申请日2005.12.11
公开(公告)日2007.12.12
IPC分类号C02F3/06
摘要
一种生物反应器，包括至少一个供支持生物资源生长的柔韧培养基(10)，其具有大量线(50)和至少两个横向支持部件(52)，其中开口由相邻线和相邻横向支持所定义，开口具的纵横比超过50∶1。
权利要求书
1、一种微生物废水处理用的多级生物反应器系统，所述生物反应器 系统包括：至少一个可提供有助于支持生物物质生长的表面环境的高度 柔韧的培养基，所述培养基包括：
(a)大量的线，所述线大体上纵向设置并包括大量人造丝，和
(b)至少两个横向设置并与所述大量的线相关联的横向支持部件，以 便为所述线提供支持并松散地使其关联，
其中开口限定为：
(i)所述线中相邻的线和
(ii)所述部件中相邻横向部件所定义的开口具有超过50∶1的纵 横比。
2、如权利要求1所述的生物反应器系统，其特征在于，所述纵横比超过 200∶1。
3、如权利要求1所述的生物反应器系统，其特征在于，所述纵横比超过 500∶1。
4、如权利要求2所述的生物反应器系统，其特征在于，所述纵横比 超过2000∶1。
5、如权利要求1所述的生物反应器系统，其特征在于，所述培养基 中所述线的长度延伸率范围为80%-98%。
6、如权利要求5所述的生物反应器系统，其特征在于，所述线的所 述长度延伸率范围为90%-95%。
7、如权利要求1所述的生物反应器系统，其特征在于，所述线包括 选自由聚酰胺、聚丙烯和交联聚酯组成的组中至少一种合成材料。
8、如权利要求1所述的生物反应器系统，其特征在于，所述至少两 个横向支持部件是与所述线相互交织的编织部件。
9、如权利要求8所述的生物反应器系统，其特征在于，所述编织部 件包括选自由聚酰胺、聚丙烯和交联聚酯组成的组中至少一种合成材料。
10、如权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，所述横向支持 部件相对所述线形成一角度，其范围为30°-90°。
11、一种废水微生物处理用多级生物反应器系统，所述生物反应器 系统包括：
至少一个可提供有助于培养微生物生长的表面环境的高度柔韧的培 养基，所述培养基包括：
(a)大量的线，所述线大体上纵向设置，和
(b)至少两个横向设置并与所述大量的线相关联的横向支持部件， 以便为线提供支持并松散地使所述线关联，
其特征在于，所述培养基中所述线的长度延伸率范围为80%-98%。
12、如权利要求11所述的生物反应器系统，其特征在于，所述长度 延伸率范围为85%-95%。
13、如权利要求11所述的生物反应器系统，其特征在于，所述长度 延伸率范围为90%-95%。
14、如权利要求12所述的生物反应器系统，其特征在于，开口被设 定为
(i)所述线中相邻的线和
(ii)所述部件中相邻横向部件所定义的开口具有超过200∶1的纵横比。
15、如权利要求14所述的生物反应器系统，其特征在于，所述纵横 比超过500∶1。
16、如权利要求11所述的生物反应器系统，其特征在于，所述线包 括选自由聚酰胺、聚丙烯和交联聚酯组成的组中至少一种合成材料。
17、一种废水微生物处理用多级生物反应器系统，所述生物反应器 系统包括：
至少一个生物反应器，其包括：
(a)供接收至少部分未处理的废水流的进料口;
(b)多个培养基束槽，所述培养基束槽的每个束槽包含多个支持生 物物质生长用的成层的高度柔韧的培养基，每个所述培养基都具有包含 大量人造丝的线，所述培养基以基本上彼此相对平行的方式并列在所述 生物反应器内，
(c)保持流畅地连接到气源上的气源总管，所述总管包括多个供空 气强制上升和扩散的扩散部件，所述扩散部件相对所述培养基束槽进行 放置，使得所述空气经过所述成层的培养基上升和扩散， 且其中所述扩散部件进一步相对所述多个培养基进行放置，使得所述空 气的上升在所述生物反应器内产生可控的流体动力循环，且其中所述可 控的流体循环的特征在于，其线速度范围由能使生物物质停留在所述成 层培养基上的上部水平和提供遍及所述培养基的预定最低程度的有效氧 的下部水平加以限定。
18、如权利要求17所述的生物反应器系统，其中将所述束槽中的一 束槽设置在所述扩散部件的相邻部件之间，且其中将所述扩散部件基本 上相对于所述培养基的大面进行设置。
19、如权利要求17所述的生物反应器系统，其特征在于，所述单个 束槽包括2-12个所述培养基。
20、如权利要求17所述的生物反应器系统，其特征在于，将3-8个 所述培养基并列在所述扩散部件的相邻部件之间。
21、如权利要求17所述的生物反应器系统，其特征在于，将4-7个 所述培养基并列在所述扩散部件的相邻部件之间。
22、如权利要求17所述的生物反应器系统，其特征在于，所述扩散 部件和所述培养基之间的距离为10-30cm，以获得所述可控的流体动力 循环。
23、如权利要求17所述的生物反应器系统，其特征在于，所述培养 基和所述生物反应器底部之间的距离为50-80cm，以获得可控的流体动 力循环。
24、如权利要求17所述的生物反应器系统，其特征在于，将所述扩 散部件进一步相对所述多个培养基进行设置，以使含氧的液体主体流通 过所述培养基的相邻培养基之间的间隙向下流到所述生物反应器的底 部。
25、如权利要求17所述的生物反应器系统，其特征在于，将所述线 大体上纵向设置，其中每个所述培养基进一步包括至少两个横向设置并 与所述大量线相关联的横向支持部件，以便为所述线提供支持并松散地 使所述线关联，且其中对所述横向支持部件进行设置，以使所述培养基 之间的废水产生湍流。
说明书
多级生物废水处理用的生物反应器系统
本发明涉及生物废水处理系统，更特别地，涉及一种基于空间微生 物演替和营养水生生物链的多级废水生物处理用生物反应器系统。
已知的是，空间隔离的营养微生物链可提供较大的生物体捕食较小 生物体的环境。这种空间微生物的演替通过喜氧和厌氧两种方式降解微 生物从而形成了净化过程的基础。这种演替的结果是生化处理的效率增 加，剩余生物物质的减少。这种净化过程既适合于家庭废水也适合于工 业废水，甚至是那些含有高浓度的有机和无机杂质的废水。
特别地，通过营养微生物链进行废水处理的系统包括具有模块化的 空间喜氧和厌氧单元。每个生物反应器都具有可控的气源(air supply)， 来维持微生物活动所需的氧含量并增强生物物质的交换。
现有技术的生物反应器具有各种弊端。生物滤池需要很大的空间， 并产生包括难闻气味的二次污染，还吸引苍蝇。活性污泥法会产生大量 的生物物质，由于生物物质负荷和堵塞中的突然变化，这些生物物质需 要小心的监控。旋转生物反应器是最紧凑的，但是，它们昂贵且易发生 机械故障。
已知的是，使用固定的、浸没的生物物质的生物反应器通常在低的 生物物质负荷下运行很好，但是，由于生物物质的过度增长容易被堵塞， 因此需要定期清洁或替换浸没的生物物质。为了维持净化效率，这些现 有技术中固定浸没的生物物质生物反应器，需要许多生物反应器来保持 低的负荷。
因此，这些废水处理设备要求频繁的监控、良好的控制流动和负荷， 并且安装、操作和维护是昂贵的。
Lunt的专利号为No.4,005,010的美国专利公开了一种废水处理系 统，其具有包含生物培养基的网孔袋。袋的设计显然是为了容纳微生物 的同时允许液体通过。该生物培养基在操作过程中易于阻塞。
Kuriyama等人的专利号为No.4,165,281的美国专利公开了一种包括 用来包含微生物的培养基的废水处理系统。多个垂直设置的培养基为供 废水通过而设计。由于培养基的取向以及维护和/或替换它们的困难，这 种装置中阻塞的可能性要大于Lunt装置。
Nielson等人的专利号为No.4,279,753的美国专利公开了多个处理 反应器从喜氧作用到厌氧作用的交替排列。尽管Nielson指明解决堵塞问 题是必要的，但是旨在解决这一问题的该技术相对来说是未完成的，并 且不是完全有效的。
Fuchs等人的专利号为No.4,521,311的美国专利教导了使用废水经 过其中并包含悬浮生物培养基的支持基床(bedding)的过滤床。为了确 保清洁基床和微生物，该装置具有相对复杂的再循环过程。这种装置可 能发生其他类型的阻塞问题，并且其中公开的基床粒子(bedding particle) 需要昂贵的维护操作。
McKinney的专利号为No.5,221,470的美国专利阐述了一种具有由 塑料片制成的终滤器的废水处理设备。该塑料片自身卷绕，以形成供微 生物生长而设计的通道。虽然该设计增加了表面积以及因此增加了微生 物活动可获得的停留时间，但是在一段时间内，随着通道充满死亡的微 生物，堵塞很可能会发生。
总之，现有技术中多级生物废水处理用的生物反应器系统，在一段 运行时间后，常常会受到低效率的困扰。当待处理的废水需要使用大量 生物物质时，也会导致这些物质的堵塞问题。当废物固体在该生物物质 表面上累积或者当微生物摄取污染物并死亡时，这种固体并不总是落到 生物反应槽(bioreaction tank)的底部。相反，该固体被捕获在该生物物 质的表面或表面附近。该生物物质的阻塞或堵塞极大地减少了随后的污 染物可穿过其中到达下方设置的活性微生物的通道，该微生物位于生物 物质表面下方。因此，微生物摄取所引起的污染物衰变的加速被减缓， 且通过生物物质的水的流动也减少，甚至可能被中止。因此，为了解决 阻塞，必须要么构建一个比其他所要求的大很多的生物反应器单元，要 么定期地清洁阻塞的系统。
因此，获得一种多级废水生物处理用的生物反应器系统是公认的需 求，并且也将是非常有利的，该系统耐用并效率高、操作简便、不受阻 塞影响，并且安装和维护便宜。
发明内容
根据本发明的教导，提供了一种废水微生物处理用的多级生物反应 器系统，该系统包括：至少一个可提供支持生物物质生长的表面环境的 高度柔韧的培养基，所述培养基包括：(a)大量线，所述线大体上纵向 设置并包括大量人造丝，和(b)至少两个横向设置并与大量线相关联的 横向支持部件，以便为线提供支持并松散地使线关联。其中(i)线中相 邻线和(ii)部件中相邻横向部件所定义的开口具有超过50∶1的纵横比。
根据所述优选实施方式中的进一步特征，该纵横比超过200∶1。
根据所述优选实施方式中的又一特征，该纵横比超过500∶1。
根据所述优选实施方式中的又一特征，该纵横比超过2000∶1。
根据所述优选实施方式中的又一特征，培养基中线的长度延伸率范 围为80%-98%。
根据所述优选实施方式中的又一特征，培养基中线的长度延伸率范 围为90%-95%。
根据所述优选实施方式中的又一特征，所述线包括选自由聚酰胺、 聚丙烯和交联聚酯组成的组中至少一种合成材料。
根据所述优选实施方式中的又一特征，所述至少两个横向支持部件 是与线交织(interwoven)的编织部件(woven elements)。
根据所述优选实施方式中的又一特征，所述编织部件包括选自由聚 酰胺、聚丙烯和交联聚酯组成的组中至少一种合成材料。
根据所述优选实施方式中的又一特征，所述横向支持部件相对线形 成一角度，其范围为30°-90°。
根据本发明的另一方面，提供了一种废水微生物处理用多级生物反 应器系统，所述生物反应器系统包括：至少一个可提供有助于培养微生 物生长的表面环境的高度柔韧的培养基，所述培养基包括：(a)大量线， 所述线大体上纵向设置，和(b)至少两个横向设置并与大量线相关联的 横向支持部件，以便为线提供支持并松散地使线关联。其中培养基中线 的长度延伸率范围为80%-98%。
根据本发明的又一方面，提供了一种废水微生物处理用多级生物反 应器系统，所述生物反应器系统包括：至少一个生物反应器，其包括： (a)供接收至少部分未处理的废水流的进料口;(b)多个培养基束槽 (substrate bundles)，每个束槽包含多个支持生物物质生长用的成层培养 基，每个培养基都具有包含大量人造丝的线，所述培养基以基本上彼此 相对平行的方式并列在生物反应器内，(c)保持流畅地连接到气源上的 气源总管，该总管包括多个供空气强制上升和扩散的扩散部件，所述扩 散部件相对培养基束槽进行设置，使得空气经过成层的培养基上升和扩 散，且其中所述扩散部件进一步相对多个培养基进行设置，使得上升的 空气在生物反应器内产生可控的流体动力循环，所述可控的流体循环的 特征在于，其线速度范围由能使生物物质停留在成层培养基上的上部水 平和提供遍及培养基的预定最低程度的有效氧的下部水平加以限定。
根据所述优选实施方式中的进一步特征，将所述培养基束槽设置在 扩散部件的相邻部件之间，且其中将扩散部件基本上相对于培养基的大 面进行设置。
根据所述优选实施方式中的又一特征，单个的培养基束槽包括2-12 个培养基。
根据所述优选实施方式中的又一特征，将3-8个培养基并列在扩散 部件的相邻部件之间。
根据所述优选实施方式中的又一特征，将4-7个培养基并列在扩散 部件的相邻部件之间。
根据所述优选实施方式中的又一特征，扩散部件和培养基之间的距 离为10-30cm，以获得可控的流体动力循环。
根据所述优选实施方式中的又一特征，培养基和生物反应器底部之 间的距离为50-80cm，以获得可控的流体动力循环。
根据所述优选实施方式中的又一特征，将扩散部件进一步相对多个 培养基进行设置，以使含氧的液体主体流通过培养基的相邻培养基之间 的间隙(clearances)向下流到生物反应器的底部。
根据所述优选实施方式中的又一特征，将线大体上纵向设置，其中 每个培养基进一步包括至少两个横向设置并与大量线相关联的横向支持 部件，以便为线提供支持并松散地使线关联，且其中对横向支持部件进 行设置，以使培养基之间的废水产生湍流。