[发明专利]用于水的生物净化的生物反应器和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于水净化的生物反应器，所述反应器包括截面基本为圆形或椭圆形的容器部分，所述容器部分设置有待净化水用入口装置和已净化水用出口装置，所述容器中装有其上可形成生物膜的载体材料，所述容器进一步设置有用于供应有氧净化过程所需的空气的装置。

本发明还涉及在生物反应器中对水进行生物净化的方法，所述生物反应器包括截面基本为圆形或椭圆形的容器部分，所述容器部分设置有待净化水用入口装置和已净化水用出口装置，所述容器中装有其上可形成生物膜的载体材料，所述容器进一步设置有用于供应有氧净化过程所需的空气的装置。

背景技术

对于诸如废水等水的生物净化，所述水流过反应器，其中微生物用于将水载杂质转化为无害的最终产物，如二氧化碳、无机物和水。在生物性的水净化中，所述微生物可与其自身(即生物量)或者非生物降解性产物(例如重金属)结合。可以在有氧或者无氧条件下进行净化。先前已知各种用于废水净化的生物反应器，如滴滤池、生物转筒(旋转生物接触器)、流化床反应器、固定床反应器和移动床反应器。一种先前已知的生物反应器包括将载体材料输送至一个过程，所述载体材料的表面能生长出生物膜形式的微生物。

一种典型的生物膜法(固定床反应器)基于用填料颗粒形式的载体材料填充所述净化反应器，所述填料颗粒适用于在所述方法中保持固定。通过从底部向所述反应器供应空气来实现存在于所述填料颗粒的表面的生物膜的氧化。该方法的优点在于，由于所述生物膜具有大的生长面积，因此每单位反应器体积具有大量的生物量。这类所谓的固定床的缺点是，所述生物过程可由于生物量(污泥)或其他颗粒物质而停止，并且在所述过程中在水与活性微生物接触不良的地方形成非活性区域。另一个问题是难以进行清理，这是因为难以触及所述反应器下方，如果所述生物反应器受堵，就必须清空整个生物反应器以进行清理。

目前还已知生物膜法，其中所述载体材料在所述方法中保持运动，参见例如US 6,126,829、US 5,458,779和US 5,543,039。这样的移动床类型生物反应器的优点是，基本消除了载体材料的堵塞和非活性区域的形成。部分防止了所述载体元件的表面与其他载体元件碰撞。然而，此处的缺点在于，所述方法的能力受到相当的限制，这是由于以下事实，即，为了在待净化水中设置具有不受限制的活动性的载体元件，需要特别低的填充度，例如为空反应器容积的约30％～70％的量级。因此，除去杂质的能力低于具有相同容积并用相同载体材料填充的固定床反应器，这是因为所述固定床反应器具有更高的负载能力。

提高填充度将导致氧气消耗的增加，这将要求功率更大的压缩机，由此强有力的鼓气可能会进一步干扰所述生物过程。提高所述填充度将导致固定床的形成，并且由于所述载体会因生物量而受堵，从而造成所述生物过程的停止。除此之外，如果增加移动床类型反应器中的填充度，将需要大量空气和能量来保持所述载体运动，从而明显增加了施加在生物膜上的机械应力，导致所述生物膜从所述载体表面剥落，从而造成所述生物过程的停止，这是不利的。另一主要缺点是，所述反应器必须设置安全网，以将所述通气装置与载体元件分开。所述网必须具有一定的网孔尺寸，以便阻止载体元件通过其开口。这妨碍了每单位体积具有较大面积的小尺寸载体的使用，因为相应地减小所述网的网孔尺寸将削弱空气供应并可能导致所述开口受堵。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种经改进的生物反应器，所述生物反应器能够消除固定床方法和移动床方法的缺点，能实现每单位体积相比于先前已知的反应器更高的杂质处理速率，从而降低了净化成本。为实现该目的，本发明的生物反应器的特征在于，所述容器部分的截面基本为圆形或椭圆形，在所述容器部分设置有水出口装置，使得所述容器部分在净化过程中基本充满水，流体供应装置配置在所述容器的壁上，并且所述反应器包括控制装置，所述控制装置用于运行所述流体供应装置，使得所述载体、水和含有反应气体的流体由此围绕基本穿过所述容器的截面中心的绕旋转中心线实现旋转运动，所述控制装置适用于可选地在需要的时间实现所述流体供应装置的停用。