申请日2015.03.31
公开(公告)日2017.12.01
IPC分类号C02F3/08; C02F3/22; C02F7/00
摘要
移动床生物反应器包括反应器容器，所述反应器容器包括用于容纳多个生物膜载体元件的处理工段。移动床生物反应器也包括用于向生物膜载体元件授予运动的搅拌器。反应器容器是可浮动的并且包括至少一个侧壁和一个下壁，所述至少一个侧壁和/或所述下壁具有孔群组，用于当反应器容器浸入水体中时允许水流入和流出室，每个所述孔的尺寸设置成防止生物膜载体元件流出反应器容器。
摘要附图
权利要求书
1.移动床生物反应器，其包括：
反应器容器，其包括：
用于容纳多个生物膜载体元件的处理工段;和
用于向所述生物膜载体元件授予运动的搅拌器;
其中所述反应器容器是可浮动的并且包括至少一个侧壁和一个下壁，所述至少一个侧壁和/或所述下壁具有孔群组，用于当所述反应器容器浸入水体中时允许水流入和流出室，每个所述孔的尺寸设置成防止所述生物膜载体元件流出所述反应器容器。
2.根据权利要求1所述的移动床生物反应器，其中所述反应器容器进一步包括与所述处理工段流体连通并且通过筛网与所述处理工段隔开的出口工段，所述筛网配置为防止生物膜载体元件流出，同时允许水流动。
3.根据权利要求1或2所述的移动床生物反应器，其中所述搅拌器包括至少一个气体夹带装置，所述气体夹带装置包括至少一个压力源并且配置为将加压气体注入所述反应器容器中。
4.根据权利要求3所述的移动床生物反应器，其中所述气体夹带装置是曝气装置或充氧装置。
5.根据权利要求3或4所述的移动床生物反应器，其中所述气体夹带装置包括至少一个管，所述管在其至少一部分中形成孔群组，所述至少一部分设置在所述处理工段中。
6.根据权利要求5所述的移动床生物反应器，其包括相对于彼此同心排布的多个管。
7.根据权利要求5或6所述的移动床生物反应器，其中所述一个或多个管的孔设置在所述处理工段的与所述下壁相邻的一部分中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的移动床生物反应器，其包括用于从所述出口工段泵送经处理的水的泵系统。
9.根据权利要求8所述的移动床生物反应器，其中所述泵系统是气升泵系统。
10.根据权利要求9的当其引用权利要求3或任一引用权利要求3的权利要求时的移动床生物反应器，其中所述至少一个压力源充当所述气升泵系统的压力源。
11.根据权利要求9或10所述的移动床生物反应器，其中所述气升泵系统包括设置在所述出口工段中的气升管。
12.根据权利要求11所述的移动床生物反应器，其中所述筛网设置在所述气升管周围。
13.根据权利要求3至12中任一项所述的移动床生物反应器，其中所述至少一个压力源是远离所述反应器容器的压缩机或鼓风机系统。
14.根据前述权利要求中任一项所述的移动床生物反应器，其包括用于提升所述下壁的间隔元件。
15.根据前述权利要求中任一项所述的移动床生物反应器，其进一步包括设置在所述处理工段中的多个生物膜载体元件。
16.根据前述权利要求中任一项所述的移动床生物反应器，其中所述反应器容器通常是圆柱形的。
17.根据权利要求16所述的移动床生物反应器，其中所述反应器容器的直径约为其高度的1.5倍。
18.水处理方法，其包括：
在具有孔群组的反应器容器的处理工段中设置多个生物膜载体元件，每个所述孔的尺寸设计成防止所述生物膜载体元件流出所述反应器容器;
将所述反应器容器浸入水体中，使得所述反应器容器浮动，且水从所述水体穿过所述孔群组进入所述处理工段并且与所述生物膜载体元件混合;和搅拌所述生物膜载体元件。
19.根据权利要求18所述的水处理方法，其进一步包括允许经处理的水流到所述反应器容器的出口工段，同时使所述生物膜载体元件保留在所述处理工段中;和
将所述经处理的水从所述出口工段排出到所述水体中。
20.根据权利要求18或19所述的水处理方法，其中所述搅拌包括将加压气体注入到所述反应器容器中。
21.根据权利要求20所述的水处理方法，其中气体是空气或氧气。
22.根据权利要求20或21所述的水处理方法，其中在相对于彼此同心排布的多个注入点处注入气体。
23.根据权利要求22所述的水处理方法，其中所述注入点位于所述反应器容器的下壁附近。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的水处理方法，其中所述经处理的水通过泵送排出。
25.根据权利要求24所述的水处理方法，其中所述泵送为气升泵送。
26.根据权利要求24或25的当其引用权利要求19或任一引用权利要求19的权利要求时的水处理方法，其中共用压力源用于所述搅拌和所述泵送。
27.根据权利要求19至26中任一项所述的水处理方法，其中所述孔群组在所述反应器容器的至少一个侧壁和/或一个下壁中形成。
说明书
移动床生物反应器和水处理方法
技术领域
本发明涉及移动床生物反应器和水处理方法。所述生物反应器和方法特别适用于提高在水产养殖条件下养殖虾、鱼和其它水生生物的内陆水体如池塘或湖泊的水质，但也可以应用于其它领域例如废水净化。
背景技术
氨的积累是密集储存的水产养殖系统中最大的问题，所述水产养殖系统如含有盐或淡水的贮水池和池塘。由于养殖个体的废弃物、经常添加含有含氮化合物的食物、来自死亡和即将死亡的生物体的有机残骸、吃剩的饲料和粪便，导致氨在这些环境中迅速增多。
在高浓度，氨变得对水生生物有害，因此控制这些含氮化合物对于密集的水产养殖池塘和贮水池尤其重要。
为了解决这个问题，经常用未受污染的水替换池塘污水以保持健康的环境。水的更换可是耗时并且昂贵的，特别是如果池塘不紧挨着海洋或其它未受污染水源的话更是如此。此外，使用天然沿海水具有如下风险：引入病原体和浮游生物，这些病原体和浮游生物充当作为可能会破坏全部收获成果的各种病害的载体。
降低池塘水的更换速率以避免上述负面影响，会对水质造成负面影响，并且倾向于增加有毒氮成分的浓度。在封闭的水产养殖系统中，解决排泄化合物积聚的方案是使用机械滤池和生物滤池(也称为生物过滤器)进行水的内部再循环。例如，可以使用用于硝化的生物过滤器实现氨的去除。这种类型的生物处理方法使用细菌，所述细菌生长附着在表面(固定膜)上或悬浮在水柱(生物絮凝)中并且连续地将氨氧化成亚硝酸盐以及将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。该方法需要有氧条件;通常通过强化通风提供氧。其它生物处理方法可以使用可在有氧或厌氧条件下起作用的其它类型的细菌，以去除其它类型的污染物。
其中将池塘或贮水池的水去除、过滤并且送回池塘或贮水池的水处理系统称为再循环系统。通常，再循环系统使用固定膜生物反应器，其中细菌(例如硝化细菌)在润湿的或浸没的培养基表面上生长。生物过滤器的污染物去除能力很大程度上取决于可用于由细菌形成的生物膜生长的总表面积。只要为定殖细菌提供足够的面积，去除速率将与提供表面积的培养基的体积成比例。有效培养基的特征在于具有高的比表面积(表示为每单位体积的表面积)和最佳比例的开放孔隙，以允许生物膜上水流的阻力最小，从而能够实现由穿过水流的剪切力驱动自清洁。
对于商业规模系统的用于水产养殖应用和其它废水处理应用的最常见的生物滤池是滴滤池、流化砂滤床(FSB)、浮球式生物滤器(FBB)、旋转生物接触器(RBC)和移动床生物反应器(MBBR)。
除了滴滤池之外，所有上述生物过滤器类型都是浸没式生物过滤器(大部分是完全淹没，但RBC有大约一半的过滤介质浸没)。浸没式生物过滤器包括大量生物过滤器介质，硝化细菌在这些介质上生长。废水以上流或下流方向或以完全混合的方式流动。可以通过调整经过反应器容器的液压流速控制保留时间。
来自硝化和异养细菌的生长中的细胞团可以累积在浸没式过滤器内，最终阻挡介质的空隙。对于连续和长期操作，需要在处理体积中引入额外的流动模式，以便冲刷固体离开过滤介质。在本领域中通常认为，操作任何浸没式生物过滤器的最具挑战性的方面是使生物过滤器保持相对不含积聚的生物固体(饲料、粪便和细菌絮凝物)。
为了解决这个问题，开发移动床生物反应器(MBBR)。在MBBR中，将污染的水泵送到含有浮动生物过滤器介质的贮水池中。浮动介质通过曝气或其它混合技术搅动，使得它们经受强烈的湍流运动。由混合引起的剪切力使污染的水流过介质的活性表面区域，从而清洁水。与滴滤池和旋转式生物接触器相比，MBBR占用空间小、维护要求低。然而，MBBR仍然要求将待处理的水从池塘或贮水池运到处理场所。
发明内容
在第一方面，本发明提供移动床生物反应器，其包括：
反应器容器，其包括：用于容纳多个生物膜载体元件的处理工段;和
用于向所述生物膜载体元件授予运动的搅拌器;
其中所述反应器容器是可浮动的并且包括至少一个侧壁和一个下壁，所述至少一个侧壁和/或所述下壁具有孔群组，用于当所述反应器容器浸入水体中时允许水流入和流出室，每个所述孔的尺寸设置成防止所述生物膜载体元件流出所述反应器容器。
有利地，通过提供可以直接浸入水体(例如贮水池或池塘)的浮动反应器容器，可以有效地原位处理水，然后可将经处理的水直接再循环到贮水池或池塘。因此，根据本发明至少一些实施方式的设备的占用空间比现有MBBR系统小，现有MBBR系统提供远离待处理的水体的一个或多个贮水池以及相关联的管道。直接浸入待处理的水中也意味着不需要将水输送到处理场所的单独泵送系统。
在某些实施方式中，反应器容器进一步包括与所述处理工段流体连通并且通过筛网与所述处理工段隔开的出口工段，所述筛网配置为防止生物膜载体元件流出，同时允许水流动。有利地，出口工段提供容器中的经处理的水可以流动进入的单独区域，例如用于主动再循环到水体中的目的。如果经处理的水主动地再循环(例如通过泵送)，则可以将其从出口工段抽出，而不需要移去由于存在筛网而保留在处理工段中的生物膜载体元件。
优选地，移动床生物反应器具有用于将经处理的水从出口工段输送到水体的水输送装置，例如泵送系统。以这种方式，经处理的水可以直接排放到反应器容器浸入其中的水体中。例如，如果水体是池塘，则这可以产生额外的流动以防止在池塘中层化，从而减少由厌氧沉积物中形成的硫化氢产生的臭味。
在反应器容器的下壁设有孔的实施方式中，水可直接从池塘底部进入反应器容器。
搅拌器可以包括至少一个气体夹带装置，所述气体夹带装置包括至少一个压力源并且配置为将加压气体注入所述反应器容器中。气体夹带装置可以是例如曝气装置或充氧装置。
气体夹带装置可以包括至少一个管，在管的至少一部分中形成孔群组，所述至少一部分设置在所述处理工段中。在一些实施方式中，多个管可以相对于彼此同心地排布。有利地，管的同心排布提供生物膜载体元件的均匀和充分的混合，甚至遍及整个处理工段进行曝气。
一个或多个管的孔可设置在处理工段的邻近下壁的一部分中。这可以提供较好的曝气，因为从孔排出的气泡具有经过处理工段的较大路径长度。
移动床生物反应器可以包括用于从出口工段泵送经处理的水的泵系统。这使得经处理的水有效地从反应器容器直接再循环到池塘(或其它水体)，并且可以使经处理的水定向流入池塘，使得当经处理的水使池塘表面破裂时可发生进一步的曝气。泵系统可以是例如气升泵系统。
在包括气升泵系统的实施方式中，至少一个压力源可以用作气升泵系统的压力源。因此，可以使用相同的压力源来驱动搅拌器和气升泵系统两者，提供比较有效的构造，与使用单独的压力源的情况相比。
气升泵系统可以包括设置在出口工段中的气升管。如果是这样，则隔开处理工段与出口工段的筛网可以设置在气升管周围。
在一些实施方式中，所述至少一个压力源是远离所述反应器容器的压缩机或鼓风机系统。
移动床生物反应器可以包括用于提升下壁的间隔元件。这防止下壁中的入口孔阻塞，如果下壁接触池塘底部则可能发生阻塞。
移动床生物反应器可以进一步包括设置在处理工段中的多个生物膜载体元件。
在一些实施方式中，所述反应器容器通常是圆柱形的。它的直径约为其高度的1.5倍。
在另一方面，本发明提供水处理方法，其包括：
在具有孔群组的反应器容器的处理工段中设置多个生物膜载体元件，每个所述孔的尺寸设计成防止所述生物膜载体元件流出所述反应器容器;
将所述反应器容器浸入水体中，使得所述反应容器浮动，且水从所述水体穿过所述孔群组进入所述处理工段并且与所述生物膜载体元件混合;和
搅拌所述生物膜载体元件。
所述方法可以进一步包括允许经处理的水流到所述反应器容器的出口工段，同时使所述生物膜载体元件保留在所述处理工段中;和
将所述经处理的水从所述出口工段排出到所述水体。
在一些实施方式中，所述搅拌包括将加压气体注入到反应器容器中。气体可是空气或氧气。可以在相对于彼此同心排布的多个注入点处注入气体。注入点可以位于反应器容器的下壁附近。
在一些实施方式中，经处理的水通过泵送排出。例如，泵送可以是气升泵送。在一些实施方式中，共用压力源用于搅拌和泵送操作两者。
