灯33。

在一种可选的实施方式中，所述叶片31上设有加热板34。

在一种可选的实施方式中，所述微藻流化床反应处理污水装置还包括检测装置。通过上述设置当检测装置检测到壳体1内的能见度处于设定区间外时，向所述控制器发出信号，控制器控制所述LED灯33运行，对壳体1内的液体进行照明，给微藻提供足量的光照。检测装置检测到壳体1内的水温低于设定区间时，向所述控制器发出信号，控制器控制所述加热板34运行，对壳体1内的液体进行加温，使水温适宜微藻。

一种微藻流化床反应处理污水方法，包括以上任意一项所述的微藻流化床反应处理污水装置。

所述微藻流化床反应处理污水方法包括：

在叶片31处于壳体1底部时，向所述叶片31内注入空气，使得叶片31产生的浮力能够带动所述叶片31沿着所述导向柱21向上做旋转运动，对壳体1的内壁进行清理。所述叶片31的受力情况由式(1)表示：

F

其中，F

在叶片31处于壳体1顶部时，翻转所述叶片31，使得壳体1内的水能够进入所述叶片31内，增加叶片31的重量，以带动所述叶片31沿着所述导向柱21向下做旋转运动，对壳体的内壁进行清理。所述叶片31受到的受力情况由式(2)表示：

mg>F

其中，F

所述叶片31上浮至壳体1的顶部与所述上阻挡部51的弧面抵接时，叶片31发生转动，其腔体内的空气从开口溢出，液体进入腔体，此时所述叶片31所受浮力小于重力，所述叶片31开始沿着所述导向柱21旋转下降，所述清洁刷32从上往下对所述壳体1的内壁进行刷洗。

所述叶片31下降至所述壳体1的底部与所述下阻挡部52的弧面抵接时，所述叶片31再次发生转动，所述叶片31恢复至初始状态，即开口朝向壳体1的底部，并且套设在所述排气管道6上，排气管道排出的废气将腔体内的液体排出，所述叶片31所受浮力大于重力，所述叶片31再次上浮，如此往复。

所述壳体1内注入生活污水时，此时所述叶片31位于所述壳体1的底部，排气管道6通过开口向其腔体内输入废气，此时浮力大于重力，叶片31通过所述导向环22沿着所述导向柱21旋转上升，使所述清洁刷32从下往上对所述壳体1的内壁进行刷洗。

所述叶片31上浮至壳体1的顶部与所述上阻挡部51的弧面抵接时，叶片31发生转动，其腔体内的空气从开口溢出，液体进入腔体，此时所述叶片31所受浮力小于重力，所述叶片31开始沿着所述导向柱21旋转下降，所述清洁刷32从上往下对所述壳体1的内壁进行刷洗。

所述叶片31下降至所述壳体1的底部与所述下阻挡部52的弧面抵接时，所述叶片31再次发生转动，所述叶片31恢复至初始状态，即开口朝向壳体1的底部，并且套设在所述排气管道6上，排气管道排出的废气将腔体内的液体排出，所述叶片31所受浮力大于重力，所述叶片31再次上浮，如此往复。

在一种可选的实施方式中，当所述叶片31处于所述壳体1的底部时，基于所述下阻挡部52的弧形结构和/或磁力的作用，将所述排气管道6对准并插入所述开口中，向所述叶片31内注入气体。

如图4所示，所述排气管道6向所述叶片31腔体内注入空气，将腔体内的液体排出，叶片31所受浮力足以抵抗重力和摩擦力，叶片31上浮。

当所述叶片31处于所述壳体1的顶部时，所述叶片31沿着所述上阻挡部51的轨迹翻转，使得所述叶片31内的气体与所述开口连通，使得所述壳体1内的水沿着所述开口注入所述叶片31内。

如图5所示，叶片31翻转后，腔体内的气体与开口接触，壳体1内的液体注入腔体内，叶片31所受的重力足以抵抗浮力和摩擦力，叶片31下沉。

下面简要说明本发明的工作原理：

所述叶片位于所述壳体底部时，所述叶片所受浮力为F

叶片31上浮计算公式为F

所述叶片位于所述壳体顶部时，所述叶片所受浮力为F

叶片31下沉计算公式为mg>F

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。