專利名稱：使用載體材料對水進行生物凈化的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于水(例如廢水)的生物凈化的方法，其中使用了載體材料。
在水或廢水的生物凈化中，水通過某種反應器(容器或另一空間)，在該反應器中，微生物用于將水中存在的雜質轉變成無害的最終產物，例如二氧化碳和水。凈化可以在供給空氣(需氧)或不供給空氣(厭氧)的情況下進行。為了提高凈化處理的效率，通常希望通過防止該微生物與凈化后的水一起逸出而在處理中有較高含量的活性微生物，防止微生物逸出可以這樣實現，即通過使微生物在反應器中懸浮生長，并在反應器之后在分離步驟中使這些微生物與水分離，然后使微生物返回反應器中(例如活性污水處理)，或者通過將某種載體材料引入處理中，微生物可以作為生物膜而在該載體材料表面上生長，從而可以在處理(生物膜處理)中保持。還可以有混合這兩種類型的處理，稱為混合處理，其中，載體材料引入活性污水處理中，這樣，懸浮的微生物以及生物膜生長的微生物可以用于這種處理中。
與活性污水處理相比，生物膜處理有多個優點，即可以使用更高負載，且生物膜處理基本不受變化和擾動的影響。最普通的生物膜處理基于將載體材料裝入凈化反應器中，所述材料包括填充體或塊，它們在處理中保持固定和不動。這些處理實施例有由生物物質或其它顆粒材料阻塞生物膜床以及在處理中形成死區的危險，其中，在水和活性微生物之間的接觸并不令人滿意。
在近年來非常成功的另一種生物膜處理中，利用在處理中保持懸浮和運動的載體材料，稱為MBBR處理(活動床生物膜反應器)。在處理中，通過使流出的水通過濾網(篩網或柵格)而保持上面生長有微生物的載體材料，該濾網的孔徑或狹槽寬度很小，以致于載體材料不能通過。這種處理的優點是可以消除阻塞床和形成死區的危險。
使用在處理中保持懸浮和運動的載體材料最初是用于不同的混合處理應用，即對懸浮載體進行活性污水處理，以便提高它的功能。已經用于該目的的載體包括泡沫橡膠件(EP0142123)、不同類型的柱形填充體(Bundesministerium für Forschung und Technologie，“Einsatzvon Schwebekrper Zur Erhhung der..”，Dr.D.Dengler，H.Lang，A.Baum，Forschungsbericht 02 WA 8538，1988年1月，第12和13頁)，載體包括具有內壁的半球形體的載體(DE3017439)、“刺猬狀”載體、多孔球和交叉板(EP0058974)。
第一個真正的、具有懸浮載體材料(MBBR)的生物膜處理在九十年代初期提出(EP0575314 B1)，并很快非常成功。該處理是基于使用載體材料，該載體材料的表面比具有相同尺寸的光滑元件的表面大至少1.5倍，且密度為0.90至1.20，該表面部分地避免了與其它載體元件抵靠而產生的磨損，且它的壁允許大量的水通過該載體。這些載體的優選實施例包括具有內部隔板和外部肋的軟管。直徑為8至15mm的這種載體成功地用于超過150個全尺寸(full-scale)的MBBR處理裝置。
在日本專利摘要第14卷第509號公開了用于MBBR處理的類似載體，其中，該載體描述為軟管狀元件，且外徑為從2mm至20mm，密度為從1.0至1.02，長度和直徑之間的比例為從0.3至3.0，且穿過載體的多個縱向開口中的每一個的直徑都為至少1mm。
包括這種擠出軟管件的載體(該載體已經用于MBBR處理)也已經用于混合處理(來自EVU Entwicklung von Umwelttechnik GmbH的市場銷售材料；來自Conor Pacific Environmental Technologies Inc.的市場銷售材料)。
因為在MBBR處理中的載體受到彼此重復碰撞，因此，暴露于其它載體的表面保持清潔，阻止了生物膜的生長。因此，處理的效率主要取決于防止碰撞的面積，例如在載體的內部通道中或者隔腔(底部孔)中。為了有大保護面積，首先導致只有小于15mm的很小載體用于MBBR處理中。本領域技術人員認為，在水、雜質和氧化物向生物膜的輸送沒有大量減少的情況下，對于大于15mm的較大載體不可能提供足夠大的保護面積。在進一步的研發中，需要確定關鍵參數來保證在具有相對較大保護面積的較大載體中也有令人滿意的物質輸送(EP0750591)。在很多應用中，特別是當廢水包含很多顆粒時，優選是使用較大載體，因為具有較大孔的柵格或濾網可以用于在處理中保持這些載體。在市場上可獲得的一個具體設備中，載體限定為由徑向壁形成的柱形載體元件，這些徑向壁與類似于中心開口的渦輪機葉輪的結構互連。大小為30mm至60mm且保護面積為大約300m2/m3載體總容積的這種載體已經成功用于大約50套MBBR設備中。不過，這些現有技術實施例都不能在實踐中使用＞15mm且有效保護面積＞400m2/m3載體總容積的大載體，同時沒有涉及向生物膜輸送物質的問題。這也在EP0750591中介紹。“當載體元件設計成具有非常大的表面(＞500m2/m3)時，可能很難避免使得通過載體元件的通道很狹窄，以致于它們由于生長而被堵塞”。＞500m2/m3是指載體元件的容積≈400m2/m3總容積。
根據現有技術的實施例，對于較小載體(＜15mm)，在沒有物質輸送限制的情況下可以獲得的有效保護面積的實際限制為大約500m2/m3載體總容積。
本發明的主要目的是大大提高MBBR和混合處理的能力，本發明涉及用于生物凈化水的方法，其中，水供給反應器，該反應器包含用于生物膜生長的載體，該載體在反應器的水中保持運動，且尺寸設計成由濾網保持在反應器中，允許水通過濾網開口而從反應器中排出，該載體的壁具有界限分明的通道或隔腔，該通道或隔腔提供了用于生物膜生長的表面，用于生物膜生長的該表面避免了與其它載體元件的表面表生碰撞。
所述目的通過具有權利要求1的特征的本發明的方法來實現，因此，載體材料具有較大兩維尺寸，同時有效保護面積遠遠大于現有技術實施例，同時沒有涉及向生物膜輸送物質的問題。
使用本發明載體將大大優于使用現有技術實施例的載體，因為在處理中可以提供相對更大的有效保護面積，這提高了處理的能力，并可以大大減小凈化反應器的容積。
考慮到上述現有技術，對本領域技術人員來說，設計用于如權利要求1所限定的本發明的方法的載體，以便明顯提高MBBR處理或混合處理的效率并不是顯而易見的。
本發明的優選特征在從屬權利要求中限定。
為了更詳細地解釋本發明，下面將參考附圖介紹兩個實施例，附圖中

圖1和2分別是本發明第一實施例的載體元件的側視圖以及沿圖1中的線A-A的剖視圖；以及圖3和4是類似于圖1和2的視圖，表示了本發明的第二實施例。
第一實施例的載體元件可以描述為圓盤，該圓盤有多個通道，這些通道由穿過該盤的方形孔形成，并有壁，該壁提供了防止與其它載體元件抵靠而磨損的表面。載體元件的直徑為30mm。盤沿通道方向的厚度為2mm，孔的邊長為1mm，這提供了大約1950m2/m3載體元件容積，且通道的長度和孔的最大尺寸(對角線)之比為1.4。通常，載體元件的直徑或寬度應當大于20mm，通道的長度應當小于6mm，通道長度和進口孔的最大直徑之間的比例應當小于3，優選是小于2.5，特別是小于2。保護面積通常應當至少為1000m2/m3載體元件容積，優選是至少1250m2/m3載體元件容積，特別是至少1500m2/m3載體元件容積。
第二實施例的載體可以描述為八邊形板，它有多個圓形底部孔，這些底部孔從兩側伸入板內，且這些孔形成了隔腔，并提供了防止與其它載體抵靠而磨損的表面。載體外接圓的直徑為52mm，板的厚度為4.5mm。隔腔的深度為2mm，且隔腔的進口開口的直徑為1.5mm，這提供了1330m2/m3載體元件容積的保護面積，且隔腔的深度和開口的最大尺寸(直徑)之比為1.33。
在本發明的方法中，水(例如廢水)供給包含本發明載體(例如上述第一或第二實施例的載體)的空間(例如稱為反應器的容器)。載體在反應器內的水中保持運動，水通過濾網的開口而從該反應器中排出。載體的尺寸應當在考慮本發明的參數的情況下設計成與濾網開口相關，這樣，它們不能通過濾網開口，而是保持在反應器中。
如上所述的尺寸、面積、通道長度和隔腔深度分別與和通道長度或隔腔深度相關的進口開口尺寸的組合提供了在MBBR或混合處理中的、與以前使用的載體相比性能大大提高的載體。本發明的非常重要的特征是通道長度或隔腔深度與進口開口尺寸的關系分別如上述比例。
在本發明和現有技術優選實施例的載體之間的廣泛比較中，發現本發明使MBBR或混合處理的能力大大提高。對于在三個類似的MBBR處理(每個充入達50％處理反應器容積的載體材料)中的城市廢水的硝化作用的比較，三者的處理能力在下面的表1中給予記錄。
因此，通過使用本發明的載體材料，處理能力提高了至少3倍。
表1本發明和使用現有技術載體材料之間的比較
權利要求
1.一種用于生物凈化水的方法，其中水供給反應器，該反應器裝有用于生物膜生長的載體，該載體在反應器內的水中保持運動，且尺寸設置成由濾網而保持在反應器中，允許水通過濾網開口從反應器中排出，且該載體有確定通道或隔腔的壁，該通道或隔腔提供了用于生物膜生長的表面，用于生物膜生長的該表面避免了與其它載體表面發生碰撞，其特征在于載體元件的寬度或直徑大于20mm，保護面積大于1000m2/m3載體元件容積，優選是大于1250m2/m3載體元件容積，特別是大于1500m2/m3載體元件容積，載體中的通道長度或隔腔深度的平均值分別小于6mm或小于3mm，優選是分別小于4.5mm或2.5mm，特別是分別小于3mm或2mm，且通道長度或隔腔深度與通道或隔腔的進口開口的最長尺寸之比分別小于3，優選是小于2.5，特別是小于2。
2.根據權利要求1所述的方法，其中載體元件是板，該板有多個形成所述通道的通孔。
3.根據權利要求1所述的方法，其中載體元件是板，該板有多個形成所述隔腔的盲孔，這些盲孔從板的兩側伸入板內。
4.根據權利要求1-3中任意一個所述的方法，其中在排出的水中的懸浮的生物物質與水分離，并返回到反應器中，這樣，反應器將包含懸浮在反應器內的水中的生物物質以及在載體上生長的生物物質。
全文摘要
一種利用載體材料的生物凈化水(例如廢水)的方法，其中水在反應器中處理，該反應器裝有用于生物膜生長的載體。這些載體在反應器內的水中保持運動，并設計成有界限分明的通道或隔腔，該通道或隔腔提供了用于生物膜生長的表面，用于生物膜生長的該表面避免了與其它載體表面發生碰撞。載體元件的寬度或直徑大于20mm，保護面積大于1000m
文檔編號C12N11/08GK1633396SQ03804077
公開日2005年6月29日 申請日期2003年2月18日 優先權日2002年2月18日
發明者安德斯·勒夫奎斯特, 托馬斯·韋蘭德 申請人:艾諾克斯卡爾德尼斯公司