人工根系填料单元、生物载体及生物膜生物反应器模块.pdf

本发明提供了一种人工根系填料单元，包括微生物促进剂供给管,沿微生物促进剂供给管长度方向,布设有至少二个菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件；于微生物促进剂供给管与菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件之连接处，设置有至少两个可容微生物促进剂流至菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件的微孔。本发明还提供了由多个排列的人工根系填料单元组成的生物载体，以及由多个生物载体组合排列形成的生物膜生物反应器模块，各微生物促进剂供给管通过汇总管连通。本发明实现了生物膜法和催化微生物生长技术的相结合，其比表面积巨大，具有易挂膜、易于促进微生物生长和提高微生物活性的特点，其优越的生物学及理化性能，有效提高了微生物活性。

权利要求书
1.  一种人工根系填料单元，其特征在于：包括微生物促进剂供给管,沿所述微生物促进剂供给管长度方向,布设有至少二个菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件；于所述微生物促进剂供给管与所述菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件之连接处，设置有至少两个可容微生物促进剂流至所述菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件上的微孔。

2.  根据权利要求1所述的人工根系填料单元，其特征在于：所述微生物促进剂供给管和所述菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件通过毛巾剑杆织机集成于一体。

3.  根据权利要求1或2所述的人工根系填料单元，其特征在于：所述菱柱形丝网构件由纤维丝构成，包括至少三束两端分别集束于所述微生物促进剂供给管上、中间部分通过毛巾剑杆织机提毛向外突出而使之呈菱状的折形构件以及至少三束一端集束于该菱形顶部、另一端呈倾斜状向该菱形中部自由伸展的根须形构件。

4.  根据权利要求3所述的人工根系填料单元，其特征在于：各所述菱柱形丝网构件的顶端和底端编织或融合于所述微生物促进剂供给管上。

5.  根据权利要求1或2所述的人工根系填料单元，其特征在于：所述倒置的弧形丝网构件由纤维丝构成，包括至少三束一端集束于所述微生物促进剂供给管上、另一端向外呈伞状自由伸展的弧形构件。

6.  根据权利要求5所述的人工根系填料单元，其特征在于：各菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件之集束部分编织或融合于所述微生物促进剂供给管上。

7.  生物载体，其特征在于：包括多个排列的权利要求1-4任一项所述的人工根系填料单元，各所述人工根系填料单元之所述微生物促进剂供给管通过汇总管连通。

8.  根据权利要求7所述的生物载体，其特征在于：相邻各所述人工根系填料单元之间通过平织的实心编织布连接，各所述人工根系填料单元两端分别通过上编织布和下编织布连接固定。

9.  生物膜生物反应器模块，其特征在于：由多个权利要求7或8所述的生物载体组合排列形成，多个所述生物载体组合排列后安装在上填料支撑架和下填料支撑架上。

10.  根据权利要求9所述的生物膜生物反应器模块，其特征在于：所述上填料支撑架周围设置有悬浮器。所述上填料支撑架或/和下填料支撑架上设有可与相邻设置的生物膜生物反应器模块连接的卡口。

说明书人工根系填料单元、生物载体及生物膜生物反应器模块
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及城镇污水处理过程中采用的人工根系填料,本发明还涉及其采用该人工根系填料的生物载体及具有该生物填料的生物膜生物反应器。
背景技术
随着现代工业和城市建设的发展，我国城市的水污染问题日趋严重，污水处理技术已经成为维系社会经济可持续发展的必要组成部分。基于物理、化学和生物学原理的各种污水处理新工艺不断出现，其中生物处理技术一直占有重要地位，而生物膜法是污水生物处理技术中的一类重要工艺。早在19世纪，德国就开始将生物膜法用于废水处理，但限于当时的填料技术水平未能得到广泛应用，到200世纪50年代，生产中采用的生物腹法处理构筑物仍是以碎石为填料，碎石比表面积小，使构筑物的负荷较低，占地面积大，卫生状况也不好，因而生物膜法一直未被人们所重视。随着工业的迅速发展使环境污染日益加剧，水环境保护的要求进一步提高，加上合成塑料工业的迅速发展，生物膜法出现了很多具有重要意义的发展。许多新型的生物膜法设备如：塔式生物滤泡、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床等先后问世，生物膜法在水处理工艺中的优势得到了充分体现。在生物膜法污水处理工艺中，微生物在填料上的附着成功主要取决于填料及微生物细胞本身的性质。
填料是生物膜法废水处理工艺的核心部分。作为微生物的载体，其性能直接影响和制约着水处理工艺的处理效率。我国的填料研究与开发走过了十多年的历程，经过科研工作者的不断探索，在废水生物处理工艺发展中已开发出了多种新型填料，发展了许多填料生产厂家，产品种类繁多，门类较为齐全，在这一领域可以说与世界先进水平同步。但是这些填料在物理学特性及生物膜附着性等方面各有其弱点，例如石英砂是较广泛采用的填料，它虽然价廉易得，强度大，但由于比重大，表面孔隙少，比表面积小，对微生物的附着能力弱；活性炭粒比表面积大，孔隙多，但价格昂贵，且由于表面孔隙尺寸太小，大多数微孔微生物不能利用；塑料类填料质轻，坚硬，但表 面光滑，孔隙小，不易挂膜；纤维类填料一般都存在易结块及装填困难等不足；而且大多数填料如沸石、海泡石、无烟煤、陶粒、活性炭、塑料等都不具备刺激微生物生长或提高其活性的特性。人们一直在寻求解决这些制约填料技术进一步发展问题的途径。
悬挂式填料产生于20世纪80年代初，至今仍在不断发展之中，目前在水处理领域应用最为广泛。这类填料有四种产品，分别为软性填料、半软性填料、组合填料和弹性立体填料。在这四类填料中，软性填料问世最早，其基本结构是在一根中心绳索上系扎软化纤维束。这种填料的主要特点是理论比表面积大、挂膜容易、造价低、运费省、组装方便、不堵塞。但废水浓度高或水中悬浮物大时，填料丝会结团，从而大大减少了实际利用的比表面积，并在结团中心区产生厌氧，从而严重影响其使用性能，且易发生断丝、中心绳断裂等情况，影响了使用寿命，其寿命一般在1～2年。
为了克服软性填料的不足之处，在20世纪80年代中期发明了半软性填料。它的结构形式合理，具有良好的切割气泡和二次布水布气功能，可使氧的利用率由6～8％提高到40～60％，减少能源的浪费；在运行状态，每根填料两端虽固定在支架上，但中间部分可随气流和水流扰动，立体空间不断变化，生物膜更新得快，而且剥落的生物膜也能及时被水流冲走；另外，填料的体积可压缩，有利于运输和安装，使用寿命长(5～lO年)等优点。但其也缺点，如比表面积较小，导致实际运行过程中生物膜总量不足，表面较光滑，微生物附着性能较差，生物膜易脱落，造价偏高等。
在综合软性填料和半软性填料特点的基础上，人们又开发出组合填料，在一定程度上发挥了前两者的优点，如20世纪80年代后期推出的盾式填料。盾式填料具有比表面积大，附着性能强，生物膜生长分布均匀，表面积利用率高，生物膜不结团和生物量大等优点，致容积负荷率高，耐冲击，运行稳定和生化处理效果好，是一种经济高效和生化性能良好的新型填料。此后，国内的生产厂家还陆续推出了多种组合填料，但都只是在中心环的结构和纤维束的数量、长短上作了一些改进，而结构设思并未跳出盾式填料的范畴，使用性能也相近于盾式填料。
弹性立体填料发明于上世纪90年代初，其丝条呈辐射立体状态，具有一定的柔性和刚性，回弹性好，使用寿命长、布水布气性能良好，氧传递系数高、挂膜脱膜容易、比表面积大、不结团堵塞、耐温、不宜老化，且生产速度快、可满足大型工程的 需要，目前得到广泛的应用。如浙江东方环保实业公司开发的"YDT型弹性立体填料”，展开后呈螺旋状，它的单丝在水中完全撑开，丝条空间分布均匀，因此该填料能提供最大的实际可利用比表面积，生物膜活性厚度增大，密集切割气泡提高充氧效率，节约能耗，质地柔韧，有具有～定的刚性，能有效防止曝气池池水短路，使水气充分混合，增强传质效果，不存在结团厌氧问题，生物膜更新速度快，能提供曝气池最大的生物量，保持较好的生物膜活性，从而大大提高了污水净化效率。
上述众多填料都有生物膜法的功能，但在使用寿命、机械强度、物理性状、稳定性、表面带电特性及亲疏水性及如何提高生物量，保持较好的生物膜活性等方面都存在问题，现在已经有很多科研人员针对如何提高生物量及生物膜活性的微生物促进剂方面展开了相关研究。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种微生物附着性能好，生物膜固定稳定，易于制造的人工根系填料单元、生物载体及生物膜生物反应器模块。
为实现上述目的，本发明首先提供了一种人工根系填料单元，包括微生物促进剂供给管,沿所述微生物促进剂供给管长度方向,布设有至少二个菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件；于所述微生物促进剂供给管与所述菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件之连接处，设置有至少两个可容微生物促进剂流至所述菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件上的微孔。
具体地，所述微生物促进剂供给管和所述菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件通过毛巾剑杆织机集成于一体。
进一步地，所述菱柱形丝网构件由纤维丝构成，包括至少三束两端分别集束于所述微生物促进剂供给管上、中间部分通过毛巾剑杆织机提毛向外突出而使之呈菱状的折形构件以及至少三束一端集束于该菱形顶部、另一端呈倾斜状向该菱形中部自由伸展的根须形构件。
更进一步地，各所述菱柱形丝网构件的顶端和底端编织或融合所述微生物促进剂供给管上。
进一步地，所述倒置的弧形丝网构件由纤维丝构成，包括至少三束一端集束于所 述微生物促进剂供给管上、另一端向外呈伞状自由伸展的弧形构件。
更进一步地，各倒置的弧形丝网构件之集束部分编织或融合于所述微生物促进剂供给管上。
本发明提供的人工根系填料单元，将多个菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件置于微生物促进剂供给管上，使生物膜法和催化微生物生长的技术相结合，其比表面积巨大，具有易挂膜、易于促进微生物生长和提高微生物活性的特点，其优越的生物学及理化性能，有效提高了微生物活性。
本发明还提供了包括多个排列的人工根系填料单元的生物载体，各所述人工根系填料单元中，所述的微生物促进剂供给管通过汇总管连通。
进一步地，相邻各所述人工根系填料单元之间通过中编织布连接，各所述人工根系填料单元两端分别通过上编织布和下编织布连接固定。
具有上述人工根系填料单元的生物载体，通过汇总管使多个微生物促进剂供给管相互连通，实现生物促进剂的智能供给,可自动调节生物载体上生物群所需营养，能刺激与厌氧微生物生理特性完全不同的需氧微生物活性。
为使本发明应用更为广泛而方便，本发明还提供了可由多个生物载体组合排列形成的生物膜生物反应器模块，多个所述生物载体组合排列后安装在上填料支撑架和下填料支撑架上。
进一步地，所述上填料支撑架周围设置有悬浮器，所述上填料支撑架或/和下填料支撑架上设有可与相邻设置的生物膜生物反应器模块连接的卡口。
将本发明人工根系填料单元、生物载体及生物膜生物反应器模块应用于污水处理时，可使污水厂调试时快速启动和适应水质变化过大时保证生物群的工作效率；其悬浮设置的生物膜生物反应器可以使污水厂进行不停车改造，可缩短污水厂试车时间。同时，本发明生物载体构件免维护，使用寿命可达到20年。因此，生物载体及其生物膜生物反应器在市政污水处理厂改造和农村生活污水分散处理等方面的应用有着广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明人工根系填料单元结构示意图；
图2为本发明智能生物载体结构示意图；
图3为本发明智能生物载体生物膜生物反应器模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在污水处理领域，污水生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能，采取一定的人工措施，创造有利于微生物的生长、繁殖的环境，使微生物大量增殖，以提高其分解氧化有机物效率的一种污水处理方法。通过对微生物生长促进剂的研究，可以创造有利于微生物的环境，对提高生物处理的效率有重要意义。
水中金属离子的种类及浓度都将影响微生物的生长、繁殖。
镁--微生物生长需要一定数量的镁。镁是合成光合微生物的光合色素——叶绿素或细菌叶绿素的组成元素，因此在光能转换上有其重要作用。同时镁构成某些酶的活性成分，例如己糖磷酸化酶、异柠檬脱氢酶、肽酶、羧化酶、核酸聚合酶等的酶活性或最大酶活性需要镁离子存在。另外镁在微生物细胞中某些细胞结构如核糖体、细胞膜等的稳定上起着重要作用。微生物不同，它们对镁的需要量也不同。一般说来，革兰氏阳性细菌对镁的需要量要比革兰氏阴性细菌大。如果环境中缺少镁，微生物生长得不到足够的镁，会导致核糖体与细胞膜的稳定性降低，而影响机体的正常生长。
铁--微生物生长需要铁。铁是细胞色素亚铁原卟啉和含铁氧化还原素，又是电子传递的基础。铁是叶绿素形成的必要条件，因为含铁的酶和铁原卟啉在叶绿素的生物合成中起催化作用，如细胞色素b、c、a，铁氧化还原蛋白等，在细胞呼吸作用和生物固氮酶系统的传递中起着重要作用。在杆铁细菌中，铁是呼吸的主要元素。同时铁还是某些铁细菌生长的能源物质，因此缺铁会使机体内的某些代谢活性降低或丧失，或使某些铁细菌生长得不到能量，从而使机体的生长受到影响或停止。例如大肠杆菌在缺铁的培养基里培养时，不能合成足够的甲酸脱氢酶。因而在发酵葡萄糖是不产生气体。另外可以通过控制培养基中铁的浓度变化来控制白喉杆菌形成白喉毒素的能 力，当铁含量充足时白喉杆菌基本上不形成白喉毒素，在铁含量不足或缺乏时，它们能大量合成白喉毒素。在活性污泥系统中铁是一种重要的元素，在好氧生长下Fe3+可以被细胞内的细胞色素用作电子受体。Fe3+在活性污泥絮体的形成中是相当重要的。由于活性污泥絮体主要有细菌、有机纤维和多聚物组成，这些物质又是通过不同的力结合在一起(如范德华力和架桥作用)，Fe3+可以用来被用作阴离子多聚物的架桥作用，以此促进絮体的稳定。
然而当Fe3+被还原成Fe2+时，污泥絮体性质变差，絮体吸附强度减弱，从而增加微粒从絮体表面进入水体的机率，最终导致出水水质变差。即使Fe2+可以迅速被氧化，Fe3+还原菌Shewanella alba也会使絮体解体。
铜是一种金属活化剂，是多酚氧化酶、乳糖酶及抗坏血酸氧化酶的组成成分。微量的铜离子可以作为微生物的微营养素，这对组成各类特殊的酶有关键性作用。若水中铜离子浓度过高；将会抑制微生物的生长。Alberto等人通过对活性污泥系统中微生物的最大生长速度以及产率系数的研究，发现水中铜离子浓度大于5mg/L时，微生物的生长开始受到抑制；当铜离子浓度达到20mg/L时，已经严重影响了微生物的生长。另外铜对在活性污泥系统中的纤毛虫有毒害作用，即使污水中铜的含量仅为1～10mg/L，也能减少纤毛虫的数量和种类。在某些情况下，向污水中投加少量的铜可以增强污水的处理效率。有研究表明，利用铜可以使污水解毒。投加超过毒阈浓度的铜可以螯合出水中其他的毒性物质。当进水中加入0.6--3mg/L的铜，可以使乳胶废水、毛毯加工废水和化工废水的毒性降低。硝化抑制剂如烯丙基硫脲是通过降低细胞的铵单氧酶(AMO)的活性来抑制硝化作用的，而铜可以凝固AMO的铜血红素，从而阻止这些硝化抑制剂的作用。进水中加入铜离子，并不会导致污水厂的出水中铜离子浓度的增加。但是投加铜17小时后，由于铜被吸附在其它的结合部位会使得铜的作用降低。另外连续投加大于3mg/L的铜，会降低COD的去除率，而且污泥中的铜含量增加。然而铜离子的浓度降低到1mg/L时，COD的去除率不会受到影响，而且可以保护硝化作用的进行。
钴是一种金属活化剂，是维生素B12的组成成分，因此以B12作辅酶的酶中，如谷氨酸变位酶、甲基丙二酸单酰CoA变位酶中都含有钴；钴还参与了微生物的共生固氮作用。在好氧污泥消化中，氯化钴和硫酸钴可以加速合成维生素B12以及与维生素 B12相似的因子。适量的钻可以用来优化活性污泥。加入少量的钴(1mg/L)可以使维生素B12的产量增加50％，由此说明钴可以促进维生素B12的代谢反应。然而有研究表明，钻促进维生素B12的代谢作用并没有提高活性污泥系统对BOD、COD、氮和磷的去除率。另外通过对耗氧速率和COD去除率的考查，发现钴在lmg/L时对活性污泥有毒害作用，导致出水水质下降。
镍是脲酶、氢化酶的组分，并可刺激像藻青菌(CyanobactieI-ia)、小球(Chlorella)及产甲烷菌之类的无机化能自养菌的生长，尤其是产甲烷菌，镍对其生长有着特别的意义。例如，嗜热自养甲烷杆菌形成一克细胞干物质，需要1.5×10-8moI/L氯化镍。镍是产甲烷菌F430和一氧化碳脱氢酶的组分，促进产甲烷菌的生长和甲烷的形成。培养基中含镍量可达5×10-8mol/L，其中50--70％的镍用于合成F430，其余吸收的镍，被结合在蛋白质部分。镍对活性污泥的生长也有刺激作用，当镍的投加量为lmg/L和5mg/L时，活性污泥法污水厂的最大生物产量和污泥回流比要比没有投加的大。UlkuYetis通过考查生物动力学参数最大比增殖速度LImax以及饱和常数k；，研究了镍对活性污泥的影响。进水中镍达10mg/L时，活性污泥系统的处理效果也没有下降。然而当镍浓度上升至25mg/L，活性污泥受到严重的抑制。值得一提时当进水镰浓度为5mg/L时，活性污泥系统的处理效果有～定程度的提高，而且生物生长也受到刺激作用，与没有投加镍的体系相比，最大比增殖速度u吗想提高一倍，而饱和常数ks并没有多大变化。而且在此浓度下，污泥的沉降性能也得到改善。
其它金属还有其它的微量元素，像锰、钼、钒、锌、铝、铬等或是作为酶的组分，或是作为酶的激活剂来刺激微生物的生命活动。由于关于金属离子影响水处理微生物的研究不够全面、系统，加上做此类研究情况复杂，金属离子的效能不但依赖于金属的种类、浓度，而且水的pH值、进水浓度和水质、污泥的驯化程度也会产生影响，因此研究者往往会得出不同的结论。就金属铬来说，cr6+通常被认为对微生物具有毒性作用，且毒性浓度也各不相同，但同时又有人发现Cr6+在这些浓度下能够刺激微生物生长。例如，Barth指出在好氧生物处理体系中，当进水Cr6+超过10mg/L，处理效果严重受影响，出水水质下降。而Moore又提到Cr6+浓度上升到50mg/L也不会影响活性污泥系统的处理效果，同时指出在5mg/L时，Cr6+还能提高出水水质。Celal对Cr6+的效能进行了研究，结果表明Cr6+在浓度为1、5、10、25mg/L时都 能促进活性污泥体系中微生物的增殖。
本发明基于上述研究，提供了一种人工根系填料单元。参见图1，该人工根系填料单元1包括一竖立设置的微生物促进剂供给管10,顶端设有开口101，底端密封，可根据污水处理池需要，通过上端开口101给微生物促进剂供给管10实时注入或补充微生物促进剂；沿该微生物促进剂供给管10之长度方向,布设有至少二个菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件11，其中菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件11的个数可根据需要设置，环绕于微生物促进剂供给管10外周；同时，于所述微生物促进剂供给管10上，与菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件11之连接处，设置有至少两个微孔13，通过微孔13，可使注入或补充微生物促进剂流至的菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件11上。上述结构，可由菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件11构建生物填料，形成人工根系,同时，将所需的微生物促进剂通过微生物促进剂供给管10注入，经微孔13流出附着于菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件11上，供微生物安家并形成生物膜。如此，便可使生物膜法和催化微生物生长技术结合于一体，所形成的人工根系比表面积巨大，易于挂膜，且通过微生物促进剂的不断供给促进了微生物生长，其优越的生物学及理化性能，有效提高了微生物活性。
在生物处理过程中，某些痕量金属离子在适当的浓度范围内可以加速细胞的合成，促进生物化学反应的进程，这类金属离子通常称为微生物生长促进剂。本发明中，所述微生物促进剂应对微生物生长有促进作用，以刺激生物活性。其中镁、铁、铜、钴、镍、锰、钼、钒、锌、铝等金属离子按照实际微生物需求情况以离子液的形态向生物载体输送，各离子液浓度在0.01-0.1mg/L之间。微生物促进剂的配方可以根据生物载体上生物群所需营养及水质变化情况自动调节，实现生物载体智能化。
参见图1，本发明附图实施例提供了一种菱柱形丝网构件11的结构，其包括至少三束两端分别集束于所述微生物促进剂供给管10上、中间部分通过毛巾剑杆织机提毛向外突出而使之呈菱状的折形构件112以及至少三束一端集束于该菱形顶部、另一端呈倾斜状向该菱形中部自由伸展的根须形构件111，上述构件采用聚丙烯材料的纤维丝组合构成。实际制造中，各所述菱柱形丝网构件11的顶端和底端通过编织方式或热融合于所述微生物促进剂供给管10上，其编织方式或热融合结点邻接微孔13的位置，微生物促进剂通过微孔13流出后，于各所述菱柱形丝网构件11之集束部分 而流淌于各纤维丝上。
作为本发明具体实施例之另一结构，所述倒置的弧形丝网构件(未图示)亦采用聚丙烯材料的纤维丝组合构成，包括至少三束一端集束于所述微生物促进剂供给管10上、另一端向外呈伞状自由伸展的弧形构件。由上述纤维丝组成的弧形构件可设置有多层，一同集束于某一点，形成多个、多层根须结构。同样地，各倒置的弧形丝网构件之集束部分(伞状的顶部)可通过编织方式或热融合于微生物促进剂供给管10上，其编织方式或热融合结点邻接微孔13的位置，微生物促进剂通过微孔13流出后，于各弧形丝网构件之集束部分而流淌于各纤维丝上。
上述构件中的纤维丝是由多组分熔喷纤维新工艺制造而成的三维丝网状立体结构，熔喷纤维网的工艺过程为聚合物喂入---熔融挤出---纤维形成---纤维冷却---成丝，整个结构由毛巾剑杆织机一次性织成。在毛巾剑杆织机上，每个人工根系填料单元1中，以中空的聚丙烯微生物促进剂供给管10作为纬线，纬线外并列有至少六束3500分特的纤维丝，以至少四束3500分特的纤维丝为经线，在剑杆织机上，最外两侧10-20厘米之间没有设置促进剂供给管的经纬线由剑杆织机编织为上编织布和下编织布，在上编织布和下编织布之间每间隔3-4厘米不设置经线后再设置1-2厘米经线，通过剑杆织机的提毛功能，在不设置经线3-4厘米中间上下提毛，提毛的纤维丝高度在5到8厘米，织成没有经线的3-4厘米的菱柱形丝网构件11或倒置的弧形丝网构件(空心)，在设置有1-2厘米经线的地方，采用平织提毛方法织成小的倒置的弧形丝网或菱柱形丝网结(类似于实心毛巾)，此结点位置也为集束点,以及微孔13也位于此处位置。
菱柱形丝网构件11结构的制造，在提毛的纤维丝高度在5到8厘米中间，至少有两束断开，形成有部分上下两端固定的伞型结构。这样,就形成外边具有中间部分向外突出而使之呈菱状的折形纤维丝而菱状纤维丝的中间一部分纤维丝呈倾斜状向该菱形中部自由伸展(见图1)。
经过毛巾剑杆织机编织的产品，将其原来的经纬方向互换，就形成了菱柱形丝网构件(图2)或倒置的弧形丝网构件构件，该菱形型结构的上下左右各边与中间的纤维丝就形成一种理想的生物填料。
上述聚丙烯纤维丝最好3500-4000分特左右，其拉伸强度根据ISO 2062为9-10 克/旦(旦是重量在9000克每米纱)。
参见图2,基于上述人工根系填料单元1,本发明还提供了由多个人工根系填料单元10排列组合构成的生物载体2，即各所述人工根系填料单元1成排设置,各所述人工根系填料单元1之顶端的开口101连接一横向设置的汇总管21，该汇总管21与促进剂供给管10连通,同时连接提供微生物促进剂的供给源。这样,微生物促进剂便可通过汇总管21流入促进剂供给管10，进而从微孔13流淌于菱柱形丝网构件或倒置的弧形丝网构件11上，有利于提高生物填料上生物膜的活性。
进一步地，为保证各所述人工根系填料单元1相互之间的排列固定，便于运输和放置，同时也便于菱柱形丝网结构11外边的纤维丝中间向外突出而使之呈菱状的部分能够在水流冲击力或其他外力作用下仍能保持固定的模式，相邻各人工根系填料单元1中，其菱柱形丝网结构11中间向外突出的纤维丝通过平织的1-2厘米实心编织布23连接，各人工根系填料单元1两端分别通过上编织布22和下编织布24连接固定。可以理解地，上述各人工根系填料单元1之间的排列固定并不仅仅限于上、中、下编织布形式，其他有助于各人工根系填料单元1之间的排列固定方式也在本发明保护范围之内。
参见图3，为了形成更大的智能生物载体，本发明还提供了一种生物膜生物反应器模块3，是由多个生物载体2组合排列形成的立体模块结构，多个所述生物载体2组合排列呈模块后安装在上填料支撑架31和下填料支撑架32上。
上述生物膜生物反应器模块3可分为悬浮式与固定式两种。如图3所示，悬浮式生物膜生物反应器模块3可在上填料支撑架31周围设置悬浮器33。
进一步地，实际运用中可根据需要将多个生物膜生物反应器模块3组合于一体，故而所述上填料支撑架31或/和下填料支撑架32上，还可设有可便于与相邻设置的生物膜生物反应器模块3连接的卡口34。如此，这些生物膜生物反应器模块3可根据污水处理中反应器的大小不同和流态不同等，以各种各样的排列形式大量的安装在反应器里，非常方便。悬浮型生物膜生物反应器可以使污水厂进行不停车改造。
本发明可以智能供给微生物促进剂技术自动调节生物载体上生物群所需营养，使污水厂调试时快速启动和适应水质变化过大时保证生物群的工作效率；其悬浮型生物膜生物反应器模块3可以使污水厂进行不停车改造。生物载体上的活性基团与微生物 肽链氨基酸残基形成离子键结合或共价键结合的方式固定微生物细胞，在工程应用中生物载体在曝气设备配合下进行高效传质，其具有很大的比表面积，能吸收、吸附、截留水中溶解态和悬浮态污染物，将水体中有机物作为自身新陈代谢的养料，为各类微生物、和微型动物的生长、繁殖提供良好的着生、附着或穴居条件，最终在生物载体上之构件上形成薄层的具有很强净化活性功能的“生物膜”，生物膜成熟时可形成0.2～1.0毫米的生物膜，生物膜硝化活性高，挂膜后湿密度接近1kg/L，解决了微生物固定化技术(IM)问题。在微生物的新陈代谢过程中，或被合成微生物的细胞体而被分离，或被氧化成二氧化碳和水，形成达到藻类细胞破坏和降解活性酶成份，生物载体利用对有机物的降解，同时也脱除了少量的COD、BOD、悬浮物。而且，微生物负载量大，载体不易脱落，可以保持很高的生物量，提高处理效率；微生物细胞固定在生物载体上，由于载体上提供了不同的微环境，可适合于不同微生物菌群的代谢活动，利于各种微生物的分布繁殖，同时，微生物细胞固定在智能生物载体上迅速启动，在单元载体上形成营养物-细菌-原生动物的食物链，可以减少生化池50％的污泥量。因此，针对老旧城市污水处理厂的提标改造，只需要在好氧池内加入本发明就可达到提标改造后的排放标准，其处理能力：COD去除率90％以上，冬季硝化效率不低于95％，总氮去除率达到70％以上，并达到国家污水排放一级A标准(GB18918-2002)；与常规活性污泥法生物脱氮系统相比，运行费用降低10％以上，同等悬浮活性污泥浓度条件下，单位池容的硝化速率提高30％。同时，具有很好的物理稳定性和化学稳定性，使用寿命长，适应性强，耐冲击负荷性能高，在处理高难度的有机工业废水方面具有很强优势；在施工方面，本发明可以根据实际需要做成各种规格尺寸，其高度根据水深而定，可应用于污水处理厂新建或提标升级改造和河湖水进行就地处理，与以往方法相比，具有方法简单，节省占地面积和可使污水厂进行不停车改造等优势。应用于污水处理厂新建或提标升级改造时，可缩短污水厂试车时间。
本发明还具有建设成本低廉，操作简单、易维护等特点。
综上，本发明对城镇污水处理中应用生物膜法工艺时以智能供给微生物促进剂技术自动调节生物载体上生物群所需营养，使污水厂调试时快速启动和适应水质变化过大时保证生物群的工作效率；其悬浮型生物膜生物反应器还可以使污水厂进行不停车改造。因此，人工根系填料单元、生物载体及其生物膜生物反应器在市政污水处理厂 改造和农村生活污水分散处理等方面的应用有着广阔的应用前景。而且，也可应用于河涌、湖泊、人工湖、喷泉、景观鱼池等水体净化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。